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1 SIC 2007 Aplicaçã ção o da Técnica T Análise da Árvore de Falhas para o estudo da patinagem em tratores Juliano Amaral Fernandes (M.Sc.) Maria Lúcia Machado Duarte (Ph.D.) Alexandre Carlos Eduardo (Dr.) Estrutura da Apresentação Universidade Federal de Minas Gerais 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 2 o Objetivos o Metodologia o Motivação o Visão Geral o Contextualização o Caso Real 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 3 Objetivos Objetivo principal: Utilizar a FTA para o Evento Patinagem Objetivos secundários: Entendimento da mecânica de tratores; Entendimento dos fenômenos relacionados ao evento patinagem Entendimento da relação entre patinagem e consumo de combustível; 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 4 Metodologia Revisão teórica: Mecânica de tratores; Fenômenos associados ao evento patinagem Construção e Introdução sobre FTA; Levantamento de parâmetros: Fenômenos necessários para construção da FTA para o evento patinagem Construção da FTA; Motivação Grande utilização de tratores nos setores: o Agrícola, construção pesada, etc. Durante medições do consumo de combustível em tratores em uma empresa de construção pesada, notou-se uma grande variação nos níveis de consumo. Custos com combustíveis: parcela significativa dos custos operacionais dos tratores ( 30%): o É importante se quantificar os fatores que influenciam o consumo de combustível em tratores. o Sendo o evento Patinagem um dos fatores responsável por tal variação a FTA para tal evento foi desenvolvida separadamente, devido ao número de parâmetros envolvidos. 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 5 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 6 Presentation Title 1

2 Visão Geral da Apresentação Mostrar: Fundamentação teórica sobre: o Patinagem, o FTA Aplicação da FTA para o Evento Patinagem. Que a fundamentação acima permitiu que a FTA fosse aplicada para eventos outros que não necessariamente falhas: o Para cada um dos parâmetros levantados, pode ser feita uma análise de confiabilidade para o sistema. Contextualização Competição de mercado - Globalização Custos com combustíveis Aquecimento Global Efeito Estufa Programas de Energias Alternativas Tratores no Cenário Agrícola - Construção Pesada Operação Eficiente GUTD FTA 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 7 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Situação Real (motivação) [L/h] TP 07 TP 08 abr-05 mai-05 jun-05 jul-05 ago-05 set-05 out-05 nov-05 dez-05 jan-06 fev-06 mar-06 TP 09 TP 13 TP 17 TP 19 TP 22 TP 23 abr-06 o Patinagem; o Velocidade Periférica da Roda; o Razão Dinâmica; o Patinagem e Consumo de Combustível. 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores. 9 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Patinagem Percentual de redução da velocidade devido: escorregamento das rodas; deformações dos pneus e cisalhamento da estrutura do solo. Onde: SA = Velocidade Atual SA TR(%) = SO SO = Velocidade Periférica da Roda Velocidade periférica rica da roda (SO) Estimada através da: rotação do motor (Eng.RPM), raio efetivo da roda (LR) razão de engrenamento (GR) constante. SO = ( Eng. RPM ) ( LR) ( GR) ( 168,1 ) 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Presentation Title 2

3 Razão Dinâmica Forças no Trator Razão entre a força na barra de tração e peso dinâmico nas rodas: SA P H DR = B DWC = + 1+ tanθ RWS + P( DWC) WB WB Onde: P = Força da Barra de tração RWS = Peso Estático Traseiro DWC = Coeficiente de Transferência de Peso H e B = Coordenadas Horizontal e Vertical do ponto de aplicação da força WB = Distância entre-eixos θ = Ângulo de aplicação da Força em relação a Horizontal B P θ R H LR DH WB Fonte: Zoz (1970) T RWS WT SO H Centróide da Área de Contato WB FWS 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Patinagem e consumo de combustível O consumo de combustível devido a patinagem das rodas pode ser estimado em função: da potência do motor (P e ), da Patinagem (TR), da eficiência da transmissão (η tr ) do consumo específico volumétrico (SVFC). Patinagem x Consumo Para uma patinagem de 18% o aumento no consumo é em torno de 20% Q TR = P TR η SVFC [L/h] e tr 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Patinagem x Eficiência Tração o Utilização da FTA o Construção da FTA Fonte: Zoz et al. (2002) 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Presentation Title 3

4 Utilização da FTA FTA: Utilizada com sucesso para confiabilidade de sistemas: o Levantamento e determinação de falhas; Fornece estruturação de fatores relevantes; o Agrupados em tópicos; o Relacionados ao evento principal; Portanto: o pode ser utilizada para estruturação de qualquer tipo de evento (não necessariamente uma falha), conforme apresentado. 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Construção da FTA De acordo com Helman e Andery (1994): Os passos necessários para construção são: 1. Definição de Evento principal (Efeito Indesejado) 2. Definição das causas que podem acarretar no evento principal 3. Separação das causas responsáveis por diversos eventos 4. Determinação das relações lógicas entre falhas 5. Eliminação das causas para evitar o evento principal. 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores FTA-Patinagem o FTA Patinagem Velocidade Atual Pneus Solo Peso Dinâmico Velocidade Teórica Rotação Motor Marcha Selecionada Diâmetro do Pneu 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Apresentação da FTA Velocidade Atual 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Presentation Title 4

5 Pneus Propriedades Físicas do Solo 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Peso Dinâmico Velocidade Teórica 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Conclusão Utilização da Análise da Árvore de Falhas : mostrou-se útil na descrição do evento estudado; a técnica pode ser aplicada na descrição de qualquer sistema; o o evento em questão não foi necessariamente uma falha, e sim, um evento natural do trator. Conclusões Uma patinagem de: 18% gera um aumento no consumo de combustível em torno de 20%; 7% resulta em uma máxima eficiência de tração O conhecimento dos pontos críticos sobre patinagem, permite: redução no consumo de combustível o Por fabricantes, mantenedores e operadores. 5 Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Presentation Title 5

6 Referências Fernandes, J. A., 2007, Avaliação do Consumo de Combustível de Tratores Utilizando a Análise da Árvore de Falhas (Fault Tree Analysis - FTA). o Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil. Informações para Contato Apresentador Eng. Juliano Amaral Fernandes (M.Sc.) Universidade Federal de Minas Gerais [email protected] Tel.: (31) Orientadores: Profa. Maria Lúcia M. Duarte (Ph.D.) Prof. Alexandre Carlos Eduardo (Dr.) Universidade Federal de Minas Gerais [email protected] (Maria Lúcia) Tel.: (31) Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007 Aplicação da FTA para o estudo da patinagem em tratores Presentation Title 6