Gestão de riscos - Utilização de monitoramento preditivo online na gestão de riscos na frota de vagões da EFC

Transcrição

1 Gestão de riscos - Utilização de monitoramento preditivo online na gestão de riscos na frota de vagões da EFC Paulo Sergio Costa 1 *, Giovanni Augusto Ferreira Dias 1, Diego Freitas 1, Fábio Assunção 1, Francisco Nascimento 1, Ivanildo Nascimento, Harão Carvalho 1,Leonardo Figueredo 1, Marcos Almeida Ramos 1, Yuri Vieira, Jardeles Nunes 1, Paulo Santos Nascimento 1 1 Departamento de Operações Logistica Norte, Av. dos Portugueses 1000, São Luis Maranhão costa.paulo@vale.com, giovanni.dias@vale.com, diego.freitas@vale.com, fabio.assunção@vale.com, francisco.nascimento@vale.com, harão.carvalho@vale.com, leonardo.figueredo@vale.com, marcos.almeida.ramos@vale.com, yuri.vieira@vale.com, Jardeles.nunes@vale.com, paulo.nascimento@vale.com Resumo A frota de vagões circulante na estrada de ferro Carajás ultrapassa o número de veículos, responsável por uma demanda de transporte diário de mais de 300 mil toneladas de produtos de variados tipos ( minério de ferro, soja, celulose, cobre e etc..) além de serviço de transporte de passageiros responsável pelo transporte de milhares de pessoas Para garantir a segurança operacional da ferrovia em relação ao desempenho de vagões e confiabilidade, hoje a EFC utiliza um sistema de monitoramento preditivo de vagões, com o objetivo de monitorar de forma online vários parâmetros de desempenho, garantindo assim que veículos com limites de desgastes abaixo do esperado sejam removidos de circulação e separados para manutenção, oferecendo assim maior segurança no transporte e na circulação de trens. Neste trabalho será apresentado uma metodologia de gestão e análise da frota de vagões da EFC, emtermos de desempenho e segurança operacional,utilizando sistema de monitoramento preditivo Online. Palavras-Chaves: dados. Segurança Operacional, Sistema de monitoramento, Wayside, Análise de 1. INTRODUÇÃO No momento em que o iminente aumento da circulação de trens na malha da EFC (Estrada de Ferro Carajás) se concretiza, grandes projeções de volume de carga de seus clientes vêm sendo demandada, neste contexto de alto fluxo de transporte a segurança operacional dos ativos na ferrovia tornou-se uma etapa de fundamental importância para atingimento de resultados, analisando o aspecto de prevenção de acidentes ferroviários um dos principais riscos e impactos em uma ferrovia refere-se a descarrilamentos, onde os prejuízos associados a este tipo de ocorrência são de grande repercursão. Quanto refere-se a prevenção de descarrilamentos, associa-se de imediato ao desempenho de via permanente e material rodante. Este trabalho objetiva-se utilizar o sistema de monitoramento preditivo denominado wayside na gestão de parâmetros de desempenho de material rodante em vagões ferroviários, com a finalidade de prevenir a ocorrência de descarrilamentos, aumentando assim a segurança operacional na ferrovia.

2 2. SISTEMA DE MONITORAMENTO WAYSIDE Atualmente para suportar a estratégia de manutenção por condição, a Vale adquiriu um sistema capaz de realizar medições dinâmica de diversos parâmetros do rodeiro ferroviário e durante circulação na malha, na literatura técnica este sistema é chamado de Wayside ou supersite [1] A partir das informações coletadas, é possível analisar as condições do equipamento para prever possíveis falhas e defeitos que podem ocorrer em um futuro próximo ou distante. Isto torna mais fácil planejar as atividades de manutenção. Atualmente o conjunto de sensores do sistema está instalado no KM da EFC. A partir do momento que a composição ferroviária passa por essa localização o conjunto de sensores é ativado, coletando assim os parâmetros e condições operacionais dos veículos ferroviários (Fig 1). O sistema contém cinco sensores que mede o desempenho de todos os subsistemas de infraestrutura do vagão conforme Fig.2 4. SENSORES UTILIZADOS NA EFC 4.1 Detector Acustico de Rolamento O sistema RailBAM (Bearing Acoustic Monitor), utiliza um conjunto de microfones que estão localizados ao lado da via com o objetivo de gravar a assinatura acústica dos rolamentos do eixo de veículos que passam em velocidades de pista normal. Os sistemas podem ser utilizados para a tendência de desempenho dos rolamentos para determinar o momento ideal para remoção, Fig 3. Fig.3 Detector Acustico de Rolamento As Assinaturas de som emitidas indicam o tipo de falha identificada no rolamento, conforme ilustra a Fig 4. Fig.4 Assinatura de um rolamento com falha 4.2 Detector de Impacto em Rodas Fig. 1 Funcionamento do sistema de monitoramento wayside. Este tipo de detector tem como objetivo detectar defeitos na superfície da roda. Ele mede as forças dinâmicas verticais induzida no trilho durante a rotação da roda inteira. Se houver um defeito, como uma roda plana pode haver forças de alto impacto no contato roda trilho que pode infligir danos enormes na infraestrutura da via. utiliza diversos pontos de medição a uma distância que vai cobrir pelo menos uma rotação completa da roda Fig 5 Fig.2 Sensores de monitoramentos presentes no sistema waysides Fig.5 Detector de Impacto de Rodas

3 4.3 Detector de Perfomance de Truque (Hunting) Sistema especialista de manutenção preditiva que utiliza lasers, câmeras e sensores de rodas responsáveis por medir o ângulo de ataque e a posição dos rodeiros com relação à via, sendo capaz de detectar falhas como deslocamento ou rotação do rodeiro em relação ao resto da composição, desalinhamentos dos rodeiros que possam causar o efeito de hunting (serpenteamanto da composição), gerando problemas tanto nos trilhos quando na dinâmica. Instalado em trecho tangente da via,o mesmo, cria uma imagem em linha de cada roda que passa pelo local. Esta linha é aproximadamente 50 mm acima da altura da cabeça do trilho e a finalidade principal é de estabelecer a distância entre a face do aro da roda e o ângulo relativo ao trilho, ver ilustração da Fig Medidor de Perfil em Rodaas: O sistema consiste de um equipamento de medição que é instalado embaixo da cabeça dos trilhos. Lasers infravermelhos e câmeras de vídeo são utilizados pelo sistema para capturar dois perfis de secção transversal de cada roda. Medições dimensionais são feitas nos perfis adquiridos; os dados de medição das rodas são transferidos à um arquivo do sistema de computadores depois que o trem tenha passado (Fig 8). Fig.8 Medidor de Perfil em Rodas A Fig 9, ilustra o software de interface com usuário, mostrando os gráficos característicos e a comparação de medição no físico do veiculo. Fig.6 Detector de Performance de Truque ( Hunting) Para a medição e monitoramento deste fenômeno, são instalados lasers e câmeras em três pontos distintos ao longo do trecho em tangente. Conforme ilustração da Fig 7. Medições sucessivas ao longo dos três módulos do detector permitirem medições do hunting, amplitude (mm) e Freqüência (Hz). Fig.9 Parâmetros de Medição de rodas 4.5 Detector de Espessura de Sapatas de Freio: Fig.7 Método de detecção de hunting em veículo ferroviário Sistema de câmeras posicionadas na via com o objetivo de registrar as imagens da sapatas de freio e com algoritmos de processamento de imagem, é possível saber a espessura das sapatas de freio (Fig 10).

4 Fig.10 Detector de sapata de Freio 5. Parâmetros Críticos de Monitoramento da Frota de Vagões EFC Fig.12 Alerta On-line para equipe de Manutenção O objetivo do monitoramento é evitar falhas catastróficas em rolamento gerando risco de ocorrência de descarrilamento ( Fig 13) Para garantir a segurança operacional da frota de vagões da EFC durante a circulação, vários parâmetros críticos devem ser monitorados, com o objetivos de evitar descarrilamentos 5.1 Ruídos em decorrência de falha interna nos rolamentos: Paramento monitorado de forma online - Cada Vagão que apresentar ruído acima de um espectro de frequência calculado, envia um alerta online para equipe de manutenção, onde a mesma, realiza a retirada do veiculo de circulação, para realização de manutenção na oficina. (Fig 11) Fig.13 Descarrilamento por quebra de manga de eixo 5.2 Impactos de Rodas durante circulação Paramento monitorado de forma online - Cada Vagão que apresentar esforço de impacto contra os trilhos acima do limites operacionais da ferrovia, um alerta online é enviado para equipe de manutenção, onde imediatamente o veiculo é retirado de circulação e enviado para manutenção em oficina (Fig 14) Fig.11 Vagão com sinalização de Alarme Cada vagão que apresentar um assinatura de característica de falha em rolamento automaticamente um aviso via é transmitido em tempo real para a equipe de manutenção onde tomará a decisão de retirado do veículo de circulação. Fig.14 Monitoramento de Impacto de Rodas De maneira semelhante do detector acústico o detector de impacto emite um alerta em tempo real via para equipe de manutenção ( Fig 15)

5 Fig.15 Monitoramento de Impacto de Rodas O objetivo principal da gestão de alarme deste sistema é evitar ocorrencias de descarrilamentos devido quebra de rodas e triângulos de freios quebrados. (Fig 16) Fig.18 Descarrilamento em entrada de AMV Fig.16 Falhas em rodas e triângulo de freio 5.3 Monitoramento de espessura de Friso Paramento monitorado de forma online. Cada Vagão que apresentar espessura de friso menor que o padrão da ferrovia, um alerta de solicitação de remoção é enviado de forma on-line para tomada de decisão junto a equipe de manutenção, a Fig 17 ilutra o parâmetro crítico de monitoramento na EFC. Fig.19 Descarrilamento em Curvas [2] 5.4 Monitoramento da Amplitude de Hunting nos truques Paramento monitorado de forma online - Cada Vagão que apresentar desalinhamento do truques acima do limites, um alerta é gerado para equipe de manutenção, onde o mesmo deverá ser retirado de circulação e encaminhado para oficina, os riscos associados em relação ao parâmetro monitorado, refere-se aos mesmos do parâmetros de espessura de friso além de descarrilamentos associados a desalinhamentos de truques, conforme ilustra Fig 20 Fig.17 Espessura de Friso (Parâmetro critico EFC) Os riscos associados a vagões circulando na ferrovia com espessura de friso abaixo do padrão, refere-se a descarrilamento em curvas, em entradas de AMV, conforme ilustra Fig 18 e Fig 19 Fig.20 Monitoramento de Desalinhamento de Truques.

6 6. CONTROLE E GESTÃO DA FROTA NA EFC A partir de desenvolvimentos de algoritmos de tratamento de dados e reconhecimento de padrões a frota de vagões passou a possuir uma melhor gestão e controle de desgaste do material rodante, oferecendo maior segurança nas operações de transporte. Para um melhor controle, foi desenvolvido um boletim semanal, com objetivo de gerenciar a frota de material rodante, neste controle é apresentado de forma otimizada a situação atual da frota de vagões, ferramenta muito útil para avaliação da segurança da frota, além de tomadas de decisão quanto ao orçamento de manutenção.( Fig 21) Monitoramento da frota em termos de impacto de rodas e gestão de defeitos superficiais (Fig 23) Fig.23 Monitoramento da frota referente ao parâmetro de Impacto de rodas Uma Atenção especial é dada a frota de carros de passageiros e vagões de transporte de carga perigosa onde os limites são diferenciados e os controles são de forma individual para cada frota, devido a criticidade da frota (Fig 24) Fig.21 Boletim Semanal de Monitoramento Monitoramento de toda frota de vagões de minério, em relação a desgaste de friso na qual consiste do principal indicador de segurança operacional dos vagões na ferrovia. Neste controle a frota é categorizada por nível de criticidade, onde o planejamento de manutenção possui uma dimensão de quais vagões deverão sofrer manutenção imediatamente. (Fig 22) Fig.24 Monitoramento de frotas especificas Uma solução implementada, foi a avaliação da taxa de desgaste de friso em um período de 30 dias, onde a frota é avaliada, caso o desgaste seja excessivo em um curto espaço de tempo, o vagão é direcionado para oficina (Fig 25) Fig.22 Monitoramento da frota referente ao parâmetro de friso fino Fig.25 Taxa de desgaste de Espessura de friso

7 6. CONCLUSÕES Neste trabalho foi observado aplicação de metodologia diferenciada em termos de tratamentos de dados de monitoramento preditivo para gestão de riscos de acidentes ferroviários bem tomada de decisão referente a planejamento de médio e longo prazo, Com a Implantação da metodologia observou-se a redução de acidentes ferroviários causa material rodante em mais de 55 % referente aos anos de 2013 e AGRADECIMENTOS Agradeço o apoio da Vale e por patrocinar a realização deste trabalho e aos meus companheiros da gerência de manutenção de vagões na qual apoioram através de analises e disponibilização do banco de dados 8. REFERÊNCIAS [1] DIAS, Giovanni Augusto Ferreira. Estudo de Performance de Vagões Utilizando os Parâmetros do Detector de Hunting, Congresso Nacional de Engenharia Mecânica CONEM, [2] Simon Iwnicki. Handbook of Railway Vehicle Dynamics. CRC Press, 2006