PERFIL DE PERDAS DE PRODUÇÃO RELACIONADO A FALHAS ELÉTRICAS: O ESTUDO DE CASO DAS USINAS DE PELOTIZAÇÃO DA CVRD NO COMPLEXO INDUSTRIAL DE TUBARÃO

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1 PERFIL DE PERDAS DE PRODUÇÃO RELACIONADO A FALHAS ELÉTRICAS: O ESTUDO DE CASO DAS USINAS DE PELOTIZAÇÃO DA CVRD NO COMPLEXO INDUSTRIAL DE TUBARÃO Vinícius Dalapícula Bravim (1) Mariana Santos e Souza (2) RESUMO A manutenção industrial desempenha um papel cada vez mais importante na conquista das metas de produção. O ambiente competitivo atual exige, na maioria das vezes, regimes contínuos de produção, diretamente afetados quando ocorre a parada de equipamentos do processo para se realizar a manutenção. Nesse sentido, torna-se fundamental a busca de alternativas que reduzam as falhas dos equipamentos e, por conseqüência, as perdas de produção. O objetivo deste trabalho é a identificação das causas das paradas de produção relacionadas a falhas de natureza elétrica das usinas de pelotização da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), localizadas em Vitória, no Complexo Industrial de Tubarão, nos meses de julho, agosto e setembro de 26, através da utilização de uma estrutura padronizada de falhas dos equipamentos, desenvolvida por meio de um modelo de mapeamento de falhas e, ao final, propor soluções. Após análise detalhada identificaram-se as principais causas das paradas, priorizando o tratamento das mais significantes. Este trabalho mostra a importância da identificação e padronização das falhas dentro de um ambiente de manutenção industrial que, quando bem analisadas e tratadas, podem refletir em ganhos de disponibilidade física das usinas e, consequentemente, em ganhos de produtividade e aumento de faturamento da empresa. 1 A Empresa A Companhia Vale do Rio Doce é uma empresa de mineração com atuação diversificada, tendo o minério de ferro como o maior responsável pelo seu faturamento. É através das partículas finas de minério de ferro que são produzidas as pelotas, produto de maior valor agregado e vendido para siderúrgicas para a fabricação de aço. O setor de estudo deste trabalho está relacionado à área de manutenção das usinas de pelotização do complexo industrial de Tubarão (figura I), em específico sobre a engenharia da manutenção. (1) Engenheiro Eletricista da Engenharia de Manutenção das Usinas de Pelotização da CVRD, Vitória - ES (2) Engenheira de Produção da Engenharia de Manutenção das Usinas de Pelotização da CVRD, Vitória - ES

2 Figura I - Usinas de Pelotização Complexo Industrial de Tubarão, Vitória/ES (CVRD, 26). 2 Conceito de Perfil de Perdas Segundo Almeida (26), o perfil de perdas consiste na estratificação das perdas do processo produtivo por meio de gráficos de Pareto, a fim de identificar quais são as maiores oportunidades de ganho. Para elaborar o perfil de perdas deve-se, inicialmente, definir a natureza da perda a ser tratada, que neste trabalho são as quantidades de falhas e a indisponibilidade física dos ativos. Essas duas naturezas permitirão identificar o perfil das paradas ocorridas para saber os tipos de paradas que mais se repetem, assim como aqueles tipos responsáveis pela maior parte do tempo de parada das usinas. 3 Identificação das Falhas Durante o período analisado, foram registradas 17 horas de paradas de produção decorrentes de 323 ocorrências de falhas elétricas nos equipamentos através de um sistema de registro de paradas e perdas do processo produtivo, o sistema MES (Manufacturing Execution System). Esses eventos apresentam confiabilidade nos valores de datas e durações, porém não possuem consistência nas descrições devido a não existência de uma padronização das falhas. Desta forma, utilizou-se para classificar essas falhas a estrutura de classe de falha 1 da CVRD (Almeida, 26), que permite registrar todos os eventos de manutenção através de codificações hierárquicas padronizadas para 1 Classe de falha é a forma estruturada de uma falha, que permite registrar todos os eventos de manutenção, através de codificações hierárquicas padronizadas, para equipamentos e componentes (CVRD, 26).

3 equipamentos e componentes 2, dividida nos níveis: sistema, conjunto, item e problema (figura II). Equipamento Classe de Falhas Sistema Conjunto Posição Instalação Modo de Falha: Item + Problema Item Problema Ocorrência Figura II - Estrutura de Classe de Falhas da CVRD (ALMEIDA, 26). Ou seja, cada equipamento é atribuído a uma classe de falha, a qual permite classificar a falha de acordo com uma estrutura hierárquica. Assim é possível comparar o desempenho dos diversos equipamentos das usinas e identificar quais classes de falhas, sistemas, conjuntos, itens ou modos de falhas que mais afetam a disponibilidade das usinas. A figura III é um exemplo típico de classificação da falha de um equipamento (neste caso, do equipamento ventilador centrífugo). CLASSE DE FALHA: VENTILADOR CENTRÍFUGO SISTEMA CONJUNTO ITEM PROBLEMA SOLUÇÃO Acionamento Acoplamento Cabo/fiação Ajuste Trocar Aspiração Cascata subsíncrona Contator de média tensão Aterramento Recuperar Controle Cobertura Conversor CA-CC Danificado Descarga Força Inversor Desgaste Lubrificação Motor elétrico Painel CCM Isolação Ventilação Refrigeração Painel de distribuição Mau contato Painel de força e comando Partida compensada Reostato líquido Soft starter Figura III Exemplo de aplicação de classe de falha de um equipamento (CVRD, 26). 4 Modelo de Mapeamento de Falhas A estrutura de classe de falha foi desenvolvida por meio de um modelo de mapeamento de falhas, baseada na ferramenta denominada Diagrama de Afinidade. Segundo Karsak et al (22), permite o agrupamento de problemas em diversos conjuntos de acordo com suas afinidades e relações naturais. Dessa forma, procurou-se inicialmente levantar as possíveis falhas nos equipamentos e agrupá-las aos respectivos itens. Essa combinação deu origem aos modos de falhas (item e problema) para cada classe falha analisada. Devido a grande quantidade de modos de falhas existentes nas classes de falhas dos equipamentos das usinas e, a fim de obter maior organização e rastreabilidade das falhas, os itens foram reagrupados em pacotes denominados conjuntos, de forma que as falhas de um mesmo conjunto 2 Equipamentos ou componentes são ativos que possuem identificador individual e necessitam de controle de movimentação, histórico, que permitam a rastreabilidade e o acompanhamento do custo do ciclo de vida (CVRD, 26).

4 possuem maior afinidade entre si. Ainda seguindo a idéia do Diagrama de Afinidades, os conjuntos foram agrupados em pacotes denominados sistemas, reunindo então conjuntos que são mais afins entre si. Assim, criou-se o formato de agrupamento de falhas utilizado pela estrutura de classe de falha da CVRD, representado pela figura IV. Portanto, uma classe de falha é composta dos níveis sistema, conjunto, e item. Classe de Falha A Sistema A Conjunto 1 Conjunto 2 Item X Item Y Item X Item Y Sistema B Conjunto 3 Conjunto 4 Item X Item Y Item X Item Y Figura IV - Agrupamento de falhas do CVRD através do Diagrama de Afinidade. 5 Identificação dos Principais Problemas Com os registros do banco de dados do MES contendo informações consistentes e classificadas conforme o padrão de classes de falha do sistema CVRD de manutenção, torna-se possível a elaboração do perfil de perdas de produção das usinas, a fim de se identificar os principais problemas. A análise é baseada através de duas grandezas: o tempo de parada total do parâmetro selecionado, ou então em relação ao número de ocorrências registradas. É importante que a análise seja feita das duas formas para que se identifiquem possíveis correlações. A primeira análise mostra a visão geral das perdas de produção das usinas de pelotização no período de julho a setembro de 26 quanto à natureza das paradas. As naturezas podem ser as seguintes: - Mecânica: representa perdas devido às falhas mecânicas; - Elétrica: perdas devido às falhas elétricas; - Operação: perdas relacionadas a procedimentos de operação dos processos; - Manutenção programada: trata das perdas de produção referentes às manutenções planejadas. - : representam as perdas não identificadas. Dentre os tipos de naturezas existentes, a natureza mecânica é a que representou as maiores perdas (591 ocorrências registradas no sistema MES), seguida de manutenção programada (518 ocorrências) e elétrica (323 ocorrências, equivalendo a 17%). Apesar do número expressivo de paradas de

5 natureza mecânica e de manutenção programada, as mesmas não serão analisadas já que não pertencem ao escopo deste trabalho (figura V). Naturezas das Perdas Número de ocorrências ,1% Mecânica Nº Ocorrências ,3% Manutenção programada ,3% 29 9,6% 1,% 179 Elétrica Operação 5% % Figura V Gráfico de Pareto em relação ao número de ocorrências. A mesma análise pode ser feita em relação ao tempo das paradas, representado na figura VI. Neste caso, existem 17 horas de paradas de usinas devido a falhas elétricas, correspondendo a 17,8 % do total de horas. Naturezas das Perdas ,3% ,3% 97,% 89,1% ,% 18 5% Mecânica Manutenção Programada Elétrica Operação % Figura VI - Gráfico de Pareto em relação ao tempo de parada. Comprovado então o impacto causado pelas falhas de natureza elétrica nas usinas de pelotização do Complexo de Tubarão, será feito agora o desdobramento das perdas, a fim de identificar os principais motivadores. Dentre as diversas classes de equipamentos existentes, deseja-se saber quais as classes de falha responsáveis pelas maiores perdas de produção. Para esta análise serão consideradas somente as naturezas ligadas à manutenção das usinas: mecânica, elétrica e manutenção programada.

6 Para o período estudado, as principais classes de falha que contribuem para as perdas de produção são: transportador de correia, forno de grelha móvel e ventilador centrífugo, representando 84,4% do tempo total, conforme ilustra a figura VII. Número de ocorrências 4 2 Perdas por Classes de Falha (Naturezas: elétrica, mecânica e manutenção programada) 1,% 93,4% 89,3% 91,6% 84,4% ,5% 47,4% transportador de correia 17 forno de grelha móvel 9 ventilador centrífugo 26 peneira de rolos 12 1 empilhadeira de minério silos 35 5% % Figura VII Perdas de produção relacionadas às classes de falha (elétrica, mecânica e manutenção programada). Porém, analisando a classe de falha forno de grelha móvel, cerca de 8% das perdas constituem-se por manutenções programadas e, portanto, somente 2% estão relacionadas à falhas elétricas ou mecânicas. Considerando agora somente perdas relacionadas diretamente à falhas, ou seja, de natureza mecânica ou elétrica, tem-se as seguintes classes de falhas: transportador de correia e ventilador centrífugo que, juntos, correspondem a 73,9% do total de perdas (figura VIII). Perdas por Classes de Falha (Naturezas: elétrica e mecânica) ,5% 62 73,9% 8,4% 85,8% 88,8% ,2% 35 5% transportador de correia ventilador centrífugo peneira de rolos forno de grelha móvel empilhadeira de minério silos % Figura VIII - Perdas de produção relacionadas às classes de falha (elétrica e mecânica). Seguindo a mesma idéia, as classes que mais geraram ocorrências de paradas, ou seja, registros no sistema MES são: transportador de correia, ventilador centrífugo e forno de grelha móvel, conforme ilustra a figura IX.

7 Perdas por Classes de Falha (Naturezas: elétrica e mecânica) Número de ocorrências ,3% transportador de correia ,7% ventilador centrífugo Nº Ocorrências 97 8,3% forno de empilhadeira grelha móvel de minério 84,2% 87,2% 89,9% peneira de rolos silos 92,3% precipitador eletrostático 1,% 7 5% % Figura IX - Perdas de produção relacionadas ao número de ocorrências por classes de falha (Naturezas: elétrica e mecânica). Analisando-se a classe de falha transportador de correia, percebe-se que 92% das causas das perdas de produção estão relacionadas a sistemas cujas falhas são de origem mecânica (figura X 3 ). 2 Perdas por Sistemas: Transportador de Correia (Naturezas: elétrica e mecânica) 12 Transportador 72,6% 51,7% 49 Acionamento 1 92,% 85,5% 3 Esticamento 95,4% 97,% 98,4% 99,1% 99,6% 1,% Alimentação Controle Limpeza Elétrico Descarga Sustentação Mesa elástica 5% % Figura X - Perdas de produção relacionadas à classe de falha Transportador de correia (Naturezas: elétrica e mecânica). Analisando a classe de falha ventilador centrífugo, o sistema acionamento representa 48,9% das perdas dessa classe (figura XI), totalizando 55,2% das ocorrências. Vale ressaltar que, para o sistema acionamento, o conjunto motor elétrico responde por 76% das perdas. As falhas que ocorrem nesse sistema são predominantemente de natureza elétrica, o que já indica que essa natureza afeta bastante essa classe de falha. 3 No sistema acionamento 1, o qual poderia constar falhas elétricas, o item motor elétrico corresponde a,37% das falhas e foi desconsiderado da análise.

8 2 Perdas por Sistemas: Ventilador Centrífugo (Naturezas: elétrica e mecânica) 3,3 48,9% 75,1% 16,3 78,9% 81,5% 82,8% 2,4 1,6,8,3 83,3% 1,% 1,4 Acionamento Ventilação Lubrificação Controle Aspiração Descarga 5% % Figura XI - Perdas de produção relacionadas à classe de falha Ventilador Centrífugo Sistema (Naturezas: elétrica e mecânica). Fazendo-se uma análise em relação aos conjuntos que mais afetam as perdas, tem-se o seguinte resultado: 37,4% das falhas de ventiladores centrífugos estão relacionadas ao conjunto motor elétrico (figura XII), que representa 31,4% das ocorrências registradas no sistema MES. Perdas por Conjuntos: Ventilador Centrífugo (Naturezas: elétrica e mecânica) 2 1,% 63,2% 69,1% 72,9% 76,% 78,5% 37,4% 5% 23,2 16, Motor elétrico Rotativo Força Unidade de lubrificação 3,7 2,4 1,9 1,6 Refrigeração Cascata Subsícrona 13,3 % Figura XII - Perdas de produção relacionadas à classe de falha Ventilador Centrífugo Conjunto (Naturezas: elétrica e mecânica). Uma outra análise sobre ventiladores centrífugos é importante: as perdas de produção relacionadas aos modos de falhas. Falhas devido à isolação de motor elétrico correspondem por 3,5% do total das perdas, conforme a figura XIII.

9 Perdas por Modos de Falha : Ventilador Centrífugo (Naturezas: elétrica e mecânica) 2 1,% 18,9 3,5% 56,3% 59,4% 16, 62,3% 1,9 1,8 23,4 5% % Isolação motor elétrico Desgaste de chapa de desgaste Danificado tubulação de água Sujeira motor elétrico Figura XIII - Perdas de produção relacionadas à classe de falha Ventilador Centrífugo Modo de Falha (Naturezas: elétrica e mecânica). Porém, esse modo de falha representa somente 5% do total das ocorrências, sendo que o modo de falha temperatura motor elétrico responde por 12,1% do total, conforme ilustra a figura XIV. Número de ocorrências 2 Perdas por Modos de Falha : Ventilador Centrífugo (Naturezas: elétrica e mecânica) 3,5% 35,5% 24,8% 17, 12,1% 18,4% 9, 9, 8, 7, Temperatura motor elétrico Nº Ocorrências Desarme Relé Sobre de sobrecorrente Mau contato painel CCM Configuração PLC Isolação motor elétrico 1,% 91, Figura XIV - Perdas de produção relacionadas ao número de ocorrências por classes de falha Modo de Falha (Naturezas: elétrica e mecânica). A partir dos gráficos gerados percebe-se a grande influência de falhas elétricas na classe de falha ventilador centrífugo, principalmente em relação à falhas relacionadas a motores elétricos. Essa constatação servirá de base para as soluções propostas neste trabalho. 6 Soluções / Propostas De um total de 41 horas de perdas de produção relacionadas a falhas (mecânica e elétrica) nos meses de julho a setembro de 26, 23,2 horas estão diretamente relacionadas a problemas nos motores elétricos dos ventiladores que, conforme análise, correspondem a 5,7% do total. Analisando-se somente a classe ventilador centrífugo, os problemas em motores elétricos representam 37,4% do total de perdas. 5% %

10 Para esse cenário de problemas justifica-se como solução a revisão dos planos de manutenção dos motores elétricos dos ventiladores centrífugos das usinas de pelotização em questão. O objetivo da revisão é avaliar a qualidade dos procedimentos de manutenção preventiva e preditiva desses motores, assim como a eficiência das equipes de execução da manutenção, no que diz respeito ao cumprimento dos procedimentos e a geração de históricos desses equipamentos. Para tal solução serão utilizados recursos próprios da empresa, através das equipes de manutenção dos equipamentos e da gerência de engenharia elétrica, que analisará a situação atual dos planos de manutenção e promoverá as revisões. Para se alcançar os objetivos serão revisados: - Plano de Inspeção Sensitiva Consiste em avaliar os procedimentos de inspeção nos motores de rotor bobinado, que são os que mais impactam nas perdas dos ventiladores centrífugos. Esse deverá conter atividades de monitoramento dos mancais do ventilador, do posicionamento do centro magnético, da temperatura do enrolamento do estator, da limpeza do motor e do desgaste das escovas. - Plano de Manutenção Preventiva Avaliar a periodicidade atual em que é feita a manutenção preventiva e verificar a necessidade de inclusão de novas atividades no plano, para que este seja executado de forma mais eficiente. Avaliar também a quantidade de mão-de-obra e ferramentas utilizadas. - Controle de movimentação de componentes para os motores de rotor bobinado Verificar se o controle atual garante rastreabilidade dos componentes, controle de vida útil e geração de históricos individualizada por TAG 4 de cada motor. - Redefinição de responsabilidades Redefinição das responsabilidades das atividades de manutenção pertinentes às equipes de manutenção das usinas e à oficina elétrica da pelotização. - Revisão do fluxo de troca dos motores de média tensão. - Cadastro de pontos de medição Consiste em definir locais de medição dos motores para serem controlados e registrados no sistema de manutenção. Parâmetros como temperatura dos mancais e do enrolamento do estator, vibração de mancais, corrente e potência instantânea devem ser monitorados ao longo do tempo, incluindo análise preditiva de variação desses parâmetros, a fim de se estabelecer valores máximos. Estabeleceu-se como meta o período de um ano sem falhas em motores elétricos de rotor bobinado, que repercutirá em ganhos de disponibilidade física das usinas, já que os ventiladores são equipamentos críticos para o processo de pelotização, provocando a parada da usina em caso de falha. 4 TAG Código que identifica o equipamento ou componente.

11 7 Conclusões Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível identificar as causas das perdas de produção relacionadas a falhas elétricas existentes nas usinas de pelotização do Complexo Industrial de Tubarão. As inconsistências nos registros de paradas de produção das usinas foram corrigidas e então classificadas conforme o padrão de classe de falhas da CVRD e, utilizando a ferramenta de qualidade gráfico de Pareto, identificaram-se as principais causas das perdas, priorizando o tratamento dos tipos de falhas mais significantes. Dessa forma, os objetivos propostos neste trabalho foram alcançados. Este trabalho mostra a importância da padronização das falhas dentro de um ambiente de manutenção industrial; falhas que quando bem analisadas e tratadas, podem refletir em ganhos de disponibilidade física das usinas e, consequentemente, em ganhos de produtividade e aumento de faturamento da empresa. Os ganhos decorrentes do tratamento proposto serão percebidos ao longo do ano de 27, já que a revisão dos planos de manutenção propostos encontra-se em fase de implementação. Vale ressaltar que para o tratamento proposto foram utilizados recursos próprios da empresa, através do trabalho conjunto entre as equipes de manutenção e engenharia de manutenção. A solução proposta tem como base a mudança de procedimento na rotina de manutenção, que nesse caso se mostrou adequada para se obter bons resultados, dispensando grandes investimentos e viabilizando o projeto. Referências ALMEIDA, Sérgio Néri de. Elaboração do Perfil de Perdas. Vitória: Companhia Vale do Rio Doce, 26. BRAVIM, Vinícius Dalapícula. Perfil de Perdas de Produção relacionado a Falhas Elétricas: O Estudo de Caso das Usinas de Pelotização da Companhia Vale do Rio Doce no Complexo de Industrial de Tubarão. Monografia de Pós- Graduação em Sistemas Míneros-Metalúrgicos apresentada a Universidade Federal de Ouro Preto, 27. CVRD, Sistema Elo de Manutenção, 2/8/26.Disponível Intranet da CVRD Site: e11641ca&epi_menuid=818a bddb3e11641ca&epi_base MenuID=818a bddb3e11641ca KARSAK, E. E.; SOZER, S.; ALPTEKIN, E., 22. Product planning in quality function deployment using a combined analytic network process and goal programming approach. Computers & Industrial Engineering, vol. 44, n. 1, p RANGEL, Luiz Antonio Barcelos; MAGALHÃES, Luiz Soares. Pelotização. Vitória: SENAI, p.