SIC A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção. João Luis Reis e Silva. Votorantim Metais

Transcrição

1 SIC 2007 A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção João Luis Reis e Silva Eng o. Confiabilidade Sênior Votorantim Metais Negócio Zinco, unidade Três Marias

2 Agenda Grupo Votorantim Votorantim Metais Sistema de Gestão SGVM-MAN Pilar Engenharia de Confiabilidade Introdução Definição - Load Sharing Desenvolvimento Exemplos - Elementos Finitos Resultados e Conclusões 2 Paradigmas de Manutenção 2

3 Grupo Votorantim Um dos maiores conglomerados econômicos privados do Brasil; Portfólio de negócios e produtos focado principalmente em atividades de capital intensivo e em commodities; 3 Paradigmas de Manutenção 3

4 Grupo Votorantim Receita líquida anual (2005) em torno de US$ 8 bi; Investimentos de US$ 2,5 bilhões em 2005; Em processo de internacionalização. 4 Paradigmas de Manutenção 4

5 Votorantim Metais Holding com foco nos processos de mineração e metalurgia de zinco, níquel e aços longos; Líder de produção de zinco na América Latina e 5º maior produtor do mundo; Líder de produção de níquel na América Latina; Receitas anuais em torno de US$ 1,25 bi; 5 Paradigmas de Manutenção 5

6 Votorantim Metais 8 unidades no Brasil e 1 no Peru; Emprego direto de mais de colaboradores. 6 Paradigmas de Manutenção 6

7 SGVM-MAN MAN Sistema de Gestão da Manutenção Corporativo 8 Unidades no Brasil e 1 Exterior; Objetivo de conferir maior agilidade e assertividade aos processos da Manutenção; Conceito de Equipe Líder e Pilares da Manutenção; Foco nos processos World Class; 7 Paradigmas de Manutenção 7

8 SGVM-MAN MAN Sistema de Gestão da Manutenção suportado por 7 pilares. 8 Paradigmas de Manutenção 8

9 Pilar Eng. Confiabilidade Definir critérios para a implantação e sistematização de técnicas de Engenharia de Confiabilidade na Votorantim Metais; Aplicar as principais metodologias de confiabilidade para conseguir os melhores índices de performance dos ativos e conseqüente geração de valor para a empresa; Função de construir e disseminar a cultura pela confiabilidade e integração com os demais pilares; 9 Paradigmas de Manutenção 9

10 Pilar Eng. Confiabilidade Formação do Engenheiro de Confiabilidade; Treinamentos com Consultoria Externa (carga horária de 192h). RCFA Análise de Dados de Vida Confiabilidade de Sistemas FMEA FMECA FTA Green Belt Black Belt RCM Confiabilidade P. Manut. RAM Sistemas Avançados 10 Paradigmas de Manutenção 10

11 Introdução Em diversas plantas industriais observa-se um paradigma (prática) nas equipes de manutenção de utilizar 4 parafusos ao invés de 8, em flanges de fixação com 8 furos. 11 Paradigmas de Manutenção 11

12 Introdução Diversas razões para este procedimento são fornecidas pela equipe de manutenção, como exemplo: Com 4 parafusos também resolve! A manutenção fica mais rápida! Gasta menos parafusos! Etc Paradigmas de Manutenção 12

13 Introdução Esta prática apesar de reduzir o tempo de manutenção (MTTR) e gastos com parafusos, compromete a vida útil do sistema Flange- Parafuso-Tubo, acarretando maiores gastos com manutenções e paradas de processos. 13 Paradigmas de Manutenção 13

14 Introdução Proposta do Trabalho: Elaborar um estudo quantitativo de confiabilidade de forma a demonstrar a redução de vida útil do sistema Flange-Parafuso-Tubo, comprovando que a prática adotada pelas equipes resulta em aumento do custo de manutenção e lucro cessante. 14 Paradigmas de Manutenção 14

15 Definição Load Sharing Load Sharing (Carregamento Compartilhado) representa um modelo para redundâncias complexas onde cada componente suporta uma parte da carga total para manter o funcionamento do sistema (dependência entre os componentes redundantes); Quando um ou mais componentes falham, os componentes que sobraram em operação necessitam suprir o carregamento do sistema de maneira a compensar os itens em falha; 15 Paradigmas de Manutenção 15

16 Definição Load Sharing No modelo Load Sharing a Relação de Vida x Estressamento são combinadas às distribuições de vida para quantificar o efeito do aumento do esforço/estressamento sobre componentes durante a operação quando um outro componente em Load Sharing falha. 16 Paradigmas de Manutenção 16

17 Definição Load Sharing Fonte: 17 Paradigmas de Manutenção 17

18 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso Um parafuso padrão para tubulações industriais possui uma característica de vida que pode ser modelada por uma função Weibull (pdf); Parâmetros da distribuição Weibull (fonte: Bloch and Geitner s Reliability Data; OREDA Offshore Reliability Data Handbook): β = 3; λ = horas; η = horas. 18 Paradigmas de Manutenção 18

19 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso Para o gráfico de R(t): t 1 = h para R 1 (t) = 95% t1, R1(t) t 2 = h para R 2 (t) = 5% t2, R2(t) 19 Paradigmas de Manutenção 19

20 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso Quando utiliza-se 4 parafusos num flange de 8 furos, os 4 parafusos assumem de imediato um esforço mecânico dobrado. Este fato irá reduzir a vida do sistema Flange-Parafuso-Tubo de maneira acelerada; 20 Paradigmas de Manutenção 20

21 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso O modelo matemático adotado para a relação Vida x Stress do parafuso foi a Lei da Potência Inversa (Inverse Power Law): 1 L( V) = n K V ( 1) 21 Paradigmas de Manutenção 21

22 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso Os Parâmetros K e n da equação 1 podem ser obtidos por meio de algoritmos. A tabela 1 fornece os dados de variação de carga e tempo de vida para que o algoritmo estime os valores de K e n; Decréscimo de 25% no tempo de vida para uma carga dobrada 22 Paradigmas de Manutenção 22

23 Desenvolvimento Modelo para o Parafuso A Lei da Potência Inversa para a relação Vida x Stress do parafuso é então determinada pela equação 2. Esta equação será utilizada para o modelo Load Sharing do flange com 8 e 4 parafusos. 1 L( V) = V 0, n K ( 2) 23 Paradigmas de Manutenção 23

24 Desenvolvimento Flange com 8 Parafusos Modelamento de um container com 8 parafusos no Blocksim; Configuração 4 out of Paradigmas de Manutenção 24

25 Desenvolvimento Flange com 8 Parafusos Para o gráfico de R(t): t 3 = h para R 3 (t) = 5% t3, R3(t) 25 Paradigmas de Manutenção 25

26 Desenvolvimento Flange com 4 Parafusos Modelamento de um container com 4 parafusos no Blocksim; Configuração 4 out of Paradigmas de Manutenção 26

27 Desenvolvimento Flange com 4 Parafusos Para o gráfico de R(t): t 4 = h para R 4 (t) = 5% t4, R4(t) 27 Paradigmas de Manutenção 27

28 Ex: Elementos Finitos Método poderoso e econômico para resolver problemas estruturais em engenharia. Aplicações: Análises térmicas, dinâmicas, fadiga, otimização estrutural, etc. Flange: Modelo de Elementos Finitos 28 Paradigmas de Manutenção 28

29 Ex: Elementos Finitos Representação parcial dos contatos Representação parcial dos elementos de contato 29 Paradigmas de Manutenção 29

30 Ex: Elementos Finitos Deslocamentos no aperto a frio (configuração deformada) 30 Paradigmas de Manutenção 30

31 Ex: Elementos Finitos Tensões (configuração deformada) 31 Paradigmas de Manutenção 31

32 Resultados e Conclusões Após as etapas de modelamento do sistema Flange-Parafuso-Tubo com 8 e 4 parafusos por flange, obteve-se os seguintes valores de vida útil para estes dois casos: O flange com 8 parafusos apresentou um tempo de horas para 95% de probabilidade de falha do sistema; O flange com 4 parafusos apresentou um tempo de horas para 95% de probabilidade de falha do sistema. 32 Paradigmas de Manutenção 32

33 Resultados e Conclusões t = t 3 t 4 = = horas Desta forma a utilização de flanges com 4 parafusos promoveu uma redução de vida útil do sistema Flange-Parafuso-Tubo em horas, aproximadamente 2,44 anos, representando um decréscimo de 37,52% da vida útil deste sistema; 33 Paradigmas de Manutenção 33

34 Resultados e Conclusões O impacto na vida útil do sistema representa somente em gastos anuais de manutenção (mão-de-obra + material) em torno de R$ ,00/ano em plantas industriais que apresentam uma média de flanges instalados. 34 Paradigmas de Manutenção 34

35 Resultados e Conclusões Principais modos de falha observados na planta: Sulfatação decorrente de vazamento 35 Paradigmas de Manutenção 35

36 Resultados e Conclusões Este trabalho proporcionou ações gerenciais mais efetivas para estabelecer o cumprimento de padrões de fixação de flanges pelas equipes de manutenção, quebrando desta forma os paradigmas até então existentes sobre a utilização de 4 parafusos! 36 Paradigmas de Manutenção 36

37 Recursos de Apoio 37 Paradigmas de Manutenção 37

38 OBRIGADO! João Luis Reis e Silva Eng o. Confiabilidade Sênior Votorantim Metais joao.silva.js4@vmetais.com.br jolishp@yahoo.com Paradigmas de Manutenção 38