APLICAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA EM CONFIABILIDADE À EXTRUSORA POLIMÉRICA

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1 ID-05 APLICAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA EM CONFIABILIDADE À EXTRUSORA POLIMÉRICA Leila Kretli Coelho Universidade Federal do Espírito Santo (CT/DEM) Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras. Vitória-ES Gabriel Antônio Taquêti Silva Universidade Federal do Espírito Santo (CT/DEL) Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras. Vitória-ES Oswaldo Paiva Almeida Filho Universidade Federal do Espírito Santo (Ct/Dem) Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras. Vitória-ES José Luiz Borba - Universidade Federal do Espírito Santo (CT/DEL) Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras. Vitória-ES Resumo. Este trabalho trata sobre a aplicação da metodologia de Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC) no sistema responsável pela cobertura polimérica de tubos flexíveis utilizados pela indústria de petróleo e gás. O objetivo da aplicação da MCC na fabricação de tubos flexíveis é a busca do aumento da confiabilidade no sistema de extrusão polimérica, devido a sua alta criticidade. Essa criticidade se deve ao fato de que as camadas termoplásticas dos tubos flexíveis não devem possuir emendas, o que impossibilita a existência de interrupções após o processo de fabricação ter sido iniciado. O desenvolvimento da MCC implica na identificação de ações que quando executadas irão reduzir a probabilidade de falha de um equipamento, aumentando a confiabilidade e o controle dos custos de manutenção. O tubo flexível é composto por várias camadas com diferentes funções. A variação dessas camadas permite que o tubo seja produzido especificamente para suportar diferentes solicitações. Um tubo flexível típico é formado por cinco camadas, sendo que as camadas poliméricas termoplásticas protegem os tubos flexíveis contra a corrosão e contra o desgaste entre as camadas metálicas. A extrusora foi escolhida para ser o primeiro equipamento da fábrica de tubos flexíveis para a aplicação da MCC. A metodologia prevê a análise de falhas no histórico do equipamento, a aplicação das demais técnicas da MCC e a identificação dos itens críticos do sistema. Constatou-se que o sistema de tração da linha do sistema o puxador hidráulico era o equipamento que possuía a maior incidência de falhas no histórico. Sendo assim, foram estabelecidas alternativas para a solução do problema, selecionada a melhor opção, e elaborado respectivo plano de ação, visando o aumento da disponibilidade e confiabilidade do equipamento. Palavras chave: Manutenção Centrada em Confiabilidade. Extrusora Polimérica. Petróleo e gás. 1. INTRODUÇÃO O uso de técnicas avançadas na gestão da manutenção vem proporcionando, cada vez mais, controle e segurança nos processos produtivos, acarretando no aumento da produtividade visto que

2 garantem uma maior disponibilidade dos equipamentos a um menor custo de manutenção. Neste sentido, a Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC) vem ganhando cada vez mais espaço nos diferentes setores produtivos tornando-se uma prática cada vez mais necessária às empresas que, necessitam de um processo produtivo com alta taxa de disponibilidade e confiabilidade. Diante da sua grande importância, esse trabalho tem como objetivo apresentar a metodologia da Manutenção Centrada em Confiabilidade e aplicá-la à extrusora polimérica de uma fábrica de tubos flexíveis utilizados pela indústria de petróleo e gás, a fim de aumentar sua confiabilidade e disponibilidade. A extrusora polimérica foi escolhida para o estudo de caso devido a sua grande importância no processo produtivo de tubos flexíveis e sua alta criticidade. Além disso, tem-se como objetivo desenvolver um plano de manutenção eficiente para o equipamento mais crítico da extrusora baseado nas técnicas de MCC. 2. MANUTENÇÃO CENTRADA EM CONFIBILIDADE A Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC), traduzida da expressão em inglês, Reliability Centered Maintenance (RCM), segundo Moubray (1997), é um processo usado para determinar as necessidades de manutenção de qualquer ativo físico no seu contexto operacional Princípios da MCC Manutenção centrada em confiabilidade consiste em entender as principais fontes de falhas e antecipá-las na eminência de sua ocorrência. Na MCC analisa-se o contexto operacional e não somente o equipamento. (SIQUEIRA, 2005) Esta começa identificando a funcionalidade ou desempenho requerido pelo equipamento no seu contexto operacional identifica os modos de falha e as causas prováveis e então detalha os efeitos e conseqüências. Isto permite avaliar a criticidade das falhas identificando conseqüências significantes que afetam a segurança, disponibilidade e custo. A metodologia permite selecionar as tarefas adequadas de manutenção direcionadas para os modos de falha identificados. Segundo Pinto (2004), a MCC busca a melhor combinação entre ações baseadas em condições, ações baseadas em intervalos de tempo ou em ciclos, ou simplesmente ações corretivas. A aplicação de cada uma destas estratégias está detalhada na Figura 4. Estas estratégias de manutenção devem ser aplicadas de forma integrada, para permitir a otimização da eficiência e dos custos de manutenção do sistema avaliado.

3 2.2. Análise MCC Figura 4 - Componentes de um programa RCM. Fonte: Pinto (2004). A Figura 5 apresenta um diagrama das etapas que compõem o processo da MCC Análise de Modos e Efeitos de Falhas Figura 5 - O Processo para Desenvolvimento da RCM. Fonte: Adaptação de Pinto (2004). A Análise de Modos e Efeitos de Falhas, traduzido do inglês FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) é um método que analisa cada componente de um sistema identificando cada uma de suas funções e falhas associadas, detalhando ainda,as causas e os modos de falhas relacionados a cada uma destas falhas, examinando quais as consequências sobre o sistema. A FMEA tornou-se o procedimento padrão na indústria para definir e documentar todos os modos de falhas potenciais em um sistema. (SIQUEIRA, 2005)

4 Os principais objetivos da FMEA/FMECA são: Identificação dos modos de falha dos componentes de um sistema; Avaliação das causas, efeitos e riscos das falhas; Aumentar a segurança funcional, operacional e ambiental; Aumentar a confiabilidade; Melhorar a comunicação interna; Como detectar, como corrigir, etc. A FMEA é utilizada na metodologia da MCC e seus resultados são usualmente agrupados em formas de tabelas. 3. PROCESSO DE FABRIÇÃO DE TUBOS FLEXÍVEIS Os tubos flexíveis são utilizados para o transporte do petróleo ou gás dos poços offshore até as plataformas ou de um poço ao outro. Existem dois tipos de tubos flexíveis para essa finalidade, os Risers, que conectam a plataforma ao poço, por isso devem apresentar maior resistência, pois trabalham em condições dinâmicas devido às correntes marinhas e variações das marés e os Flowlines que fazem a conexão entre poços, trabalham em condições estáticas, pois ficam sempre sobre o leito do mar. Devido à severidade do ambiente em que estes flexíveis são aplicados, chegando a profundidades de até 2.500m, foram desenvolvidas tecnologias na fabricação dos tubos que estão divididas em 4 (quatro) processos bem distintos, cada um desses formando camadas específicas nos tubos cada qual com sua finalidade: As etapas são alternadas dependendo das especificações do projeto. Na Figura 6 é ilustrado um tubo flexível em corte, identificando cada uma das etapas. Armagem Espiralagem Perfilagem Extrusão Extrusão Figura 6 - Etapas da construção do tubo flexível

5 4. A EXTRUSORA POLIMÉRICA A Extrusora Polimérica estudada nesse trabalho é responsável pelo processo de extrusão que forma as camadas poliméricas dos tubos flexíveis, como explicado no capítulo anterior. O sistema de extrusão foi adquirido no final de 2005 de um fabricante especializado de origem suíça. Entretanto, a máquina só começou a fazer parte da sequência produtiva dos flexíveis no ano de 2006, após passar por uma série de testes que comprovaram sua eficiência e capacidade. A Extrusora é composta por uma cabeça aquecida através de resistências elétricas, esse calor gerado faz com que os grânulos de material polimérico, que são deslocados por um fuso, e passam pela cabeça sejam deformados, permitindo a deposição do mesmo ao redor do tubo metálico. Após formação dessa camada o tubo passa pelo Tanque Mijador que pulveriza água gelada, com o intuito de diminuir a temperatura do Termoplástico, na Figura 717 pode-se visualizar a cabeça da extrusora e o Tanque Mijador. Assim que deixa o Tanque Mijador o tubo passa pelo Tanque de Resfriamento Principal mostrado na Figura Na saída do tanque de resfriamento, um equipamento denominado BetaLaserMike, mede a espessura de toda a camada polimérica em busca de imperfeições através do ultrasom. Cabeça Extrusora Tanque Mijador Figura 71 - Extrusora Polimérica. Durante todo o processo de extrusão o tubo flexível é tracionado por dois puxadores, onde um utiliza sistema pneumático para segurar o tubo, enquanto que o outro utiliza um sistema hidráulico. Esses são necessários para permitir o tencionamento e estabilização do tubo durante a realização da extrusão. O desenrolar do tubo da bobina na entrada da extrusora é executado pelo virador de emissão que além de girá-la, permite sua movimentação horizontal. Os viradores de recepção giram no sentido contrário ao virador de emissão enrolando o tubo à bobina de saída.

6 Tanques de Resfriamento. Figura 82 - Tanques de resfriamento 5. METODOLOGIA Para realização do estudo da confiabilidade e implementação das técnicas de MCC na Extrusora Polimérica, foi necessário fazer uma análise do banco de dados de falhas do equipamento. Primeiramente, analisou-se o relatório de falhas dos anos de 2009 e 2010, acumulando assim dois anos de histórico, o que é suficiente para a aplicação das técnicas de MCC. O primeiro passo na análise do histórico foi fazer uma revisão das ocorrências, corrigindo erros de descrição dos equipamentos e até mesmo das falhas. Isso ocorreu, pois, alguns campos do histórico não foram devidamente preenchidos na data da ocorrência, o que é muito comum na área industrial, inclusive na manutenção. Após a revisão do histórico, foi possível analisar as falhas de cada sistema da Extrusora, o que permitiu visualizar os sistemas mais críticos do processo. A Figura 39 mostra o diagrama de blocos dos sistemas da Extrusora. Figura 3 - Sistemas da Extrusora Polimérica

7 A partir da análise das falhas de cada sistema foi desenvolvido um diagrama de Pareto, que é um recurso gráfico utilizado para estabelecer uma ordenação nas causas de perdas que devem ser sanadas. O diagrama de Pareto torna clara a relação ação/benefício, ou seja, prioriza a ação que trará o melhor resultado. Ele consiste num gráfico de barras que ordena as freqüências das ocorrências da maior para a menor e permite a localização de problemas vitais e a eliminação de perdas. Na Figura 1010 observa-se o diagrama de Pareto dos Sistemas da Extrusora, e verificamos que os Sistemas de Alimentação de Matéria prima, de Extrusão e de Tração da Linha são os sistemas mais críticos, pois, compõe 80% das falhas. Figura 10 - Diagrama de Pareto dos Sistemas da Extrusora Após identificação dos sistemas mais críticos, partimos para a análise dos subsistemas. Porém analisamos apenas o sistema da Tração da Linha, devido a sua maior simplicidade e facilidade de compreensão, pois, para o nível de trabalho acadêmico a análise de todos os subsistemas do processo seria algo muito extenso, o que inviabilizaria o estudo. Para os Subsistemas da Tração da Linha também foi desenvolvido, a partir do histórico de falhas, um diagrama de Pareto, mostrado na Figura 11. Observou-se então, que o Puxador 2 possui a maior quantidade de falhas, sendo assim o Subsistema mais crítico, por isso o escolhemos para a análise.

8 Figura Diagrama de Pareto dos Subsistemas da Tração da Linha. O funcionamento do puxador 2 é bem simples. Um motor elétrico aciona um conjunto de três esteiras, denominadas Lagartas, que puxam e tracionam o tubo flexível. O assentamento das lagartas é feito por um sistema hidráulico que pressiona as esteiras contra o tubo Estudo da confibilidade do puxador 2 Através do Software Weibull++7 da ReliaSoft e dos dados de tempo médio entre as falhas (MTBF) calculados a partir do histórico de falhas do Puxador 2, foram gerados os gráficos da Função Confiabilidade, da Taxa de Falha. A Figura 12 mostra o gráfico da Função Confiabilidade vs Tempo. ReliaSoft Weibull ,000 Gráfico da Confiabilidade vs Tempo Confiabilidade 0,800 Dados 1 Weibull-Mista NLRR SRM MED FM F=60/S=2 Pontos de Dados Linha da Confiabilidade Confiabilidade, R(t)=1-F(t) 0,600 0,400 0,200 0,000 18,024 36,018 54,012 72,006 0,030 90,000 β[1]=1,8370, η[1]=1,4342, Ρ[1]=0,5831; β[2]=1,8371, η[2]=30,7863, Ρ[2]=0,4169 Tempo, (t) Figura 12 - Gráfico Confiabilidade vs Tempo (Puxador 2) De acordo com a análise do gráfico pode-se perceber que a Confiabilidade é reduzida muito rapidamente no início da vida do equipamento, ou seja, a taxa de falha na sua juventude é muito alta, como é mostrado também no gráfico de Taxa de Falha na Figura 13.

9 ReliaSoft Weibull ,030 Gráfico da Taxa de Falha vs Tempo Taxa de Falha Dados 1 Weibull-Mista NLRR SRM MED FM F=60/S=2 Linha da Taxa de Falha 0,024 Taxa de Falha, f(t)/r(t) 0,018 0,012 0,006 0,000 6,000 12,000 18,000 24,000 0,000 30,000 β[1]=1,8370, η[1]=1,4342, Ρ[1]=0,5831; β[2]=1,8371, η[2]=30,7863, Ρ[2]=0,4169 Tempo, (t) Figura 13 - Gráfico Taxa de Falha vs Tempo No gráfico de taxa de falha podemos observar a formação de uma Distribuição de Weibull Mista, que nos comprova a existência de duas populações com modos de falhas distintas. A primeira população tem uma taxa de falha altíssima no inicio da vida, caracterizando um quadro de mortalidade infantil. Já a segunda população possui taxa de falha crescente, o que caracteriza uma fase de envelhecimento. Analisando o gráfico, observa-se que há muitas falhas que ocorreram dentro de um intervalo de menos de um dia. Essas falhas são, muitas vezes, ocasionadas por retrabalho, ou seja, quando uma mesma falha se repete em um curto intervalo de tempo. A repetição de uma falha pode acontecer por causa de uma manutenção mal feita, executada por uma equipe que não está devidamente treinada para exercer aquela atividade. Além disso, a má qualidade de um componente utilizado na manutenção ou falhas no projeto da máquina também pode resultar em retrabalho No caso do puxador 2, houveram várias ocorrências de relubrificação no mesmo dia. Possivelmente, houve a necessidade de relubrificar o equipamento por causa de um vazamento observado durante um check-list. Como a máquina possui vários pontos de lubrificação, cada um desses pontos foi registrado no sistema como uma ocorrência diferente, por isso a grande quantidade das mesmas. Além dessas ocorrências, verificou-se outras falhas que se repetiam em um intervalo de menos de 1 dia. Estas, por sua vez, podem ter sido causadas por uma manutenção mal executada ou por uso de equipamentos e componentes inadequados para a atividade. Portanto, essas ocorrências foram retiradas da análise para verificarmos se a existência de uma segunda população estava sendo causada por elas. Logo, foram gerados novos gráficos no software Weibull++7. A Figura 14 mostra o novo gráfico da Taxa de Falha O novo gráfico obtido é uma Distribuição de Weibull comum com uma taxa de falha crescente, caracterizando um estado de envelhecimento. O gráfico da Função Confiabilidade, Erro! A

10 origem da referência não foi encontrada.15, comprova o estado de envelhecimento observado no gráfico da Taxa de Falha, Figura 14. ReliaSoft Weibull ,090 Gráfico da Taxa de Falha vs Tempo Taxa de Falha Dados 2 Weibull-2P MLE SRM MED FM F=22/S=2 Linha da Taxa de Falha 0,072 Taxa de Falha, f(t)/r(t) 0,054 0,036 0,018 0,000 β=1,5258, η=35, ,000 80, , ,000 0, ,000 Tempo, (t) Figura 14 - Gráfico da Taxa de Falha (sem as Falhas com MTBF de 1 dia) ReliaSoft Weibull ,000 Gráfico da Confiabilidade vs Tempo Confiabilidade 0,800 Dados 2 Weibull-2P MLE SRM MED FM F=22/S=2 Pontos de Dados Linha da Confiabilidade Confiabilidade, R(t)=1-F(t) 0,600 0,400 0,200 0,000 0,200 40,160 80, , , ,000 β=1,5258, η=35,6799 Tempo, (t) Figura 15 Gráfico Função Confiabilidade (sem Falhas com MTBF igual a 1) 5.2. Aplicação da FMEA no puxador 2 O estado de envelhecimento encontrado no estudo anterior,quando a segunda população foi isolada, é um sinal de que o plano de manutenção utilizado não está sendo eficiente, pois o Subsistema ainda não deveria ter atingido o final da sua vida, devido ao seu pouco tempo de operação. Ao aplicarmos FMEA no Puxador 2 podemos obter a um plano de manutenção mais eficiente. A partir da análise dos equipamentos do Puxador 2 geramos o diagrama de Pareto, mostrado na Figura, que nos possibilitou visualizar os equipamentos com mais ocorrências.

11 Figura 16 - Diagrama de Pareto dos Equipamentos do Puxador 2 De acordo com o Diagrama de Pareto, as Lagartas, a Motorização e o sistema hidráulico são as partes com maior número de ocorrências e compõem 80% do total das falhas. Segundo Pareto, poucas causas levam à maioria das perdas, ou seja, poucas são vitais, a maioria é trivial. Seguindo esse pensamento se aplicarmos o método de Análise de Modos e Efeitos de Falhas (FMEA) nos equipamentos mais críticos, iremos solucionar a maior parte das falhas. A Tabela 11 mostra o FMEA do equipamento mais crítico do Puxador 2 e as atividades de manutenção propostas para cada modo de falha. Tabela 1 - FMEA das Lagartas e Atividades Propostas Falha Impacto no Equipamento Função Componente Modo de Falha Atividade Proposta Funcional Sistema Lagartas Tracionar o tubo. Não tracionar o tubo. Corrente Quebra da corrente Quebra dos pinos dos elos Possível parada da planta Avaria de componente Substituição Preventiva Inspeção Preditiva Reparo Funcional Restauração Preventiva Patins Quebra Avaria de componente Reparo Funcional 5.3. Definição das atividades Propostas Para o estudo de caso foi desenvolvido um plano de manutenção apenas para o conjunto de lagartas, pois esse é o equipamento mais crítico do puxador 2. O plano de manutenção foi baseado nas atividades propostas a partir das conclusões tiradas da Análise de Modos e Efeitos de Falhas e na experiência da equipe de manutenção da empresa em estudo. A Tabela 1 apresenta o plano de manutenção para o conjunto de lagartas. Tabela 1 - Plano de manutenção para o conjunto de Lagartas.

12 Tarefa Tipo Duração Periodicidade Inspeção do conjunto das lagartas. Preventiva 16 horas Semestral Substituição preventiva das correntes das lagartas Preventiva 8 horas 5 anos Lubrificação das correntes das lagartas Preventiva 2 horas Trimestral Lubrificação dos mancais e guias das lagartas Preventiva 1 hora Quinzenal Análise vibracional das lagartas Preditiva 1 hora Trimestral Reparo Funcional Corretiva CONSIDERAÇÕES FINAIS Na etapa de análise do histórico de falhas da extrusora polimérica, constatou-se uma série de erros de registro das ocorrências. Isso ocorre quando tanto o executante da manutenção quanto o funcionário que registra as ocorrências não recebem o devido treinamento de como preencher corretamente os campos com os detalhes da atividade realizada, resultando em dados insuficientes para análise. A partir da análise dos gráficos, concluiu-se que o puxador 2 se encontra em um estado de envelhecimento. Isso era esperado devido ao ritmo intenso de trabalho do equipamento, pois o mesmo trabalha praticamente 24 horas por dia, com intervalos apenas entre os turnos. Foi identificado que o puxador 2 é um equipamento de baixa confiabilidade, pois há uma probabilidade de 90% de 1 falha ocorrer a cada 8 dias, caracterizando um plano de manutenção deficiente. Com o estudo de FMEA e do histórico de falhas foi possível definir um plano de manutenção para aumentar a confiabilidade e disponibilidade do equipamento. Dentre as tarefas propostas, foi definido a necessidade de uma manutenção preventiva geral a cada 5 anos, substituindo os itens principais do puxador 2, com o intuito de renovar a vida útil do equipamento. Como trabalho futuro, propõe-se estender a metodologia de MCC a todo o sistema da extrusora polimérica, definindo todos os planos de manutenção, assim como as respectivas análises de custos. Por fim, o plano seria então apresentado à empresa em estudo e proposto a sua execução e acompanhamento, a fim de analisar os benefícios alcançados e se haveria a necessidade de qualquer revisão no plano de manutenção. Após a análise dos resultados da implantação, fica a cargo da empresa a extensão da metodologia para todo o seu processo industrial, criando uma cultura de Manutenção Centrada em Confiabilidade.

13 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5462: Confiabilidade e Mantenabilidade. Rio de Janeiro,1994. BORBA, J. L. Apostila de Engenharia de Manutenção do curso de Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária oferecido pelo CEFETES UNED Cariacica, 2009 MOUBRAY, J. Reliability Centered Maintenance. 2nd ed. New York: Industrial Press Inc, 1997 NEPOMUCENO, L. X. Técnicas de Manutenção Preditiva. Volume 1. Ed Edgard Blücler: São Paulo, PINTO, L. H. T. Análise de falhas: Tópicos de engenharia de confiabilidade. [S.I: s.n.],2004. Disponível em: <www.mantenimientomundial.com/sites/mmnew/bib>. Acesso em: 26 abr RAPOSO, J. L. O. Manutenção Centrada em Confiabilidade aplicada a sistemas elétricos: Uma proposta para uso de análise de risco no diagrama de decisão f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal da Bahia, Salvador, RELIASOFT ReliaSoft Corporation. Characteristics of the Weibull Distribution. Abr Online. Disponível em: <http://www.weibull.com/hotwire/issue14/ relbasics14.htm>. Acesso em: 26 abr SIMONETTI, M. J. et al. A Manutenção Centrada na Confiabilidade: Uma prática contemporânea. Revista Sapere: Revista Científica da Faculdade Tecnológica de Tatuí, São Paulo. Vol 2. Jul./Dez Disponível em: <www.revistasapere.inf.br/download/segunda/simonetti_souza_leandro_trabachini_e LL.pdf>. Acesso em 12 abr SIQUEIRA, I. P. Manutenção Centrada na Confiabilidade: Manual de Implantação. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2005.

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