SIC2007-Apres-JLuis - arsymposium.org · Análise de Dados de Vida Confiabilidade de Sistemas FMEA...
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SIC 2007SIC 2007
A Engenharia de ConfiabilidadeA Engenharia de Confiabilidade
Quebrando Paradigmas de ManutenQuebrando Paradigmas de Manutenççãoão
João Luis Reis e SilvaEngo. Confiabilidade Sênior
Votorantim MetaisNegócio Zinco, unidade Três Marias
25° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 2
� Grupo Votorantim
� Votorantim Metais
� Sistema de Gestão SGVM-MAN
� Pilar Engenharia de Confiabilidade
� Introdução
� Definição - Load Sharing
� Desenvolvimento
� Exemplos - Elementos Finitos
� Resultados e Conclusões
AgendaAgenda
35° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 3
GrupoGrupo VotorantimVotorantim
• Um dos maiores conglomerados econômicos privados do Brasil;
• Portfólio de negócios e produtos focado principalmente em atividades de capital intensivo e em commodities;
45° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 4
GrupoGrupo VotorantimVotorantim
• Receita líquida anual (2005) em torno de US$ 8 bi;
• Investimentos de US$ 2,5 bilhões em 2005;
• Em processo de internacionalização.
55° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 5
VotorantimVotorantim MetaisMetais
• Holding com foco nos processos de mineração e metalurgia de zinco, níquel e aços longos;
• Líder de produção de zinco na América Latina e 5º maior produtor do mundo;
• Líder de produção de níquel na América Latina;
• Receitas anuais em torno de US$ 1,25 bi;
65° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 6
VotorantimVotorantim MetaisMetais
• 8 unidades no Brasil e 1 no Peru;
• Emprego direto de mais de 7.000 colaboradores.
75° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 7
SGVMSGVM--MANMAN
• Sistema de Gestão da Manutenção Corporativo• 8 Unidades no Brasil e 1 Exterior;
• Objetivo de conferir maior agilidade e assertividade aos processos da Manutenção;
• Conceito de Equipe Líder e Pilares da Manutenção;
• Foco nos processos World Class;
85° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 8
SGVMSGVM--MANMAN
• Sistema de Gestão da Manutenção suportado por 7 pilares.
95° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 9
PilarPilar Eng. Eng. ConfiabilidadeConfiabilidade
• Definir critérios para a implantação e sistematização de técnicas de Engenharia de Confiabilidade na Votorantim Metais;
• Aplicar as principais metodologias de confiabilidade para conseguir os melhores índices de performance dos ativos e conseqüente geração de valor para a empresa;
• Função de construir e disseminar a cultura pela confiabilidade e integração com os demais pilares;
105° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 10
PilarPilar Eng. Eng. ConfiabilidadeConfiabilidade
Análise de Dados de Vida
Confiabilidade de Sistemas
FMEA
FMECA
RCM
RAM – Sistemas Avançados
RCFA
FTA
Confiabilidade – P. Manut.
Black Belt
Green Belt
• Formação do Engenheiro de Confiabilidade;
• Treinamentos com Consultoria Externa (carga horária de 192h).
115° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 11
IntroduIntroduççãoão
Em diversas plantas industriais observa-se um paradigma (prática) nas equipes de manutenção de utilizar 4 parafusos ao invés de 8, em flanges de
fixação com 8 furos.
125° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 12
IntroduIntroduççãoão
Diversas razões para este procedimento são fornecidas pela equipe de manutenção, como exemplo:
• Com 4 parafusos também resolve!• A manutenção fica mais rápida!• Gasta menos parafusos!• Etc...
135° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 13
IntroduIntroduççãoão
Esta prática apesar de reduzir o tempo de manutenção (MTTR) e gastos com parafusos, compromete a vida útil do sistema Flange-Parafuso-Tubo, acarretando maiores gastos com
manutenções e paradas de processos.
145° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 14
IntroduIntroduççãoão
Proposta do Trabalho:
• Elaborar um estudo quantitativo de confiabilidade de forma a demonstrar a redução de vida útil do sistema Flange-Parafuso-Tubo, comprovando que a prática adotada pelas equipes resulta em
aumento do custo de manutenção e lucro cessante.
155° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 15
DefiniDefiniççãoão –– Load SharingLoad Sharing
• Load Sharing (Carregamento Compartilhado) representa um modelo para redundâncias complexas onde cada componente suporta uma parte da carga total para manter o funcionamento do sistema (dependência entre os componentes redundantes);
• Quando um ou mais componentes falham, os componentes que sobraram em operação necessitam suprir o carregamento do sistema de maneira a compensar os itens em falha;
165° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 16
DefiniDefiniççãoão –– Load SharingLoad Sharing
• No modelo Load Sharing a Relação de Vida x Estressamento são combinadas às distribuições de vida para quantificar o efeito do aumento do esforço/estressamento sobre componentes durante a operação quando um outro componente em LoadSharing falha.
175° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 17
DefiniDefiniççãoão –– Load SharingLoad Sharing
Fonte: http://www.reliasoft.com.br/BlockSim/fig_onehoss.htm
185° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 18
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
• Um parafuso padrão para tubulações industriais possui uma característica de vida que pode ser modelada por uma função Weibull (pdf);
• Parâmetros da distribuição Weibull (fonte: Bloch and Geitner´s Reliability Data; OREDA – Offshore
Reliability Data Handbook):
• β = 3;• λ = 9.000 horas;• η = 30.000 horas.
195° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 19
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
Para o gráfico de R(t):
• t1 = 20.147 h para R1(t) = 95%
• t2 = 52.247 h para R2(t) = 5%
t1, R1(t)
t2, R2(t)
205° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 20
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
• Quando utiliza-se 4 parafusos num flange de 8 furos, os 4 parafusos assumem de imediato um esforço mecânico dobrado. Este fato irá reduzir a vida do sistema Flange-Parafuso-Tubo de maneira acelerada;
215° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 21
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
• O modelo matemático adotado para a relação Vida x Stress do parafuso foi a Lei da Potência Inversa (Inverse Power Law):
( )11
)(nVK
VL⋅
=
225° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 22
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
• Os Parâmetros K e n da equação 1 podem ser obtidos por meio de algoritmos. A tabela 1 fornece os dados de variação de carga e tempo de vida para que o algoritmo estime os valores de K e n;
Decréscimo de25% no tempo de vida para uma carga dobrada
235° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 23
DesenvolvimentoDesenvolvimento
ModeloModelo parapara o o ParafusoParafuso
• A Lei da Potência Inversa para a relação Vida x Stress do parafuso é então determinada pela equação 2. Esta equação será utilizada para o modelo Load Sharing do flange com 8 e 4 parafusos.
( )2191399
1)(
415,010 VVL
⋅=
−
Kn
245° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 24
DesenvolvimentoDesenvolvimento
Flange com 8 Flange com 8 ParafusosParafusos
• Modelamento de um container com 8 parafusos no Blocksim;
• Configuração 4 out of 8.
255° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 25
DesenvolvimentoDesenvolvimento
Flange com 8 Flange com 8 ParafusosParafusos
t3, R3(t)
Para o gráfico de R(t):
• t3 = 56.957 h para R3(t) = 5%
265° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 26
DesenvolvimentoDesenvolvimento
Flange com 4 Flange com 4 ParafusosParafusos
• Modelamento de um container com 4 parafusos no Blocksim;
• Configuração 4 out of 4.
275° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 27
DesenvolvimentoDesenvolvimento
Flange com 4 Flange com 4 ParafusosParafusos
t4, R4(t)
Para o gráfico de R(t):
• t4 = 35.586 h para R4(t) = 5%
285° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 28
Ex: Ex: ElementosElementos FinitosFinitos
• Método poderoso e econômico para resolver problemas estruturais em engenharia.
• Aplicações: Análises térmicas, dinâmicas, fadiga, otimização estrutural, etc.
Flange:Modelo de Elementos Finitos
295° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 29
Ex: Ex: ElementosElementos FinitosFinitos
Representaçãoparcial dos contatos Representação
parcial dos elementos de contato
305° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 30
Ex: Ex: ElementosElementos FinitosFinitos
Deslocamentos no aperto a frio (configuração deformada)
315° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 31
Ex: Ex: ElementosElementos FinitosFinitos
Tensões(configuração deformada)
325° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 32
ResultadosResultados e e ConclusõesConclusões
• Após as etapas de modelamento do sistema Flange-Parafuso-Tubo com 8 e 4 parafusos por flange, obteve-se os seguintes valores de vida útil para estes dois casos:
• O flange com 8 parafusos apresentou um tempo de 56.957 horas para 95% de probabilidade de falha do sistema;• O flange com 4 parafusos apresentou um tempo de 35.586 horas para 95% de probabilidade de falha do sistema.
335° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 33
ResultadosResultados e e ConclusõesConclusões
• Desta forma a utilização de flanges com 4 parafusos promoveu uma redução de vida útil do sistema Flange-Parafuso-Tubo em 21.371 horas, aproximadamente 2,44 anos, representando um decréscimo de 37,52% da vida útil deste sistema;
∆t = t3 – t4 = 56.957 – 35.586 = 21.371 horas
345° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 34
ResultadosResultados e e ConclusõesConclusões
• O impacto na vida útil do sistema representa somente em gastos anuais de manutenção (mão-de-obra + material) em torno de R$ 208.328,00/ano em plantas industriais que apresentam uma média de 12.000 flanges instalados.
355° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 35
ResultadosResultados e e ConclusõesConclusões
• Principais modos de falha observados na planta:
Sulfataçãodecorrente de vazamento
365° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 36
ResultadosResultados e e ConclusõesConclusões
Este trabalho proporcionou aEste trabalho proporcionou aEste trabalho proporcionou aEste trabalho proporcionou açççções ões ões ões gerenciais mais efetivas para estabelecer o gerenciais mais efetivas para estabelecer o gerenciais mais efetivas para estabelecer o gerenciais mais efetivas para estabelecer o cumprimento de padrões de fixacumprimento de padrões de fixacumprimento de padrões de fixacumprimento de padrões de fixaçççção de ão de ão de ão de flanges pelas equipes de manutenflanges pelas equipes de manutenflanges pelas equipes de manutenflanges pelas equipes de manutençççção, ão, ão, ão, quebrando desta forma os paradigmas atquebrando desta forma os paradigmas atquebrando desta forma os paradigmas atquebrando desta forma os paradigmas atééééentão existentes sobre a utilizaentão existentes sobre a utilizaentão existentes sobre a utilizaentão existentes sobre a utilizaçççção de 4 ão de 4 ão de 4 ão de 4
parafusos!parafusos!parafusos!parafusos!
375° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 37
RecursosRecursos de de ApoioApoio
385° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2007A Engenharia de Confiabilidade Quebrando Paradigmas de Manutenção 38
OBRIGADO !OBRIGADO !
João Luis Reis e SilvaJoão Luis Reis e SilvaEngEngoo. Confiabilidade Sênior . Confiabilidade Sênior –– VotorantimVotorantim MetaisMetais
�� [email protected]@vmetais.com.br
�� [email protected]@yahoo.com
�� +55 38 8819+55 38 8819--93719371