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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


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;


GrupoGrupo VotorantimVotorantim

• Receita líquida anual (2005) em torno de US$ 8 bi;

• Investimentos de US$ 2,5 bilhões em 2005;

• Em processo de internacionalização.


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;


VotorantimVotorantim MetaisMetais

• 8 unidades no Brasil e 1 no Peru;

• Emprego direto de mais de 7.000 colaboradores.


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;


SGVMSGVM--MANMAN

• Sistema de Gestão da Manutenção suportado por 7 pilares.


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;


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).


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.



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...



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.



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.


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;



• 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.



Fonte: http://www.reliasoft.com.br/BlockSim/fig_onehoss.htm


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.




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)




• 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;




• O modelo matemático adotado para a relação Vida x Stress do parafuso foi a Lei da Potência Inversa (Inverse Power Law):

( )11

)(nVK

VL⋅

=




• 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




• 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



Flange com 8 Flange com 8 ParafusosParafusos

• Modelamento de um container com 8 parafusos no Blocksim;

• Configuração 4 out of 8.




t3, R3(t)


• t3 = 56.957 h para R3(t) = 5%




• Modelamento de um container com 4 parafusos no Blocksim;

• Configuração 4 out of 4.




t4, R4(t)


• t4 = 35.586 h para R4(t) = 5%


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



Representaçãoparcial dos contatos Representação

parcial dos elementos de contato



Deslocamentos no aperto a frio (configuração deformada)



Tensões(configuração deformada)


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.



• 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



• 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.



• Principais modos de falha observados na planta:

Sulfataçãodecorrente de vazamento



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!


RecursosRecursos de de ApoioApoio


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

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