RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: de 05/10/2010 a 04/11/2010

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: de 05/10/2010 a 04/11/2010 Tractebel Energia S.A. Aluno: Miguel Beduschi Nahas Supervisor: Euclides Antonio Backes Orientador: Sérgio Luiz Gargioni Florianópolis, 4 de Novembro de 2010

2 Sumário 1. Atividades Realizadas Introdução Proposta de Trabalho Cronograma Metodologia Trabalho Desenvolvido Conclusões Referências Anexos

3 1. Atividades Realizadas 1.1. Introdução Esta é a segunda parte de três do relatório de estágio ocorrido na Tractebel Energia entre os dias 16 de agosto de 2010 e 7 de janeiro de Na primeira parte iniciou-se o desenvolvimento, a pedido da TMS Tractebel Manutenção e Serviços e do DPS Unidade Organizacional de Documentação, Suprimentos e Serviços, de um programa de análise de risco. Inicialmente o programa seria aplicado na caldeira 7 da usina C do complexo Jorge Lacerda em Capivari de Baixo SC. O programa desenvolvido será utilizado para avaliar os riscos de falha e de suprimento, ou seja, calcular a probabilidade das tubulações da caldeira falhar e comparando a provável demanda de peças para substituição com o estoque (considerando o intervalo entre o pedido de novas peças e o recebimento). Esta análise é importante pois relaciona o risco da caldeira ser obrigada a parar de operar, o que causa um prejuízo imediato, ao risco de mais de um componente falhar e não existirem peças sobressalentes suficientes para retornar a caldeira às suas condições mínimas de operação, o que causa um prejuízo tanto imediato quanto a longo prazo Proposta de Trabalho Desenvolver um programa piloto em Microsoft Excel para análise de risco de falha e suprimento para caldeiras. Baseando-se em histórico de falhas, desenvolver modelo de risco de falha de tubulações de acordo com as condições de operação. Calcular o risco de suprimento envolvido visando reduzir custos desnecessários de estocagem de grandes quantidades de partes sobressalentes desnecessárias e reduzir risco de falta de partes sobressalentes que causariam paradas prolongadas da geração de energia elétrica na usina C do complexo Jorge Lacerda Cronograma 14/10/10 Reunião com o Prof. Jorge Coelho, LABPLAN CTC UFSC 18/10/10 Apresentação do projeto à TMS e DPS na Tractebel Energia, Florianópolis SC Metodologia O programa está sendo desenvolvido em Microsoft Excel e Visual Basic for Applications. A partir de dados coletados ao longo de anos de operação da caldeira desenvolveu-se modelo de análise de falha de tubulações utilizando a distribuição de Weibull por se tratar de componentes sujeitos à falha devido ao desgaste. A análise de estoque ótimo, risco de estoque e demais análises de suprimentos serão utilizadas distribuições normal, log-normal e Weibull. 3

4 1.5. Trabalho Desenvolvido Sendo definida a modelagem usada para representar probabilidade de falhas, diversas alterações foram realizadas de forma a gerar uma série de versões deste programa. A maioria destas alterações teve como principal enfoque alterar questões de diagramação e como as informações fornecidas pelo programa seriam visualizadas. Utilizando a modelagem realizada, tornou-se possível através do tempo de operação da peça, levando em conta os dias em que este item operou em condições de emergência (levando em conta este desgaste acentuado) calcular a probabilidade de falha deste componente e tempo de vida restante estimado (anexos 1 e 2). Multiplicando esta probabilidade de falha por um fator de importância, tem-se o risco de falha deste componente. Na tela inicial do programa desenvolvido tem-se para diferentes seções de tubulação dentro da caldeira (pois diferentes seções estão sujeitas a desgastes diferenciados, conforme anexo 3), um controle das variáveis que influenciam no risco de falha (anexo 4). A modelagem para cálculo do risco é a distribuição de Weibull conforme apresentado na primeira parte do relatório de estágio. É de extrema importância que sempre que houver a necessidade de substituição de um componente de uma caldeira, exista em estoque um sobressalente para suprir esta necessidade urgente. Como é extremamente caro interromper a geração de energia elétrica, é inviável requerer peças para substituição somente no momento da falha. Entretanto, deseja-se minimizar o valor dos estoques, de forma que é necessário buscar um ponto ótimo entre zero estoque e peças sobressalentes em demasia (anexo 5). Para aliar o planejamento de paradas para manutenção com o planejamento de aquisições acrescentou-se no projeto uma previsão de quanto (provavelmente) será necessário substituir nos próximos 6, 12 e 24 meses em comparação com a quantidade atualmente em estoque para gerar um cálculo de risco de estoque, que representa a chance do componente falhar e de não haver sobressalente para substituí-lo (anexo 6). No dia 14 de outubro de 2010 no LABPLAN Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica, no CTC UFSC em reunião com o Prof. Jorge Coelho, fui apresentado a um modelo de análise de estoque base ótimo e análise de risco de suprimentos, desenvolvido e otimizado pelo LABPLAN em projeto de pesquisa e desenvolvimento junto a Tractebel Energia que seria utilizado neste projeto. Da data inicial deste relatório até esta reunião, diversas alterações e aprimoramentos foram realizados no sistema de análise de risco de falha. Com este novo modelo de risco de suprimentos uma nova versão do programa foi desenvolvida e foi apresentada a TMS e ao DPS No dia 19 de outubro de 2010 realizou-se reunião com gerente da TMS Luiz Felippe e com analistas do DPS Ernesto Vahl e Marcelo Abdalla, com intuito de discutir o atual andamento do projeto e as funcionalidades do programa. A resposta ao programa desenvolvido foi bastante positiva e algumas sugestões de acréscimos de funcionalidades ao programa foram realizadas. Conforme sugerido nestas reuniões foi desenvolvido uma matriz de risco de falha para facilitar a identificação dos riscos em termos de Probabilidade e Severidade das falhas de forma a permitir uma melhor tomada de decisão quanto às atividades visando corrigir e prevenir estas falhas (anexo 7). Diversos dados necessários para adequar o programa perfeitamente às necessidades da usina e da área de suprimentos ainda não estão disponíveis ou não foram coletados. Isto faz com que o desenvolvimento deste projeto seja por vezes menos ágil do que o esperado, entretanto, a demanda por estas informações importantes 4

5 traz uma série de benefícios à empresa uma vez que eles não serão utilizados somente pelo software, mas são informações importantes de possuir como o comportamento do desgaste de componentes da caldeira mediante presença de diversos gases e impurezas contidas no combustível. Existe uma série de estudos aprofundados com simulações em CFD, medidas de espessura de parede por ultra-som, sensores eletroquímicos, medições multi-sensoriais de ruídos, medição em tempo real de concentração de ácido sulfídrico, perfilometria de superfícies, etc. Entretanto os resultados apresentados por estes estudos representam genericamente caldeiras a carvão, e não podemos esperar que o comportamento de todas as caldeiras seja exatamente igual ao estudado. 5

6 2. Conclusões O desenvolvimento deste projeto piloto está sendo bastante elogiado por diferentes áreas da Tractebel Energia e o programa desenvolvido é bastante promissor. À medida que o programa está se desenvolvendo, diversas novas idéias estão sendo incorporadas ao projeto e com a oportunidade de trabalhar com profissionais qualificados de diferentes áreas foi possível integrar estas diferentes partes da cadeia produtiva (suprimento e operação) em um programa que integra o interesse destas duas áreas distintas porém diretamente interligadas. Por se tratar de um conceito inovador e pioneiro, não existem referências específicas a ser consultadas o que torna o processo complexo e certas vezes encontramse questões difíceis de serem solucionadas. Entretanto, sabe-se que muito do desenvolvimento deste projeto está na utilização do mesmo no dia-a-dia da empresa e adaptação do programa à sua realidade; o que é desafiador e trabalhoso mas permite que tendo suficientes dados ter em mãos não somente uma ferramenta para analise, mas um driver de tomada de decisões influenciando diretamente nos planejamentos de curto e médio prazo da manutenção e de suprimentos. 6

7 3. Referências LINJEWILE, TEMI et al. Prediction and Real-time Monitoring Techniques for Corrosion Characterization in Furnaces. Materials at High Temperatures, Volume 20, Número 2: Science Reviews 2000 Ltd (9p). LINJEWILE, TEMI et al, On-line Monitoring of Waterwall Corrosion in a 1300 MW Coal-fired Boiler with Low NOx Burners, 2004 EPRI-EPA-DOE-A&WMA Power Plant Air Pollutant Control Mega Symposium, August 30 - September 2, 2004, Washington, DC ASME: Overview of Process Plant Piping System Maintenance and Repair, ASME International Career Development Series, 1999 Components. CRTD-Vol. 20-4; European Technology Development, Risk Based Management of Power Plant Equipment, Outubro 2002; PAUL BARRINGER, P.E., Pipe Wall Thickness Decisions Using Weibull Analysis, McNeese State University, 1997; SOUZA, R. Q. (2008). Metodologia e desenvolvimento de um sistema de manutenção preditiva visando à melhoria da confiabilidade de ativos de usinas hidrelétricas. Dissertação de Mestrado em Sistemas Mecatrônicos, Publicação ENM.DM-23A/08, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Brasília, Brasília DF, 226p.; Risk Based Inspection, Base Resource Document, API Publication 581, Segunda Edição, Outubro 2000; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5462: Confiabilidade e Manutenabilidade. Rio de Janeiro, 2004; DAVID N. FRENCH et al. Metallurgical failures in fossil fired boilers. 2 a Edição: John Wiley and Sons,

8 4. Anexos Anexo 1 Fonte: D. W. C. Baker et al., London: CEGB, 1977 Anexo 2 Fonte: Metallurgical failures in fossil fired boilers David N. French 8

9 Anexo 3 Fonte: Life Assessment of Tertiary Superheater Tubes in a Thermal Powerplant Chamaiporn Sudasna Na Ayudhya et al. Anexo 4 - Overview do Risco de Falha Anexo 5 - Fonte: LABLAN UFSC 9

10 Anexo 6 - Risco de Suprimento Anexo 7 - Matriz de Risco 10