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AUMENTO DA CONFIABILIDADE DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS DA VCP JACAREÍ Sérgio Luís Ferreira (1) Resumo Em geral as fábricas de Celulose e Papel convivem com o excesso de intervenções em equipamentos rotativos, principalmente devido à agressividade do ambiente de processo. A crescente preocupação com a confiabilidade dos equipamentos rotativos, principalmente pelo excesso de intervenções e perda de produção elevada, levou o Time de Engenharia de Manutenção a formar inicialmente um grupo heterogêneo a estudar esta função. Dentro desta concepção buscou-se ao longo dos anos desenvolver e estudar melhorias capazes de aumentar o MTBR e diminuir agressivamente as perdas de produção relativas às bombas centrífugas, média consistência e vácuo. Este trabalho visa de forma objetiva transferir nossas experiências e dificuldades encontradas durante toda fase de estudo, aplicabilidade das ferramentas adequadas, custo de manutenção e resultados diretos e indiretos. Com a adoção de metodologias modernas, tais como “Green Belt” , TCO” , maior disponibilidade operacional da planta, otimização da produtividade e recursos de mão de obra, podemos hoje demonstrar um aumento significativo do MTBR somada a uma expressiva redução do custo de manutenção e perdas de produção “zero” desde novembro de 2001. (1) Sergio Luís Ferreira – Engenheiro de Controle e Automação, formado em 2002 pela Universidade Braz Cubas de Mogi das Cruzes – UBC. Engenheiro de Manutenção Sênior do Time de Engenharia de Manutenção da Votorantin Celulose e Papel de Jacareí

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AUMENTO DA CONFIABILIDADEDAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

DA VCP – JACAREÍ

Sérgio Luís Ferreira (1)

Resumo

Em geral as fábricas de Celulose e Papel convivem com o excesso deintervenções em equipamentos rotativos, principalmente devido à agressividadedo ambiente de processo.

A crescente preocupação com a confiabilidade dos equipamentos rotativos,principalmente pelo excesso de intervenções e perda de produção elevada, levouo Time de Engenharia de Manutenção a formar inicialmente um grupoheterogêneo a estudar esta função.

Dentro desta concepção buscou-se ao longo dos anos desenvolver e estudarmelhorias capazes de aumentar o MTBR e diminuir agressivamente as perdas deprodução relativas às bombas centrífugas, média consistência e vácuo.

Este trabalho visa de forma objetiva transferir nossas experiências e dificuldadesencontradas durante toda fase de estudo, aplicabilidade das ferramentasadequadas, custo de manutenção e resultados diretos e indiretos.

Com a adoção de metodologias modernas, tais como “Green Belt” , TCO” , maiordisponibilidade operacional da planta, otimização da produtividade e recursos demão de obra, podemos hoje demonstrar um aumento significativo do MTBRsomada a uma expressiva redução do custo de manutenção e perdas de produção“zero” desde novembro de 2001.

(1) Sergio Luís Ferreira – Engenheiro de Controle e Automação, formado em 2002pela Universidade Braz Cubas de Mogi das Cruzes – UBC. Engenheiro deManutenção Sênior do Time de Engenharia de Manutenção da VotorantinCelulose e Papel de Jacareí

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1 - Histórico – A situação em 1998

Em 1997, o grupo Votorantin investiu em um projeto na unidade de Jacareíaumentando a capacidade de produção de celulose em 900 toneladas/dia comqualidade tipo exportação.

Com uma planta heterogênea, onde os equipamentos estavam divididos entresemi-novos e aqueles que estavam com vida útil superior a 15 anos, foi iniciadoestudo para aumentar a confiabilidade da planta.

Uma vez que as fábricas de celulose e papel tem em sua grande maioria umabase de ativos formada por bombas centrífugas, média consistência e vácuoiniciamos um estudo dedicado às mesmas. O objetivo deste estudo teve comoprincipal evento várias intervenções nas bombas de média consistência da linhade fibras, onde percebemos que devido à seqüência de falhas, já existia umaperda de produção de 5.500 toneladas entre os anos de 1998 a 1999correspondendo a um valor de US$ 2.000.000,00.(Dois milhões de dólares).

Com perdas de produção elevadas e paradas não programadas por problemasdiversos e sem adequada medição de perdas, em novembro de 1998 iniciamos oprimeiro acompanhamento do MTBR. Este confirmou todas as suspeitas sobre oalto índice de falhas em bombas, demonstrando uma média de intervenções de84,58/mês para uma base de ativos de 576 bombas á um custo de manutenção naordem de R$ 330,00/bba/mês e MTBR de 6,8 meses, este considerado baixo paraa função.

Como primeiro passo foi estabelecido que nossa meta seria garantir maiorconfiabilidade e medição destes índices, estabelecemos então como benchmarkpadrões de outras empresas de celulose e papel da Finlândia, que tem índicesiguais ou superiores há 60 meses.

2 – Plano de ação para atingir meta específica (1998 – 2000)

2.1 – Critério de análise e decisão

Como o objetivo principal estava relacionado ao aumento do MTBR, com aredução das perdas de produção e do custo de manutenção, verificamos que asolução do problema contemplaria inclusive a substituição até de equipamentosnovos (com menos de dois anos de uso), que precisariam ser criteriosamenteanalisadas e justificadas.

A decisão pela troca das bombas, devido ao grande número de intervenções, foibaseada em análises técnico-financeiras considerando o custo do ciclo de vida doequipamento, onde se compara a viabilidade de troca ou compra de um novoequipamento.

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Esta ferramenta desenvolvida junto a Mickensey & Company foi nomeada comoTCO (Total Cost of Ownership) para o grupo VCP e a mesma analisadetalhadamente a comparação dos projetos, contemplando todos os custosintrínsecos. O gráfico abaixo demonstra um exemplo de possíveis custosenvolvidos.

2.1.1 –Bombas de média consistência

Após a análise técnico-financeira, foram definidas quais bombas seriamsubstituídas na parada geral de 2000. Esta decisão foi baseada no maior númerode horas paradas (menor MTBR) e principalmente na maior criticidade aoprocesso. Devido ao custo elevado para implementação foram escolhidos os 05descritos na tabela abaixo:

i n s u m o s m ã o - d e - o b r a t a x a s p e c a s em a r t e r i a i s

m ã o - d e - o b r a p a r a d a sa n u a i s e

o v e r h a u l s

d e s m o n t a g e me r e m o ç ã o

b e n e f í c i o d ag e r a ç ã o d e

e n e r g i a

cus to t o t a l dav i d a

o p e r a c i o n a l

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Ocorrências com bombas de média consistência (1998 a 1999)

N.P.E FUNÇÃO HORASPARADAS

CUSTO DEMANUTENÇÃO

(R$)

4203701010 Reator Oxigênio 48:40 17.959,69

4203701012 Estágio OP 15:55 25.634,41

4204201005 Torre Estocagem 36:00 12.158,43

4204201013 Reator Ozônio 41:11 26.389,11

4204201034 Estágio PO 211:00 33.177,93

Todas as bombas selecionadas apresentavam os mesmos modos de falha,(basicamente a quebra do rotor de vácuo e eixo, devido ao excesso de velocidadee fragilização do material devido a contaminação pelo fluído bombeado). As fotosabaixo mostram as intervenções mencionadas;

Após vários estudos, concluiu-se que este grande número de intervenções nasbombas de média consistência teve como principal fator o subdimensionamento.

Vista frontal da bomba demonstrandoa quebra do eixo

Rotor de vácuo em destaque

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Com a troca, não tivemos nenhuma ocorrência ocasionada pelos modos de falhaanteriormente citados.

Com isto, podemos afirmar que os estudos realizados para as bombas de médiaconsistência foram eficientes e nos proporcionaram um retorno financeiro naordem de US$ 2.000.000,00 (Dois milhões de dólares/ano), desde agosto de2000.

2.1.2 – Bombas centrífugas

Em virtude do baixo MTBR de algumas posições, foi necessário inicialmente atroca de 03 bombas com índices alarmantes. Estes estavam tão abaixo doaceitável, que já não existia nenhuma confiabilidade na operacionalidade da plantaa qual pertencem os equipamentos.

Este estudo demonstrou claramente a necessidade de substituição de 03 bombascentrífugas, a tabela abaixo mostra os respectivos índices de desempenho:

Ocorrências com bombas centrífugas (1998 – 1999)

NPE FUNÇÃO MTBR (Meses)CUSTO DE

MANUTENÇÃO(R$)

4202703002Licor preto para

difusores 1,35 11.183,88

4204203009Filtrado para

estágio ozônio 0,68 33.921,87

4804603031/32Coleta de produtos

químicos 0,82 23.859,42

O custo de instalação foi de R$.363.800,00 e as bombas novas não sofreramnenhuma intervenção desde sua substituição em Julho de 2000. A tabela abaixomostra os custos de operação envolvidos.

NPECUSTO DE

MANUTENÇÃO(R$)

PERDAS DEPRODUÇÃO (R$)

CUSTO TOTAL(R$/ano)

4202703002 11.183,88 749.931,82 761.115,70

4204203009 33.921,87 437.376,04 471.297,91

4804603031/32 23.859,42 542.181,34 566.041,33

Uma vez que a perda de produção foi “ zero” desde a instalação dos novosequipamentos, assim como o custo de manutenção, podemos afirmar que oretorno financeiro foi bastante satisfatório.

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2.2 – Avaliação dos resultados – (1998 a 2000)

Podemos concluir que os estudos focados no número de ocorrências/mês e naperda de produção como primeiro passo foram atingidas com êxito. Nesta primeirafase foram utilizadas várias ferramentas, a fim de se obter uma melhor eficácia naresolução dos “grandes vilões” , são elas:

• Diagrama de pareto;

• Controle de equipamentos com maior/menor número de ocorrências;

• Medições e cálculos financeiros das perdas de produção;

• Análises de falha das ocorrências não programadas;

• Levantamento dos modos de falhas principais.

Neste primeiro ano de trabalho conseguimos, com pequenas ações executadasem outras bombas e após as substituições das 08 mencionadas, reduzir o númerode intervenções para uma média de 40 ocorrências/mês, com significativa reduçãodas perdas de produção para 108,5 toneladas/ano. O MTBR também aumentoude 6,8 para 11,8 meses (média móvel dos últimos 12 meses) com redução docusto de manutenção para R$ 275,00/bba/mês para uma base de ativos de 620bombas.

Resumo do ganhos:

Perda de produção R$ 1.365.689,20 /ano

Redução do custo de manutenção R$ 68.965,17 /ano

Ganho Total R$ 1.434.654,37 /ano

3 –Plano de ação para meta específica ano 2001 aplicado ao projeto deexpansão

O ano de 2001 foi caracterizado por uma grande movimentação, pois mais umavez a unidade de Jacareí estava preste a iniciar um projeto de ampliação de suacapacidade (P2000). O desafio então era aumentar a confiabilidade das bombasexistentes e especificar adequadamente as novas, de forma a evitar reincidênciade perdas.

A grande preocupação com a confiabilidade na especificação das novas bombastraduziu-se na elaboração de estudos com base na análise de dados históricos,garantindo a aplicação de todo o aprendizado adquirido. Todas as ações visarameliminar a causa raiz das intervenções, a fim de obter sempre a solução maisadequada e com um custo de investimento otimizado.

Estas intervenções, como mencionado, são controladas desde dezembro de 2000por meio de gráficos de pareto e reuniões freqüentes com a operação da fábrica.O gráfico abaixo mostra o acompanhamento de todas as intervenções mês a mêspelo modo de falha.

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Na fase inicial do projeto P2000 a ferramenta de análise técnico-financeira (TCO),foi imprescindível para uma decisão correta, uma vez que as bombas com maioríndice de confiabilidade também tinham um custo inicial bem superior aosconcorrentes. Por meio desta análise, evidenciou-se que mesmo com um custoinicial superior, seus custos somados ao longo da vida contábil eram beminferiores aos demais concorrentes.

Com o projeto em andamento e sua confiabilidade garantida, havia apenas anecessidade de melhorias contínuas nas bombas em operação, para que o projetode aumento do MTBR não sofresse nenhum ruído externo. As medidas tomadasabaixo são apenas pequenas melhorias implementadas durante o período de2001;

• Estudo e troca de gaxetas nas bombas com índices inferiores aodesejado;

• Análises constantes dos materiais utilizados para cada fluído bombeadocom o auxílio da engenharia de processo;

• Medição e análise preditiva mais confiável, após contrato com a SKFservice;

• Estudos do processo demonstrando qual a influência do mesmo nasbombas;

• Análises de falha mais detalhada após cada evento, em alguns casoscom auxílio de laboratórios especializados.

Total de Eventos - Período: DEZ/00 a MAIO/03

124 123118

99

7164

48 46 45

27

1511 9

1

30,8%

45,6%

80,8%

74,8%

66,8%

57,9%

86,5%

92,1%

100,0%100,0%99,9%98,8%

15,5%

95,5%97,4%

0

20

40

60

80

100

120

140

Rol

amen

to

Tra

vam

ento

Gax

eta

Sel

o M

ecân

ico

Insp

eção

Aco

plam

ento

Rev

isão

Des

alin

ham

ento

Rot

or

Lubr

ifica

ção

Vol

uta

Bas

e

Que

bra

de E

ixo

Ved

ação

Cor

reia

Qu

anti

dad

e d

e E

ven

tos

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

Causas das Ocorrências Percentual Acumulado

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Estas e outras atividades nos possibilitaram atingir uma média de 35ocorrências/mês com um custo aproximado de R$ 219,00/bba/mês elevando oMTBR de 11,8 para 17,26 meses.

Resumo do ganhos:

Perda de produção R$ 262.384,10 /ano

Redução do custo de manutenção R$ 32.745,15 /ano

Ganho Total R$ 295.129,25 /ano

4 – Gerenciamento pelas diretrizes na função bombas

No início do ano de 2002 este estudo foi incorporado ao programa degerenciamento pelas diretrizes, ministrado pela FDG (Fundação deDesenvolvimento Gerencial), utilizando os métodos e ferramentas seis sigma. Ogerenciamento pelas diretrizes é uma atividade voltada para solucionar osproblemas relativos aos temas prioritários das empresas.

Assim, o gerenciamento pelas diretrizes é um sistema voltado para atingir asmetas que não podem ser atingidas pelo gerenciamento da rotina do trabalho dodia-a-dia, para resolver problemas difíceis e desafiantes que aparecem nosequipamentos.

O gerenciamento visa o estabelecimento e a execução de um plano de ação anualde maneira a eliminar o foco do problema, para que isto seja atingido é necessárioprimeiramente o estabelecimento de uma meta. Neste caso foi escolhido comometa para bombas centrífugas atingir 24 meses de MTBR até dezembro de 2002.

O programa de gerenciamento pelas diretrizes é definido por meio de duascategorias básicas, os “Green Belts” e os “Black Belts” , no caso das bombas esteestudo foi baseado no programa Green Belt. Este programa estabelece o seguintemétodo para gerenciamento;

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P – Estabelecimento das diretrizes para todos os níveis gerenciais;

D – Execução das medidas prioritárias e suficientes;

C – Verificação dos resultados e do grau de avanço das medidas;

A – Reflexão análise da diferença entra as metas e os resultados alcançados.

Com a meta estabelecida e os métodos para gerenciamento já sabidos, iniciamosum estudo mais minucioso da função bombas, este buscava em primeiro planoatingir a meta específica de 24 meses de MTBR até dezembro de 2002.

A primeira etapa do trabalho foi à identificação do problema, contemplada na fasede planejamento, onde se executou um levantamento bem mais detalhado decada posição buscando evidenciar qual modo de falha deveria ser atacadoprimeiro.

Levantamos todos as ocorrências desde dezembro de 2000 e iniciamos a segundafase do planejamento, onde o objetivo principal foi analisar todos os fenômenosenvolvidos na função. Com os dados confiáveis, foram determinadas asparticipações de cada modo de falha na função bombas.

Excesso de intervenções em gaxetas foi o principal motivo determinado noprimeiro acompanhamento seguido dos modos de falha denominados comotravamento das bombas, rolamento e selo mecânico.

Assim, com os modos de falha exemplificados foi possível determinar comodeveríamos agir e o quanto teria de redução nas intervenções com cada atuaçãoexecutada. Foi verificada que apenas com uma atuação em 40% do total dos100% dos problemas relacionados a gaxetas já alcançaríamos a meta específicaproposta no Green Belt.

Estas atuações em gaxetas foram divididas em dois grupos, onde o primeiropasso era as atuações sobre as trocas e a outra relacionada aos ajustes. Paraeste modo de falha, as gaxetas, criou-se um plano de ação para eliminar estes40% selecionados que submetiam as ações aos seguintes fatores;

• Melhorar a qualidade técnica do material junto aos fornecedores;

• Adequar o material aplicado nas gaxetas ao fluído bombeado;

• Diminuir desgastes nas luvas e caixa de gaxeta;

• Diminuir falta de água de selagem para as gaxetas;

• Elaborar procedimento para troca e ajuste das gaxetas;

• Elaborar procedimento para operacionalização das bombas com gaxetas.

Esta redução de 40% das ocorrências relacionadas a gaxetas proporcionou umganho de 33,4 toneladas/mês com uma economia sobre as perdas de produçãode R$ 264.395,73/ano.

Em paralelo a estas ações, foram tomadas também medidas relacionadas aosdemais problemas nas bombas, como por exemplo,

• Procedimento operacional para diminuição dos entupimentos das bombasda captação de água;

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• Estudo seguido de algumas melhorias dos rolamentos e mancais;

• Melhorias no sistema de água de selagem;

• Melhorias e modificações nos selos mecânicos;

• Estudo compartilhado com a engenharia de processo quanto ao BEP (pontode melhor eficiência) de algumas bombas.

Além de todas melhorias aplicadas acima determinadas nos estudos baseados noprojeto de gerenciamento pelas diretrizes, Green Belt, também foi verificado pormeio do mesmo estudo a necessidade de substituição de uma bomba com váriasintervenções repetitivas, ocasionando um baixo MTBR da função.

O problema principal estava vinculado diretamente as modificações efetuadas noprocesso (alcalino para acido) e no excesso de quebra de eixo. Após analisarmosa falha com mais detalhe, juntamente com análise metalográfica do eixo, verificou-se que a mesma estava subdimensionada para operar nesta posição, entãodecidimos por substituir a mesma.

Com todas as melhorias implementadas, conforme o projeto de gerenciamentopelas diretrizes, a troca da bomba do estágio acido somados as pequenasintervenções terminamos o ano de 2002 com um MTBR acima da meta estipulada.Para as mesmas 620 bombas, conseguimos diminuir o custo de manutenção paraR$88,00/bba/mês e um aumento do MTBR de 17,26 para 29,45 meses.

O gráfico abaixo demonstra a evolução do MTBR x Custos de Manutenção desdeos primeiros acompanhamentos realizados em Janeiro de 2001, este demonstrarealmente que o custo de manutenção esta decaindo com aumento significativo doMTBR.

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Este acompanhamento foi modificado em Janeiro de 2001 pelo motivo damudança do software de acompanhamento da manutenção, de Mantec para SAP,nos anos anteriores foram utilizadas as bases existentes do Mantec.

5 – Andamento e acompanhamento da função após start-up 2003

Iniciamos este ano com MTBR em 29,45 meses, sendo que a meta é atingir 36meses até dezembro de 2003. A meta para 2002 de 24 meses foi atingidaconforme projeto de gerenciamento pelas diretrizes, porém nosso objetivoprincipal é atingir 60 meses conforme benchmark citado.

Assim, o projeto de melhoria deve continuar durante os próximos anos, onde foiescalonada a meta da seguinte maneira:

R$-

R$50.000,00

R$100.000,00

R$150.000,00

R$200.000,00

R$250.000,00

jan/0

1

fev/0

1

mar

/01

abr/0

1

mai/

01

jun/0

1jul

/01

ago/

01

set/0

1

out/0

1

nov/0

1

dez/0

1

jan/0

2

fev/0

2

mar

/02

abr/0

2

mai/

02

jun/0

2jul

/02

ago/

02

set/0

2

out/0

2

nov/0

2

dez/0

2

-

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

CUSTO

MTBR

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O gráfico demonstra toda evolução, seu momento atual e as metas específicas aserem alcançadas em cada ano.

A partir do mês de Janeiro de 2003, já estamos contemplando as bombasinstaladas no projeto de ampliação da fábrica, este complemento eleva a base deativos de 620 para 816 bombas.

É fato e deve ser comentado que existe uma diferença considerável entre asfalhas ocorridas entre os start-ups. Em 1997, estávamos com 84.58ocorrências/mês, ao passo que hoje com a planta atual somado ao novo start-upem outubro de 2002 temos 25,5 ocorrências/mês.

Outro fato que deve ser comentado é a confiabilidade garantida no projeto atual,start-up 2002, pois tivemos apenas 01 ocorrência relacionada à falha oudimensionamento da bomba. Vale salientar que no projeto de 1997, só embombas de média consistência tínhamos uma média de 05 a 07 intervenções/mês.

Todos estes fatores são para demonstrar que além de equipamentos muito maisconfiáveis, ocorrências reduzidas, o custo de manutenção atual esta na ordem deR$ 60,00/bba/mês e com um MTBR em maio de 32,32 meses.

O gráfico abaixo demonstra os controles realizados para o MTBR x CUSTOS esuas projeções para os anos seguintes;

6,8

11,8

17,26

29,45

32,32

36

48

60

0

10

20

30

40

50

60

70

1999 2000 2001 2002 2003 2003 2004 2005 MAIO

REALIZADO

ATUAL

META

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As linhas de tendência têm como objetivo demonstrar graficamente o andamentoda função e facilitar o acompanhamento em caso de um desvio.

O controle mais eficiente da função nos fornece maior facilidade de poder efetuarum orçamento para o ano seguinte com níveis de segurança mais confiáveis quenos anos anteriores, com este acompanhamento podemos minimizar as possíveissurpresas.

6 – Conclusão.

O trabalho de aumento do MTBR das bombas centrífugas, média consistência evácuo é um trabalho desenvolvido pela VCP, somado ao conhecimento de váriosprovedores que acreditaram em nossa filosofia de trabalho.

Iniciado em 1999, com estudos e desenvolvimentos para o aumento do MTBR dafunção bombas, este processo tem obtido um alto índice de confiabilidade porparte de toda manutenção e nosso principal cliente que é a operação da planta.

A realização da substituição de algumas bombas no primeiro momento teve comoobjetivo principal à redução dos “grandes vilões” e a criação de um parâmetroonde fosse confiável iniciar as medições e controles, sem a presença de causasespeciais já conhecidas.

Em seguida, iniciamos vários estudos onde detectamos várias oportunidades demelhorias que foram sendo implementadas passo a passo, propiciando umamelhoria contínua conforme padrões do programa qualidade total.

Bombas

R$-

R$20.000,00

R$40.000,00

R$60.000,00

R$80.000,00

R$100.000,00

R$120.000,00

R$140.000,00

R$160.000,00

R$180.000,00

R$200.000,00

dez/0

1

fev/0

2

abr/0

2

jun/0

2

ago/

02

out/0

2

dez/0

2

fev/0

3

abr/0

3

jun/0

3

ago/

03

out/0

3

dez/0

3

fev/0

4

abr/0

4

jun/0

4

ago/

04

out/0

4

dez/0

4

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

MTBR

Custo de Manutenção

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Contribui também para o aumento do MTBR, o projeto de gerenciamento dasdiretrizes “Green Belt” , por projetar todos os possíveis itens de atenção de umaforma metódica, até então não utilizada.

Todos estes fatores contribuíram para uma análise robusta e confiável de todaimplantação do novo projeto, demonstrando não haver nenhuma evidência dealtos índices de intervenções não programadas por especificações fora dospadrões.

As vantagens acima relacionadas demonstram que estas metodologiasproporcionaram uma economia de R$ 2.000.000,00 (Dois milhões de reais/ano)desde dezembro de 2001, somente com a diminuição das paradas nãoprogramadas nas bombas de média consistência.

Os ganhos em confiabilidade nas bombas foram elevados, aumentando adisponibilidade de 6,8 para 32,32 meses e as perdas de produção por paradasnão programadas foram reduzidas a “zero” desde dezembro de 2001.

7 – Bibliografia

1 – Mattos, Edson Ezequiel de e Falco, Reinaldo de – Bombas industriais – Rio deJaneiro, 1998.

2 – Alves, Jocely Evaristo – Programa seis sigma Green Belts – Fundação deDesenvolvimento Gerencial – Belo Horizonte, 2001.

3 – Manual SKF de manutenção de rolamentos – SKF – São Paulo; 1997.