CONTRIBUŢII PRIN MĂSURĂTORI LA STUDIUL VIBRAŢIILOR TRANSMISE ORGANISMULUI UMAN

Emil Acxel FARCAŞ, Mariana ARGHIR

CONTRIBUTIONS BY VIBRATION MEASUREMENTS TO STUDY SUBMITTED HUMAN BODY

This paper contains a study on the effects of vibration and permissible limits human. Complexity factors acting on the body and need precise measurements of vibrations imply reliability and precision. By using devices SVAN 958 and IHVM 100 is successfully creating precision measurements and also being portable allowing easy movement to any area for fast setup. Keywords: vibration, effects, extent, medium

Cuvinte cheie: vibraţii, efecte, aparate de măsură, mediu 1. Introducere

Pentru desemnarea cauzelor potenţiale de accidentare sau de îmbolnăvire profesională este utilizat tot mai frecvent, în analizele de specialitate, termenul de “factor de risc”. Studierea aprofundată a factorilor de risc justificată stabilirea măsurilor de prevenire a accidentelor sau îmbolnăvirilor profesionale. Un asemenea factor de risc, îl constituie acţiunea nocivă a vibraţiilor.

1.1 Efecte ale acţiunii vibraţiilor asupra organismului uman Organismul uman este supus acţiunii vibraţiilor când

maşinile cu care se deplasează vibrează împreună cu acestea, când

303

omul se află în încăperi în care sunt în funcţiune maşini şi instalaţii sau când asupra anumitor părţi ale corpului uman acţionează nemijlocit vibraţiile de frecvenţă joasă produse de maşini vibratoare, diferite unelte pneumatice. Pentru precizarea corectă [2] a acţiunii vibraţiilor asupra organismului uman trebuie luaţi în considerare simultan doi dintre parametrii mecanici care caracterizează vibraţiile, pe de-o parte frecvenţa şi pe de altă parte deplasarea, acceleraţia sau energia vibraţiei.

În rândul lucrătorilor expuşi la vibraţii se mai semnalează unele dezechilibre apărute la nivelul sistemului muscular, digestiv şi nervos. Aparatul musculo-scheletic este cel mai studiat dintre diferitele sisteme de organe afectate pe termen lung de expunerea la vibraţii.

1.2 Măsurarea vibraţiilor

Mărimea principală [6] a valorii vibraţiilor care se determină

este acceleraţia. Vibraţiile trebuie să fie măsurate conform unui sistem de coordonate cu originea în punctul în care se consideră că

vibraţiile intră în corpul uman, care reprezintă contactul dintre acesta şi sursa de vibraţii. Principalele sisteme de coordonate bazicentrice sunt prezentate în figura 1 (Ox – axa de la spate spre faţă; Oy – axa de la dreapta spre stânga; Oz – axa de la picioare la cap).

Dacă nu este posibilă alinierea exactă a traductoarelor de vibraţii cu axele bazicentrice cores-punzătoare, atunci când este necesar, axele de sensibilitate ale traductoarelor se pot abate faţă de acestea cu până la 15°. Pentru o persoană

Fig. 1 Axele bazicentrice ale corpului uman – direcţiile standardizate

304

aşezată sau care stă pe un scaun înclinat, orientarea corespunzătoare trebuie determinată de axele corpului, iar axa z nu trebuie să fie neapărat verticală. Trebuie raportată orientarea axelor bazicentrice faţă de câmpul gravitaţional. Traductoarele trebuie amplasate astfel încât să indice vibraţiile în punctul de interferenţă intre corpul uman şi sursa de vibraţii.

Pentru realizarea unor măsurători corecte, prin standardul ISO 2631-1 [3], se impun trei suprafeţe principale de contact pentru persoanele aşezate: suprafaţa suport a scaunului, spătarul scaunului şi suprafaţa de sprijin a picioarelor. Măsurătorile pe suprafaţa suport a scaunului trebuie efectuate sub tuberosităţile ischiatice1, pe spătar se fac pe suprafaţa principală de sprijin a corpului iar la picioare pe suprafaţa pe care se sprijină cel mai des picioarele. Pentru poziţiile întinse, ISO 2631-1 consideră că suprafaţa suport este sub pelvis, sub spate şi sub cap. Vibraţiile transmise corpului de la un material care este rigid sau care este elastic trebuie măsurate cu traductorul interpus între persoană şi suprafeţele principale de contact cu acea suprafaţă. Aceasta se realizează fixând traductoarele cu un dispozitiv de montare potrivit care să nu modifice considerabil distribuţia presiunii pe suprafaţa materialului elastic.

1.3 Limite admisibile ale vibraţiilor care acţionează

asupra organismului uman

Diferite tipuri de maşini şi instalaţii [4] expun omul la vibraţii mecanice, care pot dăuna confortului, sănătăţii, calităţii muncii şi securităţii sale. Având în vedere complexitatea factorilor care determină comportarea organismului uman la vibraţii şi ţinând seama de varietatea datelor cantitative privind perceperea lor de către om şi reacţiilor lui la acestea, directiva 2002/44/CE stabileşte cerinţele minime pentru protecţia lucrătorilor împotriva riscurilor pentru sănătate şi securitate care pot fi generate de expunerea la vibraţii [5].

Conform acestei directive, prin următorii termeni se înţelege: a) „vibraţie transmisă sistemului mână-braţ”: vibraţia

mecanică care, în cazul în care este transmisă sistemului uman mână-braţ, generează riscuri pentru sănătatea şi securitatea lucrătorilor, în special tulburări vasculare, leziuni ale oaselor,

1 TUBEROZITÁTE, tuberozități, s. f. Proeminență osoasă pe care sunt fixați mușchii și ligamentele. — Din fr. Tubérosité. ISCHIÁTIC, -Ă, ischiatici, -ce, adj. (Med.) Al ischionului. [Pr.: -chi-a-] — Din fr. ischiatique.

305

articulaţiilor sau tulburări neurologice sau musculare la nivelul sistemului mână-braţ;

b) „vibraţie transmisă întregului corp”: vibraţia mecanică care, în cazul în care este transmisă întregului corp, generează riscuri pentru sănătatea şi securitatea lucrătorilor, afecţiuni ale sistemului musculo-scheletic, în special lombalgie şi traumatisme ale coloanei vertebrale, disfuncţionalităţi ale sistemelor digestiv, urinar, genital, precum şi afecţiuni ale aparatului auditiv şi olfactiv.

Valorile limită de expunere şi valorile de expunere care declanşează acţiunea vibraţiilor asupra organismului uman sunt stabilite astfel: ● Pentru vibraţiile transmise [1] sistemului mână-braţ: a) valoarea limită de expunere zilnică, standardizată la o perioadă de referinţă de opt ore, trebuie să fie de 5 m/s² (acceleraţie); b) valoarea de expunere zilnică, care declanşează acţiunea, standardizată la o perioadă de referinţă de opt ore, trebuie să fie de 2,5 m/s². ● Pentru vibraţiile transmise întregului corp: a) valoarea limită de expunere zilnică, standardizată la o perioadă de referinţă de opt ore, trebuie să fie de 1,15 m/s² sau, la alegerea statului membru în cauză, o valoare a dozei de vibraţii de 21 m/s1,75; b) valoarea de expunere zilnică, care declanşează acţiunea, standardizată la o perioadă de referinţă de opt ore, trebuie să fie de 0,5 m/s² sau, la alegerea statului membru în cauză, o valoare a dozei de vibraţii de 9,1 m/s1,75.

2. Aparate de măsură şi control utilizate în măsurarea şi determinarea vibraţiilor asupra organismului uman Specificaţiile aparatelor de măsură a vibraţiilor transmise

organismului uman sunt prezentate în normele ISO 8041:2005, ISO 2631-1:1997 iar în EN 14253:2003 este prezentat modul de măsurare şi interpretare al acestor vibraţii [7].

● Aparatul SVAN 958. Acest aparat [10], prezentat în figura 2, este un analizor de tip modular. Aparatul este controlat prin intermediul a nouă taste dispuse pe panoul frontal. Utilizând aceste taste se pot accesa toate funcţiile disponibile ce sunt cuprinse în liste sau subliste. Lista principală se deschide după apăsarea butonului de MENIU şi conţine următoarele elemente: FUNCTION, INPUT,

306

DISPLAY, FILE, SETUP şi AUXILIARY FUNCTIONS. Nu se pot accesa mai multe liste simultan [8].

Deoarece unghiurile corpului depind de semnalele de frecvenţă joasă şi amplitudine înaltă, semnalul principal al accelerometrului este combinat cu semnalul de ieşire al giroscopului. În cele din urmă semnalele unghiulare sunt filtrate trece jos cu frecvenţele de tăiere, care sunt optimizate pentru locurile de muncă sedentare şi poziţia senzorului.

Pe panoul frontal sunt alocate butoanele de comandă

menționate mai sus. Pentru a acţiona comanda trecută în paranteze este necesară apăsarea simultană sau secvenţială a acesteia şi a tastei SHIFT sau ALT. Dozimetrul acustic de 1/1 octave, 1/3 0ctave,

Fig. 2. Aparatul SVAN 958 cu accelerometru de scaun şi microfon cu dozimetru acustic

Fig. 3 Diagrama funcţională a aparatului

307

FFt, RT60 şi memoria de date, RPM timpul de înregistrare al semnalului, sunt funcţii opţionale ce lărgesc aplicaţiile aparatului. Unele funcţii adiţionale sunt specificate în fereastra Measurement Function, prezentată în figura 3. Aici este prezentată și diagrama cu lista funcţiunilor aparatului. Acestea sunt: meniu, funcţia, măsurare, calibrarea, apel la arhivă.

Funcţia este selectată punând un caracter special în dreptul numelui funcţiei. Poziţia poate fi schimbată folosind tastele ◄►▲▼, apoi ENTER. Toate măsurătorile valabile pot fi arhivate în memoria internă (32 MB) sau într-o memorie externă USB.

3. Aparat pentru măsurarea vibraţiilor umane IHVM 100

Acesta este un aparat (figura 4), compatibil cu cele mai noi

cerinţe ISO pentru colectarea şi analizarea datelor necesare evaluării expunerii la vibraţii a corpului uman în întregime sau pe segmente (mână-braţ). Măsoară simultan pe trei canale şi asigură filtrarea semnalului, integrarea şi stocarea datelor în conformitate cu standardele ISO 2631, 5349 si 8045.2 [9]. Un al patrulea canal calculează şi stochează valoarea sumei vectoriale. Sistemul se completează cu accelerometre mono sau triaxiale în monturi speciale şi cu soft DNA. HVM100 poate înmagazina următoarele date: RMS, Minimum, Maximum, Valoarea de Vârf ca şi alte mărimi relevante cum ar fi Crest Factor (factor de creastă) şi VDV (valoarea dozei de vibraţii). Semnalele de ieşire în

curent alternativ sau current continuu de pe fiecare canal permit cuplarea cu alte aparate de analiză pentru prelucrări mai detaliate ulterioare.HVM100 poate fi updatat electronic cu ajutorul tehnologiei de filtrare digitală pe care o utilizează. În plus, este dotat cu un afişaj LCD dot-matrix şi multiple opţiuni de interfaţă lingvistică. Fig. 4 Aparat IHVM 100 pentru măsurarea

vibraţiilor umane

● Aplicaţii tipice

- testarea produselor la încadrarea în parametrii proiectaţi;

308

- testarea întregului corp; - vibraţiile uneltelor de mână; - măsurarea nivelului de vibraţii; - vibraţiile sistemului mână-braţ;

Caracteristici: compact şi portabil; conform cu ISO 2631,

5349 si 8041; compatibil cu accelerometre ICP sau charge-mode; măsoară simultan pe cele trei direcții x, y, z şi face suma vectorială.

4. Concluzii

Dezvoltarea sistemelor de măsurare modernă a vibraţiilor urmăreşte următoarele:

■ În ceea ce priveşte componentele de bază dedicate analizei de vibraţii care sunt traductoarele se manifestă tendinţele:

• creşterea domeniului de frecvenţe: 0,5 Hz – 20 kHz; • creşterea preciziei de măsurare prin:

▪ micşorarea zgomotului intern (la cele cu preamplificatoare integrate până la 0,02 mg RMS; ▪ creşterea domeniul de temperatură, -18 0C - 45 0C; ▪ miniaturizarea, coborându-se până la 0,2 g; ▪ integrarea cu preamplificatorul, înlocuindu-se ieşirea în sarcină electrică cu ieşirea în tensiune modulată, asigurându-se în acest fel:

- creşterea fiabilităţii; - creşterea imunităţii la interferenţa electromag-

netică produsă de câmpuri externe; - simplificarea construcţiei cablului, eliminându-se

ecranările foarte costisitoare.

■ Se urmăreşte incorporarea electronică a unui “cip de memorie”, care să permită identificarea rapidă a parametrilor săi funcţionali de către aparatura de achiziţie a semnalului.

Acest “cip de memorie” a fost introdus în majoritatea

preamplificatoarelor şi în diferite tipuri de accelerometre, convertoare, amplificatoare de condiţionare, făcând astfel posibilă implementarea de funcţii de detecţie, ajustare a amplificării, autotestare, aceasta fiind tendinţa de viitor în domeniul traductoarelor.

309

■ La măsurările care se efectuează pentru încadrarea în limitele maxime admise ale vibraţiilor din punct de vedere al confortului, accelerometrul se fixează pe planşeul încăperii în punctul de amplitudine maximă (centrul încăperii). BIBLIOGRAFIE [1] Darabonţ, A., ş.a., Măsurarea zgomotului şi vibraţiilor în tehnică, Editura Tehnică, 1983. [2] * * * http://ams.protectiamuncii.ro/conferinta/04.html [3] * * * http://www.zainea.com/body.html [4] * * * Directiva Parlamentului European şi a Consiliului 44/2002/CE, 25 iunie 2005 [5] * * * http://frf.cncsis.ro/documente/663E23.doc [6] * * * http://www.humanvibration.com/EU/VIBGUIDE/WBV%20Good%20 practice%20Guide%20v6.7g%20English%20070606.pdf [7] * * * http://www.bksv.com/Products/VibrationMeters/HumanVibration Analyzer Type4447.aspx [8] * * * http://www.bksv.com/Products/VibrationMeters/2537HandArmVibra-tion Meter.aspx [9] * * * http://www.bksv.com/Products/VibrationMeters/3channelHuman Vibration FrontendType1700.aspx [10] * * * http://www.svantek.com.pl/site/produkty/958/SVAN958.pdf

Drd. Ing. Acxel Emil FARCAŞ Prof. Dr. Ing. Mariana ARGHIR

Departamentul Ingineria Sistemelor Mecanice, Facultatea Construcţii de Maşini, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca,

B-dul Muncii, Nr. 103-105, Cod: 400.641 Tel: 0264.401.759; 0265. 401.657

membri AGIR

310