4º colocado - desenvolvimento de unidade terminal

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 2006, 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
Figura I - Usinas de Pelotização – Complexo Industrial de Tubarão, Vitória/ES (CVRD,
2006).
2 Conceito de Perfil de Perdas
Segundo Almeida (2006), 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 107 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
falha1 da CVRD (Almeida, 2006), 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, 2006).
equipamentos e componentes2, dividida nos níveis: sistema, conjunto, item e
problema (figura II).
Equipamento
Equipamento
Classe
Classe de
de Falhas
Falhas
Posição
Instalação
Sistema
Sistema
Conjunto
Conjunto
Item
Item
Modo de Falha:
Item + Problema
Problema
Problema
Ocorrência
Figura II - Estrutura de Classe de Falhas da CVRD (ALMEIDA, 2006).
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
Aspiração
Controle
Descarga
Lubrificação
Ventilação
Cascata subsíncrona
Cobertura
Contator de média tensão
Aterramento Recuperar
Danificado
Desgaste
Força
Motor elétrico
Refrigeração
Conversor CA-CC
Inversor
Painel CCM
Painel de distribuição
Painel de força e comando
Partida compensada
Reostato líquido
Soft starter
Trocar
Isolação
Mau contato
Figura III – Exemplo de aplicação de classe de falha de um equipamento (CVRD, 2006).
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 (2002), 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
falhas dos equipamentos das usinas e,
rastreabilidade das falhas, os itens
denominados conjuntos, de forma que
2
de falhas existentes nas classes de
a fim de obter maior organização e
foram reagrupados em “pacotes“
as falhas de um mesmo conjunto
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, 2006).
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 2
Conjunto 1
Item X
Item Y
Item X
Item Y
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
Sistema B
Conjunto 3
Conjunto 4
Item X
Item Y
Item X
Item Y
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
problema
problema AA
problema
problema BB
problema
problema CC
..
..
problema
problema NN
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 2006 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.
- Outros: 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
natureza mecânica e de manutenção programada, as mesmas não serão
analisadas já que não pertencem ao escopo deste trabalho (figura V).
Naturezas das Perdas
% Acumulada
Nº Ocorrências
Número de ocorrências
800
90,6%
591
600
518
100,0%
75,3%
100%
75%
58,3%
400
200
323
50%
290
31,1%
179
0
25%
0%
Mecânica
Manutenção
programada
Elétrica
Operação
Outros
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 107 horas de paradas de usinas
devido a falhas elétricas, correspondendo a 17,8 % do total de horas.
Naturezas das Perdas
Tempo (h)
% Acumulada
400
97,0%
89,1%
294
Tempo (h)
100,0%
75%
71,3%
200
49,3%
100%
50%
131
107
47
25%
18
0
0%
Mecânica
Manutenção
Programada
Elétrica
Operação
Outros
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”.
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.
Perdas por Classes de Falha (Naturezas: elétrica, mecânica e manutenção
programada)
% Acumulada
Número de ocorrências
400
93,4%
89,3% 91,6%
84,4%
252
200
100,0%
100%
75%
67,5%
50%
47,4%
107
90
25%
26
35
12
10
empilhadeira
de minério
silos
0
0%
transportador
forno de
de correia grelha móvel
ventilador
centrífugo
peneira de
rolos
Outros
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 80% das
perdas constituem-se por manutenções programadas e, portanto, somente
20% 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)
% Acumulada
Tempo (h)
400
100%
91,2%
Tempo (h)
85,8% 88,8%
73,9%
235
58,5%
75%
80,4%
50%
200
25%
62
26
22
12
10
35
0%
0
transportador
de correia
ventilador
centrífugo
peneira de
rolos
forno de
empilhadeira
grelha móvel de minério
silos
Outros
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.
Perdas por Classes de Falha (Naturezas: elétrica e mecânica)
% Acumulada
Nº Ocorrências
100,0%
Número de ocorrências
600
496
80,3%
69,7%
400
89,9%
84,2% 87,2%
92,3%
75%
54,3%
200
50%
141
97
36
70
27
25
22
peneira de
rolos
silos
precipitador
eletrostático
0
Outros
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 X3).
Perdas por Sistemas: Transportador de Correia (Naturezas: elétrica
e mecânica)
200
85,5%
92,0% 95,4% 97,0% 98,4% 99,1%
99,6%
75%
50%
15
8
4
3
2
1
1
25%
Mesa elástica
Sustentação
Descarga
Elétrico
0%
Limpeza
30
Controle
Acionamento
1
0
100%
100,0%
Alimentação
51,7%
49
Transportador
% Acumulada
Tempo (h)
72,6%
Esticamento
120
Tempo (h)
25%
0%
transportador ventilador
forno de empilhadeira
de correia
centrífugo grelha móvel de minério
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
100%
No sistema acionamento 1, o qual poderia constar falhas elétricas, o item motor elétrico
corresponde a 0,37% das falhas e foi desconsiderado da análise.
Perdas por Sistemas: Ventilador Centrífugo (Naturezas: elétrica e
mecânica)
Tempo (h)
200
Tempo (h)
75,1%
78,9%
% Acumulada
81,5%
100,0%
83,3%
82,8%
100%
75%
50%
48,9%
30,3
25%
16,3
2,4
10,4
1,6
0,8
0,3
Controle
Aspiração
Descarga
0
0%
Acionamento Ventilação Lubrificação
Outros
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)
Tempo (h)
200
63,2%
% Acumulada
69,1%
72,9%
100,0%
76,0%
100%
78,5%
75%
37,4%
50%
23,2
16,0
3,7
Rotativo
Força
2,4
1,9
1,6
13,3
0
25%
0%
Motor elétrico
Unidade de Refrigeração
Cascata
lubrificação
Subsícrona
Outros
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 30,5% do total das perdas, conforme a figura XIII.
Perdas por Modos de Falha : Ventilador Centrífugo (Naturezas:
elétrica e mecânica)
200
Tempo (h)
100,0%
% Acumulada
Tempo (h)
100%
59,4%
56,3%
62,3%
75%
50%
30,5%
18,9
23,4
16,0
1,9
25%
1,8
0
Outros
Sujeira
motor
elétrico
Danificado
tubulação
de água
Desgaste
de chapa
de
desgaste
Isolação
motor
elétrico
0%
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.
Perdas por Modos de Falha : Ventilador Centrífugo (Naturezas:
Nº Ocorrências
200
% Acumulada
100,0%
100%
91,0
25%
7,0
0%
Outros
8,0
75%
50%
35,5%
Isolação motor
elétrico
9,0
30,5%
Configuração
PLC
9,0
24,8%
Mau contato
painel CCM
0
18,4%
Desarme Relé
Sobre de
sobrecorrente
17,0 12,1%
Temperatura
motor elétrico
Número de ocorrências
elétrica e mecânica)
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 401 horas de perdas de produção relacionadas a falhas
(mecânica e elétrica) nos meses de julho a setembro de 2006, 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.
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
TAG4 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.
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 2007, 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, 2006.
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 PósGraduação em Sistemas Míneros-Metalúrgicos apresentada a Universidade
Federal de Ouro Preto, 2007.
CVRD, Sistema Elo de Manutenção, 20/08/2006.Disponível Intranet da CVRD
Site:Http://portalvale/portal/site/elo/?epi_menuItemID=588f9cfd1941c914bddb3
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MenuID=8108a88933286914bddb3e10164001ca
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Vitória: SENAI, 2000. 196p.