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BÍBLIA DO RCM O GUIA COMPLETO E DEFINITIVO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE NA ERA DA INDÚSTRIA 4.0 BÍBLIA DO RCM BÍBLIA DO RCM O GUIA COMPLETO E DEFINITIVO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE NA ERA DA INDÚSTRIA 4.0 JHONATA TELES BÍBLIA DO RCM Copyright© 2019 by Jhonata Teles Todos os direitos desta edição reservados à ENGETELES Editora. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, ou parte dele, sob qualquer meio, sem autorização expressa da Editora. T395p Teles, Jhonata, 1992 - Bíblia do RCM: O guia completo e definitivo da manutenção centrada na confiabilidade na indústria 4.0 / Jhonata Teles. – Brasília: ENGETELES Editora, 2019. 385p.: 23 cm. Inclui bibliografia. ISBN 978-65-900514-1-7 1. Fábrica – Manutenção. 2. Equipamento industrial – Manutenção e Reparos – I. Teles II. Título: Bíblia do RCM. CDD: 620 CDU: 62-7 2019 IMPRESSO NO BRASIL ENGETELES Editora www.engeteles.com.br editora@engeteles.com.br DEDICATÓRIA Dedico essa obra ao meu filho Lorenzo Teles e à minha esposa, Malu Teles, por toda a paciência, incentivo e compreensão nos momentos de ausência por motivos profissionais e de estudo. Dedico ao time de colaboradores da ENGETELES, por toda a dedicação desprendida diariamente para que milhares de pessoas possam ter suas vidas transformadas através da educação profissional. Dedico a todos os alunos que tivemos, temos e teremos, é por eles e pelos seus resultados profissionais que publicamos diariamente ricos conteúdos técnicos frutos de árduas pesquisas e aplicações práticas. BÍBLIA DO RCM APRESENTAÇÃO Essa obra retrata mais de uma década de trabalho e estudos dedicados à excelência na Gestão da Manutenção Industrial em uma busca incansável pela aplicação prática das melhores práticas mundiais em empresas dos mais variados segmentos, portes e culturas. O objetivo central da obra é oferecer ao leitor um roteiro lógico e didático para a implantação da política de Manutenção Centrada na Confiabilidade, elucidando as principais dúvidas técnicas que surgirão pelo caminho, através de exemplos práticos e apresentados de forma simples. A obra é fruto de uma extensa e cuidadosa curadoria das principais normas e publicações nacionais e internacionais sobre o tema, somadas às experiências práticas obtidas pelo autor ao longo de sua vida profissional. BÍBLIA DO RCM SUMÁRIO CAPÍTULO 1 ..................................................................................................... 1 INTRODUÇÃO À MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE ............ 1 O que é manutenção centrada na confiabilidade? ....................... 5 Cronologia da Manutenção Centrada na Confiabilidade ............. 6 Evolução e Popularização da Manutenção Centrada na Confiabilidade .................................................................................. 8 Estratégias de Manutenção Centrada na Confiabilidade .................. 9 Curva PF ............................................................................................... 12 O que é Falha Potencial? .............................................................. 13 O que é Falha Funcional? .............................................................. 14 Tipos de Manutenção ........................................................................ 16 Manutenção Corretiva .................................................................. 16 Manutenção Preventiva ................................................................ 27 Manutenção Preditiva.................................................................... 35 Benefícios da Manutenção Preditiva ........................................... 65 Estratégias de Manutenção .......................................................... 70 CAPÍTULO 2 ................................................................................................... 74 IMPLANTAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE ..... 74 FLUXOGRAMA PARA IMPLANTAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE DE ACORDO COM IEC 60 300-3-11: .................. 78 Política de Implantação do RCM ......................................................... 79 Definição da Equipe de Manutenção Centrada na Confiabilidade .................................................................................... 81 Cronograma de Reuniões da Equipe de Implantação ................. 87 Seleção dos Sistemas e Coletas de Informações ........................... 91 Planejamento do Contexto Operacional ........................................ 92 Padrões de desempenho .............................................................. 93 BÍBLIA DO RCM Redundância ................................................................................... 96 Riscos de Segurança e Riscos Ambientais ................................. 102 Equipamentos Contingenciais e Coadjuvantes ........................ 103 FMEA – Análise dos Modos e Efeitos de Falha ............................... 105 Seleção das Funções Significantes ................................................. 107 Seleção das Atividades Aplicáveis ................................................. 108 Avaliação da Efetividade das Atividades ..................................... 109 Seleção das Atividades Definitivas ................................................. 110 Definição Frequência das Atividades de Manutenção ............... 111 Árvore Estrutural de Ativos ................................................................... 112 Diagrama de Blocos de Confiabilidade ............................................ 120 Matriz de Criticidade de Ativos ........................................................... 128 CAPÍTULO 3 ................................................................................................. 140 FMEA – ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DE FALHA ................................. 140 O que é o FMEA? .................................................................................. 141 Objetivos do FMEA ............................................................................ 142 Tipos de FMEA .................................................................................... 143 FMEA de Projeto ............................................................................ 143 FMEA de Processos ....................................................................... 144 FMEA de Sistema ........................................................................... 144 FMEA de Serviço............................................................................ 144 FMEA de Processo (PFMEA) ............................................................. 144 Fluxograma de um FMEA de Processo ....................................... 146 Processo de Elaboração do FMEA.................................................. 147 Seleção da equipe ....................................................................... 148 Definição dos padrões ................................................................. 150 Definição de Sistemas .................................................................. 151 Os Limites Físicos ............................................................................ 152 Os Limites Operacionais ............................................................... 155 O que é uma função no sistema? .............................................. 156 O que é falha? .............................................................................. 158 Definição de Modo de Falha ...................................................... 160 Definição de Efeito de Falha ....................................................... 163 Número de Prioridade e Risco (RPN) ..........................................165 Quantificando a Severidade da Falha ...................................... 165 Quantificando a Ocorrência da Falha ...................................... 167 Quantificando a Detecção da Falha ........................................ 168 Preenchimento do FMEA ................................................................. 171 CAPÍTULO 4 ................................................................................................. 177 PLANOS DE MANUTENÇÃO CENTRADOS EM CONFIABILIDADE .............. 177 Planos de Manutenção Derivados em Periodicidade ................. 178 Planos de Manutenção Derivados em Áreas ................................ 178 Planos de Manutenção Preventiva ................................................ 180 Curvas dos Padrões de Falha ...................................................... 180 Frequência das Atividades de Manutenção Preventiva ......... 184 CAPÍTULO 5 ................................................................................................. 188 INDICADORES E MÉTRICAS DE CONFIABILIDADE ..................................... 188 Estrutura Necessária para Coleta e Análise dos Indicadores ...... 189 Tempo Médio Entre Falhas (MTBF) .................................................. 190 Tempo Médio para Reparo (MTTR) ................................................. 191 Disponibilidade Inerente .................................................................. 192 Taxa de Falhas ................................................................................... 192 Confiabilidade de Equipamentos ................................................... 194 Confiabilidade de Processos de Produção ................................... 197 Confiabilidade de Processos de Produção em Série ............... 197 Confiabilidade de Processos de Produção em Paralelo ......... 199 BÍBLIA DO RCM Confiabilidade de Processos de Produção Mistos .................... 201 Análise Weibull – Análise dos Dados de Vida do Ativo ................ 204 Parâmetro de Weibull: β (Inclinação) ......................................... 204 Parâmetro de Weibull: η (Vida Característica) ......................... 206 Valores Característicos de Beta (inclinação) e Eta (vida característica) ............................................................................... 207 Curva da Banheira........................................................................ 211 Benchmarks de Classe Mundial ...................................................... 213 CAPÍTULO 6 ................................................................................................. 215 ANÁLISE DE FALHAS EM PROCESSOS, EQUIPAMENTOS E COMPONENTES .................................................................................................................... 215 Ferramentas para Análise de Falhas .............................................. 216 CAPÍTULO 7 ................................................................................................. 244 O que é Análise RAM? ......................................................................... 246 Disponibilidade .................................................................................. 248 Confiabilidade .................................................................................. 249 Mantenabilidade .............................................................................. 250 Entendimento Técnico de Mantenabilidade ................................ 251 Sistemas Reparáveis e a Teoria da Renovação ........................ 251 Facilidade de Executar Manutenção ........................................ 253 Entendimento Matemático de Mantenabilidade ........................ 256 Como Elaborar Uma Análise RAM .................................................. 259 CAPÍTULO 8 ................................................................................................. 281 O que é Confiabilidade Humana? .................................................. 283 Análise da Confiabilidade Humana na Manutenção .................. 287 1) Análise das Atividades .......................................................... 289 2) Identificação e Avaliação dos PSF’s .................................. 289 3) Cálculo da Probabilidade do Erro Humano ...................... 291 4) Avaliação da Probabilidade de Erro Humano .................. 293 Conclusão.......................................................................................... 294 CAPÍTULO 9 ................................................................................................. 295 Processo de Auditoria....................................................................... 299 Objetivos da Auditoria.................................................................. 301 Escopo da Auditoria de RCM ...................................................... 302 Critérios para Auditoria de RCM: ................................................ 303 Cronograma de Auditoria: .......................................................... 307 Desenvolvimento da Auditoria: ................................................... 307 Anexo 1 .............................................................................................. 309 Documento de Seleção dos Sistemas e Coleta de Informações 309 Anexo 2 .............................................................................................. 315 FMEA-Análise dos Modos e Efeitos de Falha .................................. 315 Anexo 3 .............................................................................................. 319 Relatório de Análise de Falhas e Causa Raiz ................................. 319 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 1 10 MANDAMENTOS DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 2 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 3 MANDAMENTO #1 VALORIZAR OS DADOS ACIMA DE TODAS AS COISAS. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 4 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 5 MANDAMENTO #2 NÃO ESCREVER A POLÍTICA DE RCM EM VÃO. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 6 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 7 MANDAMENTO #3 NÃO ESQUECER DE DEFINIR A FUNÇÃO DO ATIVO CORRETAMENTE. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 8 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 9 MANDAMENTO #4 NÃO CONFUNDIR FALHA COM MODO DE FALHA. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 10 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 11 MANDAMENTO #5 NÃO PERDER TEMPO COM IMPLANTAÇÕES EM SISTEMAS DE BAIXO RISCO E BAIXA CRITICIDADE. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 12 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 13 MANDAMENTO #6 TREINAR TODOS OS ENVOLVIDOS NA IMPLANTAÇÃO DO RCM. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 14 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 15 MANDAMENTO #7 REALIZARÁS ANÁLISE DE FALHA SEMPRE QUE UM GATILHO FOR ACIONADO. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 16 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 17 MANDAMENTO #8 USARÁ FÓRMULAS MATEMÁTICAS E CÁLCULOS PROBABILÍSTICOS PARA DEFINIR AS PERIODICIDADES DE MANUTENÇÃO. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 18 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 19 MANDAMENTO #9 REALIZARÁ AUDITORIAS E REVISÕES PERIODICAMENTE NA POLÍTICA DE RCM. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 20 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 21 MANDAMENTO #10 COLETARÁ, DOCUMENTARÁ E DIVULGARÁ OS RESULTADO OBTIDOS COM A IMPLANTAÇÃO DO RCM. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 22 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 1 CAPÍTULO 1INTRODUÇÃO À MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 2 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 3 A Manutenção Centrada na Confiabilidade deu seus primeiros passos na década de 1970. O primeiro evento publicamente conhecido como o “nascimento” da Manutenção Centrada na Confiabilidade foi a necessidade de certificar a nova linha de aeronaves Boeing 747, pela FAA – Federal Aviation Authority nos Estados Unidos. Esse avião tinha níveis de automação jamais vistos na época e tinha uma capacidade de transportar passageiros três vezes maior que a maior aeronave existente na época. O uso de metodologias comuns de manutenção não iria atender as exigências para a certificação da FAA e além de tudo, ainda iria custar caro. Isso foi o ponto de partida inicial para que em 1968 fosse criada uma Força-Tarefa na United Airlines, nomeada de MSG – Maintenance Steering Group e liderada pelo então Vice-Presidente de Planejamento de Manutenção – Thomas D. Matteson – e composta por outros três engenheiros. A missão era simples, mas não era fácil. Matteson e os demais engenheiros teriam que desenvolver uma política de manutenção que garantisse a confiabilidade operacional, aeronavegabilidade e segurança das aeronaves sob um custo ótimo. Ali surgia a Terceira Geração da Manutenção: Figura 1: Evolução das Técnicas de Manutenção BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 4 A Primeira Geração da Manutenção perdurou até meados de 1950. Nessa época, manutenção não era o ato de manter o ativo e sim, de repará-lo de acordo com a necessidade. Ou seja, existia apenas a Manutenção Corretiva. A Segunda Geração da Manutenção surgiu no período pós Segunda Guerra Mundial devido à alta competitividade e crescimento do consumo devido às circunstâncias. No Japão, os Engenheiros Industriais começaram a perceber que alguns equipamentos falhavam em intervalos semelhantes e ali nascia a Manutenção Preventiva. Em 1970, impulsionada pela Terceira Revolução Industrial (chegada da automação industrial), surgia a Manutenção Centrada na Confiabilidade e o movimento conhecido por Terceira Geração da Manutenção. A Manutenção Centrada na Confiabilidade tem o foco em manter fazer apenas o necessário para se manter um ativo disponível e confiável e por consequência, manter os sistemas em pleno funcionamento. Na época, a chegada de instrumentos de Manutenção Preditiva facilitou a adoção da estratégia da Manutenção por Condição. Até a Segunda Geração da Manutenção o foco da manutenção era preservar o equipamento. Com a chegada da Manutenção Centrada na Confiabilidade o foco passou a ser preservar as funções dos equipamentos e atuar apenas conforme os Modos de Falha, proporcionando uma forma de garantir a disponibilidade e confiabilidade necessárias para o processo, e o melhor de tudo, gastando o mínimo possível. A Quarta Geração da Manutenção, com nascimento nos anos 2000, fica marcada principalmente pela elevação da Mantenabilidade dos ativos por parte dos fabricantes, pelos seus níveis de autonomia e pela adoção de estratégias de se realizar “menos com menos” na busca por índices de Manutenção de Classe Mundial. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 5 O que é manutenção centrada na confiabilidade? O RCM – Reliability Centered Maintenance, em português, Manutenção Centrada na Confiabilidade pode ser definida como uma política de manutenção estruturada para selecionar as atividades de manutenção necessárias para manter a disponibilidade e confiabilidade de qualquer processo produtivo, de modo que se reduza ao máximo possível o LCC – Life Cycle Cost. LCC – Life Cycle Cost é o Custo do Ciclo de Vida do Ativo. Pode-se resumir como a soma de todos os custos com o ativo desde a sua especificação, projeto, instalação, comissionamento, operação e manutenção até o seu descomissionamento, desinstalação e descarte. Ou seja, pode-se dizer que a Manutenção Centrada na Confiabilidade consiste na seleção de estratégias de manutenção para cada ativo, visando manter um determinado processo em funcionamento de forma confiável, segura e dentro dos parâmetros estabelecidos. Isso torna a MCC (ou RCM – como prefira chamar) o modelo de manutenção mais rentável que existe. Pelo fato de ser feito apenas o que deve ser feito para manter o ativo e não o que pode ser feito. Há uma diferença muito grande entre fazer aquilo deve ser feito e aquilo que pode ser feito. Grande parte dos Gestores de Manutenção erram feio no momento de escolher a estratégia de manutenção correta para manter um determinado ativo. Isso faz com que se gaste muito com manutenção e ainda não consiga atingir os níveis desejados de disponibilidade (principalmente) e confiabilidade no processo. Um ponto que é importantíssimo ressaltar quando o assunto é Manutenção Centrada na Confiabilidade é que ela é normatizada. Existem duas principais normas que propõem padrões de implantação da Manutenção Centrada em Confiabilidade. https://engeteles.com.br/o-que-e-confiabilidade/ BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 6 Sendo elas: IEC 60300-3-11: Gestion de la surté de fonctionnement – Parte 3-11: Guide d’application – Maintenance basée sur la fiabilité. Comission Electrotechinique Internationale, Geneva, Switzerland. SAE JA1012: SAE International. Evaluation Criteria for Reliability-Centered Maintenance (RCM) Standard. SAE JA1012, Warrendale, PA, USA, 2002. Antes da Manutenção Centrada na Confiabilidade ser normatizada, todos os padrões e informações existentes eram oriundos dos relatórios do MSG 1,2 e 3. Cronologia da Manutenção Centrada na Confiabilidade Para que você tenha pleno entendimento sobre o que de fato é a Manutenção Centrada na Confiabilidade, é importante que você entenda a linha cronológica dessa política, desde o momento do seu nascimento. Figura 2: Linha Cronológica da Manutenção Centrada na Confiabilidade Em 1964 os projetos de fuselagem do Boeing 747 foram apresentados. Uma aeronave a jato usada no âmbito civil e militar para transporte de https://pt.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%A3o_a_jato https://pt.wikipedia.org/wiki/Avia%C3%A7%C3%A3o_civil https://pt.wikipedia.org/wiki/Avia%C3%A7%C3%A3o_militar https://pt.wikipedia.org/wiki/Transporte_a%C3%A9reo BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 7 passageiros e de carga, referida com frequência como Jumbo Jet ou Queen of the Skies (Rainha dos Céus). Fabricada pela Boeing nos Estados Unidos, a versão original do 747 tinha duas vezes e meia mais capacidade de passageiros que o Boeing 707, um dos grandes aviões comerciais dos anos 60. Efetuando o seu primeiro voo comercial em 1970, o 747 ostentou o recorde de capacidade de passageiros durante 37 anos. Em 1968, foi criado o MSG – Maintenance Steering Group. O MSG-1 era composto por membros da FAA - Federal Aviation Agency juntamente com representantes das companhias aéreas e era liderado pelo então Vice-Presidente de Planejamento de Manutenção – Thomas D. Matteson – e composta por outros três engenheiros. O resultado do trabalho do MSG-1 foi o relatório ATA MSG-1, no ano de 1967. Ao fim de 1968, foi apresentado a segunda versão desse relatório, conhecido como ATA MSG-2. Através do ATA MSG-2, em 1969, aconteceu a certificação da aeronave pela FAA – Federal Aviation Agency. Embora os documentos MSG-1 e MSG-2 tenham revolucionado e desenvolvido os procedimentos de manutenção no setor de aviação, sua aplicação em outros setores era limitada devido a sua focada e concisa especialização. Em 19178, e Heap promulgaram o MSG-3 revisado em 1988 e 1993, onde permanece até o presente como o processo usado para desenvolver e refinar os programas de manutenção para todos os principais tipos de aeronaves civis.Em 1999 um comitê suíço elaborou a primeira norma referente ao tema. A IEC 60300-3-11:1999 fornecia diretrizes para o desenvolvimento de políticas de gerenciamento de falhas para equipamentos e estruturas usando técnicas de análise de manutenção centrada na confiabilidade (RCM). Esta parte serve como um guia de aplicação e é uma extensão da IEC 60300-3-10, IEC 60300-3-12 e IEC 60300-3-14. Sua elaboração foi baseada no ATA1-MGS-3; considerando que esta edição se aplica a https://pt.wikipedia.org/wiki/Transporte_a%C3%A9reo https://pt.wikipedia.org/wiki/Boeing https://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos https://pt.wikipedia.org/wiki/Boeing_707 https://pt.wikipedia.org/wiki/Boeing_707 https://pt.wikipedia.org/wiki/Anos_60 BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 8 todas as indústrias e define um algoritmo de RCM para o processo de tomada de decisão. Em 2012, a norma SAE JA 1012 foi convencionada nos Estados Unidos. Derivada da SAE JA 1011, a norma trata principalmente de padrões de falhas ligadas ao mercado automotivo. De toda forma, a SAE JA 1012 também serve de referencial normativo para outros setores, Em 2009 surgiu a IEC 60300-3-11:2009. Essa norma é a versão atualizada e revisada da IEC 60300-3-11:1999. As mudanças se baseiam na lógica de tomada de decisões propostas nos algoritmos. Evolução e Popularização da Manutenção Centrada na Confiabilidade O primeiro registro de uso da política de Manutenção Centrada na Confiabilidade fora do ambiente aeronáutico aconteceu em meados de 1979. Após Nowlan e Heap – engenheiros do Department of Defense (Dod) dos Estados Unidos – publicarem a NAVAIR - Diretrizes do RCM para Aviação Naval dos EUA em 1978, a Marinha Americana adotou a NAVSEA - Diretrizes do RCM para Comando Naval de Sistemas do Mar. Figura 3: Linha do tempo da popularização do RCM BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 9 Em 1982 a NASA adotou a NASA RCM – Diretrizes do RCM para Aplicação em Instalações e Equipamentos Críticos. Em 1985 a FPL Energy (Florida Power & Light Company) – fornecedora de energia elétrica no estado da Flórida - adotou a Manutenção Centrada em Confiabilidade como a sua política para gerenciamento da manutenção. Sendo a primeira empresa fora do ramo aeronáutico, naval e aeroespacial a adotar tal política e ter resultados satisfatórios. Em 1991, John Moubray lançou o a primeira versão do livro RCM – Reliability Centered Maintenance. Nesse livro, Moubray explica de forma detalhada como deve ser feita a implantação da política de Manutenção Centrada na Confiabilidade em empresas de qualquer segmento. Esse fato contribuiu fortemente para a popularização da Manutenção Centrada na Confiabilidade no âmbito mundial. Estratégias de Manutenção Centrada na Confiabilidade Esse livro foi escrito no ano de 2018, no ápice da Quarta Revolução Industrial. Isso significa que o setor de manutenção atravessou quatro grandes revoluções e essas revoluções foram apelidadas de “Gerações da Manutenção”. Como mostrado na Figura 1, até meados de 1945, realizar manutenção era apenas o ato de consertar um equipamento que estava avariado. Ou seja, existia apenas a manutenção corretiva. Após o período da Segunda Guerra Mundial, a economia mundial estava aquecida e a competitividade das indústrias crescia a passos largos. Esse cenário levou à percepção que não era mais aceitável e economicamente viável deixar os equipamentos quebrarem. Surgia ali, a Manutenção Preventiva. Para gerenciar toda a cadeia por trás da manutenção preventiva, foi necessário criar um departamento dentro do setor de manutenção. Assim surgiu o PCM – Planejamento e Controle de Manutenção. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 10 Com a chegada da Terceira Revolução Industrial por volta de 1969, a Tecnologia da Informação invadiu a indústria. O que culminou na introdução de braços robóticos nas linhas de produção, Comandos Lógicos Programáveis, automação eletropneumática etc. Nesse mesmo período, a manutenção também começou a se beneficiar da tecnologia e se popularizou a Manutenção Preditiva. As técnicas de inspeções instrumentadas como: Análise de Vibrações, Análise de Óleo, Termografia e Ultrassom, começaram a ser de grande valia e importância no momento de se inspecionar um equipamento e descobrir falhas ainda em estágio inicial. Podemos dizer que a Terceira Geração da Manutenção foi o grande divisor de águas. Nesse momento as empresas descobriram que a manutenção com base na condição (Manutenção Preditiva) era infinitamente mais eficaz do que as técnicas levantadas no passado. Quando se fala em eficiência e eficácia no setor de manutenção, é quando os ativos estão disponíveis, se mantém confiáveis e isso não custa caro para empresa. O setor de manutenção vende para os seus clientes internos (Produção, Qualidade, Segurança do Trabalho, Meio Ambiente, etc.) disponibilidade confiável a baixo custo. O próximo ponto de virada da manutenção aconteceu junto com a virada do século XX para o século XXI. Em meados dos anos 2000, iniciava a Quarta Geração da Manutenção. A Quarta Geração da Manutenção traz a proposta que o trabalho de garantir a disponibilidade, confiabilidade e produtividade dos ativos se inicia antes do equipamento nascer, ainda na fase de projeto. A manutenção ficou ainda mais estratégica e começou a se envolver em etapas do processo que nunca tinha sido envolvida antes. Nas gerações anteriores, ser produtivo com manutenção era “Fazer cada vez mais, com menos recursos.” Na Quarta Geração da Manutenção, ser produtivo tornou-se “Fazer menos, com menos.” Nascia ali o conceito de Mantenabilidade, que é fundamental para ter resultados satisfatórios com manutenção atualmente. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 11 Mantenabilidade se refere a facilidade de se manter um equipamento. Logo, o projeto do próprio equipamento exclui itens que necessitam ser substituídos com base no tempo, facilitam as suas condições de serem inspecionados para que possam ser substituídos com base nas suas condições e a própria forma construtiva do equipamento passou a ser mais “enxuta” e menos robusta, visando a facilidade de se realizar intervenções. Mesmo com quase cem anos de evolução da manutenção, ainda existem empresas de grande porte e relevância em seus mercados de atuação que não possuem um departamento de Planejamento e Controle de Manutenção. Em uma análise rápida podemos perceber que tais empresas estão quase 70 anos atrasadas em relação ao mundo. Existem empresas que ainda cometem erros básicos no direcionamento posicionamento das estratégias de manutenção e ainda confundem coisas simples como a diferença entre os três principais tipos de manutenção. Uma vez que se erra na definição dos conceitos e tipos de manutenção, se erra também na definição da estratégia de manutenção. Um erro na estratégia de manutenção custa caro. Custa a competitividade da empresa frente aos seus concorrentes. Portanto, o primeiro ponto que você deve saber para começar a implantação do departamento de Planejamento e Controle de Manutenção é a definição da estratégia de manutenção que será adotada. Para isso, você deve conhecer dois conceitos básicos: A Curva PF e os Tipos de Manutenção de acordo com a norma NBR-5462. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 12 Curva PF A Curva PF é uma ferramenta analítica essencial para um plano de manutenção que seja baseado em confiabilidade e esteja seguindo os padrões RCM. A compreensão da Curva PF é extremamente necessária para definir a estratégia de manutenção que será adotada. A Curva PF é um gráfico que conflita em um plano cartesiano simples a performance do equipamento sobre o seu tempo de funcionamento. Com o objetivo principalde identificar o intervalo PF, que seria o tempo entre a falha potencial e falha funcional. Figura 4: Curva PF O eixo horizontal (X) da Curva PF representa o tempo de serviço de um ativo ou componente de ativos. O eixo vertical (Y) representa o desempenho ou performance do ativo. A Curva PF mostra que o desempenho ou condição de um recurso ou componente declina ao longo do tempo, levando à falha funcional, ou seja, perda de função para a qual se destinava. O objetivo da Curva PF é determinar o intervalo PF. Ou seja, o intervalo entre a Falha Potencial e a Falha Funcional. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 13 O que é Falha Potencial? A Falha Potencial é a forma que a falha se apresenta no equipamento. Podemos dizer que Falha Potencial é a mesma coisa que Modo de Falha. A Falha Potencial é o momento em que a falha nasce no ativo. Ela ainda é uma falha em estágio inicial, ela não compromete por completo o funcionamento do equipamento, mas diminui sua performance a cada minuto que se passa. Muitos ativos não falham abruptamente, mas dão algum aviso ou sinal do fato de que eles estão prestes a falhar. O ponto no processo de deterioração no qual é possível detectar se uma falha está ocorrendo ou está prestes a ocorrer é conhecido como falha potencial. O ponto de falha potencial também pode ser definido como o ponto em que a deterioração da condição ou desempenho pode ser detectada. Bomba Centrífuga BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 14 Exemplos de Falhas Potenciais em uma Bomba Centrífuga: • Elevação da temperatura dos rolamentos; • Elevação dos níveis de vibração; • Queda na vazão; • Queda na pressão; • Elevação nos níveis de ruído. • Etc. O que é Falha Funcional? Falha funcional é a incapacidade de um sistema atender a um padrão de desempenho especificado em projeto. Uma completa perda de função é claramente uma falha funcional. No entanto, uma falha funcional também inclui a incapacidade de funcionar no nível de desempenho que foi especificado como satisfatório. Para definir falhas funcionais para qualquer componente ou sistema, é necessária uma compreensão clara de suas funções. É extremamente importante determinar todas as funções que são significativas em um determinado contexto operacional, uma vez que é somente nestes termos que sua falha funcional pode ser definida. A falha funcional pode ser originária de: • Erros de projeto • Erros de fabricação • Erros de instalação e comissionamento • Erros de operação e manutenção BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 15 Motor Elétrico Exemplos de Falhas Funcionais de um Motor Elétrico: • Motor Elétrico desarmando por sobrecorrente; • Queima do Motor Elétrico por curto circuito; • Quebra dos rolamentos do motor elétrico; • Desbalanceamento do rotor do motor elétrico; • etc. Todos os exemplos citados acima fazem com que o motor elétrico deixe de desempenhar suas funções básicas dentro do processo, caracterizando a falha funcional. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 16 Tipos de Manutenção De acordo com a norma NBR-5462 convencionada em 1994, os três principais tipos de manutenção são a manutenção corretiva, manutenção preventiva e manutenção preditiva. A principal forma de entender a diferença entre os três tipos é através da Curva PF. Em resumo, pode-se dizer que: Manutenção Corretiva é aquela realizada para corrigir e eliminar a causa da falha. Seja potencial ou funcional. Manutenção Preventiva é aquela que é realizada para reduzir a probabilidade de falha potencial. Manutenção Preditiva é aquela realizada para monitorar as condições de funcionamento do equipamento e encontrar a falha potencial ainda em estágio inicial. Dentro de cada tipo de manutenção, derivam-se outras categorias. Tais categorias são chamadas de “Estratégias de Manutenção”. Essas estratégias que deverão ser alinhadas aos objetivos de médio e longo prazo da empresa. Manutenção Corretiva Segundo a Norma NBR-5462, a Manutenção Corretiva é a manutenção efetuada após a ocorrência de uma falha (ou pane), destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida. A Manutenção Corretiva é o tipo de manutenção mais caro, que toma mais tempo e traz mais prejuízo para a empresa. Chegando a ser, no mínimo, sete vezes mais cara que os demais tipos de manutenção. Um dado coletado pela ENGETELES mostra que 69% das empresas brasileiras aplicam apenas a manutenção corretiva em seus ativos. Apesar de ser o tipo mais comum de manutenção, o nível de conhecimento sobre tal tipo ainda é muito baixo. Ou seja, para a Manutenção Corretiva acontecer, uma falha deve ter acontecido previamente. Então para entender o conceito de Manutenção Corretiva, devemos conhecer e entender previamente os tipos de falhas que estão suscetíveis aos nossos equipamentos. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 17 Existem basicamente dois tipos de falha: falha potencial ou falha funcional. Falha Potencial A falha potencial é uma falha ainda em estágio inicial, que denuncia que há algo de errado, mas o equipamento ainda está desempenhando a sua função no processo de produção. Falha Potencial: Vazamento de Óleo em Estágio Inicial Exemplo: Imagine que em um determinado sistema hidráulico, exista um vazamento em uma das mangueiras. Apesar do vazamento, o sistema hidráulico ainda está desempenhando a sua função dentro do processo de produção (acionar com os parâmetros de pressão, velocidade e força requerida). Pode-se dizer que existe uma falha potencial (vazamento). Ou seja, caso ela não seja tratada ela levará o equipamento até a falha funcional. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 18 Falha Funcional A falha funcional é quando o equipamento não é mais capaz de desempenhar sua função no processo de produção. Falha Funcional: Vazamento de óleo em estágio avançado Exemplo: Supondo que o vazamento citado acima, evolua e o nível de óleo do sistema hidráulico baixe severamente tornando impossível a sua operação. Nesse momento temos uma falha funcional, o sistema hidráulico não é mais capaz de desempenhar a sua função em razão do vazamento na mangueira hidráulica. Se o vazamento fosse reparado quando ainda estava em estágio inicial e era apenas uma falha em potencial, a falha funcional não teria ocorrido. Sendo assim, a Manutenção Corretiva estará sempre atrelada à falha potencial ou à falha funcional. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 19 Tipos de Manutenção Corretiva Nem todas as Manutenções Corretivas são iguais. Existem basicamente dois tipos: manutenção corretiva emergencial (também conhecida como corretiva não-programada) ou manutenção corretiva programada. A diferença entre os dois tipos é basicamente se a manutenção é executada após a falha potencial ou após a falha funcional. Curva PF x Manutenção Corretiva Manutenção Corretiva Emergencial (não-programada) Como o próprio nome sugere, a Manutenção Corretiva Emergencial é aquela que é realizada após a falha funcional do equipamento e por esse motivo, o equipamento deve ser reparado em caráter de urgência por conta do lucro cessante (momento em que a empresa deixou de “lucrar” por conta da parada do equipamento). Além do senso de urgência criado pela parada do equipamento, a Manutenção Corretiva emergencial também pode acontecer de acordo com as seguintes hipóteses: BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 20 • Alguém se acidentou ou existe risco iminente de acontecer um acidente; • Há algum problema que agrida o meio-ambiente ou existe um risco iminente disso acontecer; • Há algum problema que está comprometendo a qualidade do produto. A manutenção corretiva emergencialé chamada de não- programada, pelo fato de ter pulado as etapas de planejamento e programação. O equipamento é quem decidiu o momento em que a manutenção aconteceria, por esse motivo, ela é a manutenção mais cara, perigosa e demorada para a empresa. Fluxo de Serviços BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 21 Exemplos de manutenção corretiva não programada: • Rebobinar um motor elétrico após abertura das bobinas; • Substituição de rolamentos após quebra; • Substituição do rotor de uma bomba centrífuga após quebra; • Troca do pneu do carro após furo; • Aplainar cabeçote e substituir juntas de um motor de combustão interna após superaquecimento. Manutenção Corretiva Programada A Manutenção Corretiva Programada é aquela realizada para eliminar a falha potencial antes que ela evolua para a falha funcional. Se a falha potencial não trouxer risco à segurança ou problemas de qualidade, ela pode ser programada para ser eliminada quando for mais conveniente para empresa. Seja por questões de produção, custo, disponibilidade de materiais ou mão de obra. Exemplo de Manutenção Corretiva Programada: Em um determinado processo existem duas bombas centrífugas redundantes. Ou seja, uma é reserva da outra. Supondo que os rolamentos da bomba A falharam por um problema ligado à lubrificação e a bomba parou repentinamente. Nesse caso, a bomba B irá entrar em operação e a manutenção para corrigir a falha da bomba A poderá ser programada de acordo com a necessidade da empresa. Apesar da falha não ser potencial, o fato de existir um equipamento reserva permite que o serviço seja programado. Nesse caso, existem uma falha funcional da bomba A, mas não existe uma falha funcional no processo de produção (sistema). Uma vez que a bomba B assumiu a função da bomba A e o processo de produção não foi interrompido de forma prolongada e o lucro cessante não foi de grande escala. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 22 Custos da Manutenção Corretiva Não é novidade que a manutenção corretiva é o tipo de manutenção mais caro que existe. Esse fato se dá pelos seguintes motivos: a) Lucro Cessante: Maior parte do custo da manutenção corretiva. Uma vez que um equipamento deixou de operar e parou um processo produtivo, a empresa parou a atividade que faz com que entre dinheiro no caixa. Exemplos de lucro cessante: • Um taxista deixar de rodar por uma falha em seu automóvel; • Uma concessionária de energia elétrica deixar de fornecer energia por uma falha em um determinado transformador; • Uma empresa de saneamento básico deixar de fornecer água (por consequência, deixar de faturar) por falha em uma bomba. b) Compras em caráter emergencial: Uma vez que a manutenção deve ser realizada em caráter de urgência, todo o planejamento foi para o espaço. Nesse momento que surgem os fretes especiais que podem custar até 10 vezes mais, compras em fornecedores que têm um preço maior que o de seus concorrentes e entregam em um prazo maior que o necessário. c) Danos Auxiliares: O que seria a substituição de uma junta para conter um vazamento, se transformou na substituição do engrenamento completo de um redutor que se desgastou por falta de lubrificação causada pelo vazamento. d) Tempo: O tempo é ativo mais preciso do mundo. A Manutenção Corretiva (feita da forma correta, eliminando a causa raiz) leva muito mais tempo para ser executada do que a manutenção preventiva ou preditiva. Isso se dá pelo fato de não haver planejamento para executar o trabalho, o equipamento que “planejou” o que deve ser feito para que ele volte a operar. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 23 Segundo um estudo realizado pelo PMP – Project Management Institute, em 2008, retrata que: Em média, cada hora investida em planejamento economiza cinco horas no momento da execução. E a cada dólar investido no planejamento, resultam 5 dólares de economia no momento da execução. A manutenção corretiva emergencial custará, no mínimo, 7 vezes mais do que a manutenção executada de forma proativa. E a manutenção corretiva programada custa, em média, 5 vezes mais do que a manutenção executada de forma proativa. Custo para reparo x Curva P-F O gráfico a seguir foi extraído do RCM GUIDE – Reliability Centered Maintenance Guide For Facilities and Collateral Equipment publicado pela NASA em 2008, onde mostra o custo da manutenção por cada HP gerado por ano em usinas termelétricas. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 24 Custo de Manutenção em Usinas Termelétricas dos Estados Unidos. (Fonte: NASA RCM Guide 2008) • A manutenção corretiva está exposta como RTF (Run to fail) e custa 18 dólares/HP gerado. • A manutenção preventiva está exposta como PM (Preventive Maintenance) e custa 12 dólares/HP gerado. • A manutenção preditiva está exposta como PdM (Predictive Maintence) e custa cerca de 8 dólares/HP gerado. • A manutenção proativa está exposta como PCM (proactive maintenance) e custa 4 dólares/HP gerado. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 25 Quando usar a Manutenção Corretiva? A manutenção corretiva deve ser evitada ao máximo, mas podemos aplicá-la de forma estratégica quando for conveniente. Quando se trata de estratégias de manutenção, todo tipo é válido. Inclusive a manutenção corretiva. A questão é o quanto você irá aplicá-la e em quais equipamentos. A manutenção corretiva é uma saída para se aplicar em equipamentos de criticidade C. Os equipamentos de criticidade C são aqueles que: • Quando falham não causam problemas de segurança e/ou meio-ambiente; • Quando falham não interrompem o processo de produção; • Quando falham não causam problemas de qualidade; • Quando falham o seu reparo custa menos que 10% do custo mensal da manutenção; • Existem equipamentos reserva. Pode-se aplicar 10% da força de trabalho em manutenção corretiva. Exemplo: Se no fim do mês somarmos todo homem-hora (h.h) empregado nos serviços de manutenção e o total for 1000 homem-hora (h.h), podemos admitir um total 100 horas para a manutenção corretiva. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 26 Proporção ideal de emprego de Homem-Hora por tipo de manutenção. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 27 Manutenção Preventiva Segundo a norma NBR-5462, Manutenção Preventiva é a manutenção efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item. A NBR-5462 elenca três tipos de manutenção: Manutenção Corretiva, Manutenção Preventiva e Manutenção Preditiva. O que irá definir qual tipo usar e quando usar é a estratégia de manutenção adotada para manter a disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos. Ao contrário do que muitos profissionais imaginam, a manutenção preventiva ainda não é a manutenção que tem o melhor custo/benefício dentre as três. A manutenção preventiva custa, em média, 3 vezes mais que a manutenção preditiva e é aplicável em apenas 11% dos equipamentos. Você deve estar se perguntando: “Como assim?! Apenas 11%??!” Isso mesmo. A manutenção preventiva traz resultado apenas nos equipamentos onde as falhas que estão relacionadas diretamente com a idade do equipamento. Ou seja, ela é ineficiente em 89% dos equipamentos, onde as taxas de falhas não estão relacionadas a idade do equipamento, mas sim, com as condições de operação. Definição de Manutenção Preventiva Para que fique claro, deve-se analisar a definição de Manutenção Preventiva segundo a NBR-5462 e destacar três pontos: intervalos predeterminados, critérios específicos e redução da probabilidade de falhas. Esses pontos são conhecidos como “gatilhos”, ou seja, uma vez que ocorre um evento predeterminadocomo gatilho, é executada uma ação de manutenção. Os gatilhos são critérios ou condições específicas que irão determinar quando um equipamento deve passar por manutenção. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 28 Existem basicamente quatro tipos de gatilhos, sendo eles: 1. Tempo – Exemplo: “Lubrificar mancais a cada 6 meses” 2. Horas de Funcionamento – Exemplo: “Lubrificar mancais a cada 1200 horas.” 3. Produtividade - Exemplo: “Lubrificar mancais a cada 1500 peças produzidas.” 4. Gatilho Misto - Exemplo: “Lubrificar mancais a cada 6 meses, 1200 horas de funcionamento ou 1500 peças produzidas. O que acontecer primeiro, entre duas condições.” O objetivo da manutenção preventiva é restabelecer as condições originais do equipamento, visando reduzir a probabilidade ou eliminar a possibilidade de acontecimentos de falhas potenciais. Gatilhos para Manutenção Preventiva BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 29 Custo da Manutenção Preventiva A Manutenção Preventiva tem um custo médio 3 vezes maior do que a Manutenção Proativa. Existem várias razões para que a manutenção preventiva seja um tipo de manutenção “relativamente caro”. Veja no gráfico abaixo uma análise representativa da Manutenção Preventiva, partindo de três pontos: Custos, Tempo e Investimentos. Como dito, a Manutenção Preventiva é um tipo de manutenção que tem um custo considerável para se manter e o motivo disso está ligado diretamente ao tempo. Razão Custo x Tempo x Investimento da Manutenção Preventiva BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 30 Razões para os custos da Manutenção Preventiva serem elevados: a) Lucro Cessante Planejado O maior custo da manutenção preventiva é o lucro cessante planejado. Na maioria dos casos, para que uma atividade de manutenção preventiva seja realizada (salvo em caso de inspeções com máquina operando) o equipamento deve estar parado. Ou seja, a atividade que faz com que a empresa ganhe dinheiro (produção), cessou. Por mais que seja por um período planejado, a linha de produção está parada para a manutenção. Esse lucro cessante planejado representa, em média, 28% do custo da manutenção preventiva. Vale lembrar que o objetivo da manutenção é: Manter os equipamentos disponíveis e confiáveis, custando pouco. Uma vez que há a necessidade de parar o equipamento, o equipamento está indisponível para produzir. b) Troca de peças de reposição antes do fim da sua vida útil Como dito, a manutenção preventiva traz resultados satisfatórios em apenas 11% dos equipamentos. Caso você aplique em 100% dos equipamentos, visando eliminar 100% das falhas, você jogará no lixo 89% de peças que não chegaram nem perto do fim da vida útil. Em 1985, um pesquisador chamado John Wiley publicou o livro Ball and Roller Theory Desing & Aplication, nesse livro ele aborda os principais tópicos para se alcançar níveis elevados de confiabilidade em rolamentos. Dentre os estudos, ele mostra uma experiência de bancada realizada com rolamentos de esfera 6309, onde o objetivo seria mapear o momento das falhas e qual seria a relação dessas falhas com o tempo de operação. O ensaio foi feito da seguinte forma: Foram selecionadas 30 unidades de rolamentos 6309, novos, todos com a mesma condição e todos foram submetidos a operação no mesmo momento e de forma padronizada, com os mesmos parâmetros de rotação, temperatura, pressão e contaminação. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 31 Feito o ensaio, o resultado obtido segue abaixo. Veja que não existe uniformidade no período de falhas dos rolamentos. Alguns rolamentos falharam com 20 milhões de revoluções, enquanto outros chegaram a 200 milhões e uma das peças, chegou a 300 milhões. Estudo: Thirty Identical 6309 Deep Groove Ball Bearings Run to Fatigue Failure Under Test Load Conditions (Fonte: Ball and Roller Theory, Design, & Application. Eschmann, et al John Wiley & Sons, 1985) Caso no plano de manutenção preventiva fosse sugerida a troca desses rolamentos de forma preventiva, fica evidente que a chance de se obter êxito é muito pequena. Justamente pelo fato de não haver relação entre as falhas e o tempo de operação. Se a troca fosse feita com 20 milhões de revoluções, diversas peças iriam para o lixo ainda na metade da vida útil. Se a troca fosse feita BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 32 com 150 milhões de revoluções (média), diversas peças já haveriam falhado. Dessa forma, evidencia-se o motivo que faz com que a Manutenção Proativa (inspeção preditiva seguida de corretiva programada), seja a maneira mais rentável de se manter os ativos. Quanto mais próximo da falha potencial a manutenção atuar, menor será o custo. Como John Wiley provou que não é possível “prever” a falha potencial, resta a opção de monitorar o equipamento de forma preditiva e atuar assim que a falha potencial for identificada, ainda em estágio inicial. Curva PF x Curva de Custos de Manutenção Preventiva https://engeteles.com.br/manutencao-preditiva/ BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 33 Plano de Manutenção Preventiva A Manutenção Preventiva deve ser usada de forma estratégica, sabendo que é um tipo de manutenção custoso e que não se aplica em qualquer situação, onde se faz necessário um planejamento de manutenção robusto. O plano de manutenção preventiva deve ser elaborado visando a redução da probabilidade de falhas que tem relação direta com a idade do equipamento. Portanto, é necessário realizar uma Análise dos Modos e Efeitos de Falha (FMEA) dos processos e identificar quais falhas podem ser tratadas com manutenção preventiva. FMEA é a sigla de Failure Modes and Effects Analysis, ou seja, Análise Modos e Efeitos das falhas. O FMEA foi uma das primeiras técnicas altamente estruturadas e sistematizadas para análise de falhas. Desenvolvido por engenheiros de confiabilidade no final da década de 1950 para estudar problemas e avarias que poderiam surgir nos sistemas militares. Um FMEA é muitas vezes o primeiro passo de um estudo de confiabilidade do processo. Envolve a revisão do maior número possível de componentes, montagens e subsistemas para identificar os modos de falha, suas causas e efeitos. Para cada componente ou equipamento do processo, os modos de falha e seus efeitos resultantes no resto do sistema são registrados em uma planilha de FMEA específica. O FMEA é uma ferramenta de análise qualitativa, que transforma as informações em dados quantitativos. Durante a elaboração do plano de manutenção, o FMEA é uma das ferramentas mais importantes a serem usadas, por três motivos básicos: 1. Determinação dos modos de falha: Que podem vir da engenharia (hipótese) ou então do campo. Dados advindos do campo são mais confiáveis, pois representam de fato todas as falhas que podem acontecer em um processo. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 34 2. Análise de riscos de cada modo de falha: A priorização de cada modo de falha passa por 3 etapas: a) determinação da severidade da falha (quão ruim vai ser se ela acontecer); b) determinação da ocorrência da falha (quão frequentemente ela de fato ocorre); c) determinação da probabilidade de detecção da falha (o quão fácil é percebermos que ela ocorreu). 3. Cálculo do RPN (Risk Priority Number): Esse indicador mostra, dentre todas os modos de falhas levantados, qual apresenta o maior risco e, logo, merece maior prioridade dentro de um plano de manutenção. Esse indicador é calculado através da multiplicação do índice de ocorrência, severidade e detecção. Atividades de Manutenção Preventiva O primeiro passo para construir um plano de manutenção preventiva é elaborar o FMEA, através do FMEA será possível levantar as principais hipótesesde falhas, como essas falhas se manifestam (modos de falha) e quais são as consequências dessas falhas (efeitos). Para determinar quais atividades entrarão no plano de manutenção preventiva, a atividade deve responder três perguntas: 1. Essa atividade irá reduzir (ou eliminar) a ocorrência da falha? 2. Caso a falha aconteça, essa atividade irá reduzir (ou eliminar) a gravidade do efeito da falha? 3. Essa atividade irá aumentar a chance de detectar a falha antes dela acontecer ou ainda em estágio inicial? A atividade escolhida deve responder ao menos uma das perguntas acima para se tornar uma atividade elegível para o plano de manutenção preventiva. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 35 Manutenção Preditiva A manutenção preditiva também é conhecida como manutenção sob condição ou manutenção com base no estado do equipamento. É baseada na tentativa de definir o estado futuro de um equipamento ou sistema, por meio dos dados coletados ao longo do tempo por uma instrumentação específica, verificando e analisando a tendência de variáveis do equipamento. Esses dados coletados, por meio de medições em campo como temperatura, vibração, análise físico-química de óleos, ultrassom e termografia, permitem um diagnóstico preciso. Esse tipo de manutenção caracteriza-se pela previsibilidade da deterioração do equipamento, identificando e quantificando a criticidade das falhas, ainda em estágio inicial, por meio do monitoramento dos parâmetros principais, com o equipamento em funcionamento. Técnicas de Manutenção Preditiva Os conceitos e aplicações da Manutenção Preditiva já estão inseridos no ambiente de manutenção há muito tempo, se efetivou como importante ferramenta de produtividade a partir dos anos 70, sendo que sua evolução vem se destacando desde meados dos anos 1990. Manutenção preditiva é um método que tem a finalidade de indicar as condições reais de funcionamento das máquinas com base em dados que informam o seu desgaste ou processo de degradação. A proposta da manutenção preditiva é fazer o monitoramento regular das condições mecânicas, eletrônicas, pneumáticas, hidráulicas e elétricas dos equipamentos e instalações e, ainda, monitorar o rendimento operacional de máquinas, equipamentos e instalações quanto a seus processos. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 36 Como resultado desse monitoramento, observa-se um aumento dos intervalos dos reparos por quebras (manutenção corretiva) e das manutenções planejadas com base no tempo (manutenção preventiva), bem como um aumento de rendimento no processo produtivo, uma vez que equipamentos e instalações estarão disponíveis por um tempo maior para a operação. Portanto trata-se de uma modalidade de manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que esse tempo de vida seja bem aproveitado. Principais Objetivos da Manutenção Preditiva: 1. Determinar antecipadamente a necessidade de serviços de manutenção numa peça ou componente específico de uma máquina ou equipamento; 2. Eliminar desmontagens desnecessárias para inspeção; 3. Aumentar o tempo de disponibilidade das máquinas e equipamentos; 4. Reduzir as intervenções de corretiva; 5. Impedir o aumento dos danos; 6. Aproveitar a vida útil total dos componentes e de um equipamento; 7. Aumentar o grau de confiabilidade das máquinas e equipamentos. Com base nos objetivos descritos acima podemos deduzir que eles estão direcionados a trazer como resultado uma redução de custos de manutenção e aumento da produtividade. Para ser realizada a manutenção preditiva é necessária a utilização de aparelhos adequados, capazes de registrar vários fenômenos, tais como: 1. Alteração no nível de vibração de equipamentos rotativos; 2. Alteração nos níveis de temperatura de equipamentos elétricos e mecânicos; 3. Contaminação de Óleos Lubrificantes e Hidráulicos; 4. Alteração no estado de superfícies; 5. Alteração nos níveis de pressão. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 37 A Manutenção Preditiva tem como objetivo principal predizer e encontrar defeitos em estágio inicial, quando ainda são falhas potenciais, com a finalidade de saná-los antes que esse defeito se agrave e transforme em falha funcional. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos, após isso a manutenção preditiva adota dois procedimentos para atacar os problemas detectados: • Diagnóstico: Detectada a irregularidade, será necessário efetuar um diagnóstico referente à origem e à gravidade do defeito constatado. • Análise da tendência da falha: A análise consiste em predizer com antecedência a falha ainda em seu estágio inicial e programar o reparo. Técnicas de Manutenção Preditiva: Existem várias técnicas e métodos de Manutenção Preditiva disponíveis no mercado. Nesse livro, o foco estará sobre as quatro técnicas mais comuns usadas no ambiente industrial: 1. Análise de vibrações; 2. Termografia; 3. Análise de Óleo; 4. Ultrassom. Cada técnica de Manutenção Preditiva irá focar na análise de um modo de falha, para aumentar a confiabilidade e precisão do diagnóstico, elas podem ser usadas em conjunto. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 38 Análise de Vibração A análise de vibração é uma das técnicas de manutenção preditiva mais completas para a detecção de defeitos mecânicos em equipamentos rotativos. Pode-se considerar que a Análise de Vibração tem presença obrigatória em qualquer plano de manutenção preditiva para equipamentos rotativos. Além de detectar falhas em estágio inicial, essa técnica trabalha na causa raiz de outras falhas que possam vir a ocorrer e causar a parada de produção na fábrica. Técnico Realizando Coleta de Dados para Análise de Vibração Falhas passíveis de serem encontradas pela Análise de Vibração: • Desbalanceamento de massa; • Desalinhamento e empenamento de eixos; • Desgaste de rolamentos; • Desgaste de engrenagens; • Problemas estruturais; • Lubrificação deficiente; • Problemas elétricos em motores; • Folgas. A Análise de Vibração é o processo pelo qual as falhas em componentes móveis de um equipamento, são descobertas pela taxa de variação das forças dinâmicas geradas. Tais forças afetam o nível https://engeteles.com.br/como-fazer-uma-analise-de-causa-raiz-dmaic/ https://engeteles.com.br/wp-content/uploads/2017/04/manuten%C3%A7%C3%A3o-preditiva.png BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 39 de vibração, que pode ser avaliado em pontos acessíveis das máquinas, sem interromper o funcionamento dos equipamentos. Uma máquina, caracterizada por suas partes móveis, vibrará de acordo com as frequências características dos seus componentes. Cada tipo de máquina possui uma “Assinatura Espectral Original” e na medida que os componentes dessas máquinas começam a falhar, a frequência e amplitude de vibração começam a mudar. Através do processo de análise de espectro aplicado ao sistema inteiro, é possível identificar as características de vibração de cada componente individual para monitorar sua condição. A deterioração da “assinatura espectral” é um sinal de que o equipamento perdeu sua integridade. Fluxo do Uso da Análise de Vibração Através do Ciclo PDCA O ciclo PDCA é uma ótima maneira definir o processo de monitoramento dos ativos rotativos através da análise de vibração. Caso você não conheça, o ciclo PDCA é uma metodologia de gestão e melhoria contínua, criado na década de 20 por Walter A. Shewhart e popularizado por William Edward Deming. O PDCA é um ciclo que envolve 4 etapas: Plan (planejamento), Do (execução), Check (checagem) e Act (ação ou ajuste).Act/Adjust Ajustar Check Checar Plan Planejar Do Execução A P DC Figura 4: Ciclo PDCA BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 40 A abordagem do ciclo PDCA se encaixa perfeitamente nesse tipo situação pelo fato de evitar dez os principais erros que os profissionais de manutenção cometem ao começar a trabalhar com análise de vibração. Os dez principais erros são: 1) Coletar e analisar dados de vibração de equipamentos que não são críticos para o processo; 2) Não saber exatamente quais são os modos de falha dos equipamentos e quais os níveis de vibração do equipamento para cada contexto operacional (níveis normais, satisfatório, insatisfatório e inaceitável); 3) Definir uma frequência incorreta para a coleta e análise (muito alta ou muito baixa); 4) Errar ao coletar os dados em campo (pontos de coleta incorretos, momentos incorretos, posições incorretas, etc.); 5) Analisar incorretamente os espectros de vibração; 6) Não sanar, em tempo hábil, as falhas potenciais encontradas; 7) Não eliminar a causa das falhas potenciais; 8) Não fazer análise de vibração ao término da intervenção corretiva para saber se realmente as falhas e suas causas foram eliminadas durante a manutenção, além da certificação de não ter havido erros de montagem (desalinhamentos, folgas fora das tolerâncias, falta ou excesso de lubrificante, falta o excesso de torque, etc.); 9) Não alimentar um banco de dados com as principais informações históricas sobre como a falha foi identificada, quando ela foi identificada e como ela foi corrigida; 10) Não ajustar a frequência (aumentar ou diminuir) de acordo com a performance do ativo. Pensando nisso, nós da ENGETELES, usamos o ciclo PDCA para fechar essas lacunas que induzem os profissionais de manutenção ao erro. O processo fica disposto da seguinte forma: BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 41 Figura 5: Fluxo do processo de coleta e análise de vibração através do ciclo PDCA Planejamento da Análise de Vibração O planejamento da análise de vibração é constituído de três atividades básicas: 1) Definição de quais equipamentos monitorar; 2) Definição de quais são os modos de falha; 3) Cálculo de definição da frequência de coleta dos dados. Como já dito anteriormente, a análise de vibração será aplicada nos equipamentos rotativos, de criticidade A e que tenham modos de falha detectáveis através dessa técnica. Os modos de falha passam a ser conhecidos quando o FMEA – Failure Modes and Effects Analysis (Análise dos Modos e Efeitos de Falha – Capítulo 3) é concluído. Um modo de falha, segundo a IEC 60-300-3-11, é “como a falha se apresenta”. Ou seja, podemos definir modo de falha como sintoma ou falha potencial. Uma vez que foram definidos quais equipamentos passarão pela análise de vibração, quais são os pontos de coleta dos dados e quais BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 42 são os modos de falha que eles apresentam (desalinhamentos, desbalanceamentos, choque de engrenagens, etc.), calcula-se a frequência de inspeção. A frequência de inspeção é dada em função da confiabilidade do ativo, através do MTBF – Mean Time Between Failures (Tempo Médio Entre Falhas). Conforme a confiabilidade do ativo aumenta, os intervalos entre uma inspeção e outra também ficarão mais longos. Naturalmente, se após a análise de vibração foi planejada, programada e executada a intervenção corretiva que elimina não só o sintoma, mas também a sua causa, aquele tipo de modo de falha não deve voltar a acontecer. Por esse motivo é importante que após a manutenção corretiva, se faça novamente a análise para certificação que a manutenção corretiva foi bem executada e não foi introduzida nenhuma falha por algum erro humano. Erros humanos são naturais e passíveis de acontecer. Se o ser humano é falho, naturalmente, existe a possibilidade da atividade de manutenção desempenhada por ele também. Por esse motivo é necessário que o processo seja a prova de erros, com uma análise de verificação logo após a intervenção. Após realização das devidas verificações e de posse de dados confiáveis, o ativo será inspecionado novamente apenas de acordo com a frequência definida no planejamento inicial. Isso é manutenção centrada em confiabilidade! O gestor tem segurança através dos dados que demonstram que aquele ativo tem plenas condições de desempenhar as suas funções requeridas dentro do intervalo entre uma inspeção e outra. A manutenção preditiva existe para trazer tranquilidade ao gestor de manutenção através da identificação de falhas ainda em estágio embrionário, quando não oferecem perigo ao processo. Se o gestor não confiar na efetividade das técnicas e no seu próprio planejamento, ele pode estar fazendo qualquer coisa, menos manutenção centrada na confiabilidade. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 43 Coleta dos Dados de Vibração A coleta dos dados de vibração do equipamento, feita em campo, é tão importante quanto a própria análise do espectro de vibração para emissão do laudo. Os dados devem ser coletados sempre em pontos específicos e com o ativo nas mesmas condições de operação (rotação, pressão, ritmo de produção, etc.). Os dados devem ser coletados sempre o mais próximo possível do maior ponto de carga do equipamento rotativo. O maior ponto de carga de um equipamento rotativo está sobre os seus rolamentos ou buchas de rotação. Esses componentes possuem três tipos de carga: radial, axial e combinada. Carga radial: Carga radial a força aplicada na direção do raio do rolamento. Conforme mostra a figura 7. Figura 6: Representação da carga radial BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 44 Carga axial: Toda a carga na direção perpendicular ao raio do rolamento e na direção do eixo. Conforme mostra a figura 8. Carga combinada: é a combinação da carga radial com a carga axial em um mesmo instante. Conforme mostra a figura 9. Sabendo que existe a possibilidade de, durante a operação, haver cargas distribuídas em três direções diferentes de acordo com a falha apresentada, as coletas devem ser sempre tri-axiais. Ou seja, realizadas na direção horizontal, vertical e axial, como mostra a figura 10. Figura 7: Representação da carga axial Figura 8: Representação da carga combinada BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 45 Figura 9: Pontos de coleta dos dados de vibração. Os dados de vibração devem ser coletados, prioritariamente, nos mancais de rolamento. Isso ocorre porque a vibração da rotação das peças do equipamento é transmitida apenas pelos mancais. Os pontos de coleta sempre devem iniciar no sentido do acionamento do equipamento em direção ao lado oposto ao acionamento e em cada ponto devem ser coletados os dados nas três posições mostradas na figura 11. Figura 10: Pontos de coleta de vibração BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 46 Em alguns casos são feitas medições na estrutura de uma máquina para fins especiais (quando não há acesso ao mancal por razões de segurança ou quando há uma ressonância de vibração de outro equipamento). A coleta dos dados é realizada através de um sensor chamado de acelerômetro, que transfere os dados através de um cabo chamado transdutor dedados para o coletor de dados, que armazena e transfere os dados para análise posterior dos dados e espectros de vibração. Figura 11: Fluxo dos dados de vibração O modelo mostrado na figura 12 é o modelo tradicional que funciona desde meados 1970, onde é necessário que o técnico vá até o equipamento em campo e colete os dados em cada ponto e cada posição. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 47 Figura 12: Técnico coletandodados de vibração em campo Hoje (2019) já existem formas mais simples de coletar esses dados através de monitoramento online. Com apenas um sensor instalado em campo enviando os dados direto para um receptor ou também com através da coleta de dados via smartphone e enviando os dados diretamente para a nuvem. Os adventos da indústria 4.0 trazem melhorias e resultados financeiros fantásticos através da otimização do tempo, confiabilidade dos dados e preservação da segurança do técnico de campo. O monitoramento online de vibração existe desde meados de 1980, porém, os sinais eram transmitidos via cabo. Atualmente, temos tecnologia de iIot – Industrial Internet of Things, Big Data, Cloud e encriptação, que atendem totalmente a demanda de velocidade para tráfego dos dados e armazenamento em segurança. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 48 Ganhos da Análise de Vibração na Indústria 4.0 – Estudo de Caso Thames Water Um exemplo claro de ganhos obtidos com a aplicação de novas ferramentas de análises de vibração oriundas da Indústria 4.0 é o caso da Thames Water Utilities Ltd. A Thames Water é a maior empresa de abastecimento de água do Reino Unido, responsável pelo abastecimento de toda a cidade de Londres e adjacências través de mais de 4000 estações de bombeamento. Cada estação de bombeamento tem, pelo menos, 4 bombas centrífugas com vazão média de 20 000 m³/h, acionadas por motores elétricos de grande porte e em alguns casos, são acionadas por motores diesel Belliss & Morcon. Figura 13: Estação de bombeamento da Thames Water, localizada em Londres. (Fonte: geograph.org.uk / Foto: Chris Allen) As estações de bombeamento ficam a quilômetros de distância uma da outra, o que dificulta um monitoramento produtivo desses ativos através da metodologia tradicional de coleta de dados para a análise BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 49 de vibração. Os técnicos passavam mais tempo na estrada, de deslocando entre uma estação e outra, do que efetivamente em campo colhendo dados. Por conta da demora na análise dos dados de vibração, constantemente, aconteciam falhas funcionais nas bombas ou motores. Pensando nisso, os engenheiros da Thames Water iniciaram um estudo de viabilidade para monitoramento dos ativos com o suporte de tecnologias oriundas da Indústria 4.0. Um projeto era bem simples: Coletar os dados de vibração através de um acelerômetro iIoT (Industrial Internet of Things) que transmitiria os dados automaticamente para um banco de dados na nuvem. Dessa forma, uma equipe de analistas monitoraria as condições básicas dos ativos em tempo real. Figura 14: Fluxo de coleta de dados de vibração da Thames Water Após conclusão do projeto, os resultados foram: • Redução de 12% do backlog; • Redução de 70% das falhas funcionais; • Redução de 30% do custo total de manutenção. • Economia total equivalente de US$12.700.000,00; • Redução de 18% no número de reclamação dos clientes. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 50 Análise dos Dados e Espectro de Vibração Após a coleta dos dados em campo, eles devem ser analisados junto aos espectros de vibração. A norma ISO 10816 de 1995 (atualização e unificação da ISO 2372 e ISO 3945) define quais são os níveis toleráveis de vibração (em velocidade em RMS) para cada tipo de equipamento de acordo com a sua potência, velocidade e tipo de fixação. A norma ISO 10816 mostra quais são os critérios para avaliação da vibração em máquinas rotativas de uso geral, com rotação entre 600 a 12.000 RPM. Figura 15: Critério de severidade de vibração recomendado para máquinas de uso geral com rotação entre 600 e 12000 RPM (Fonte: ISO 10816) A norma ISO IS 3945 mostrava quais eram os critérios para avaliação da vibração em máquinas rotativas de grande porte e rotação entre 600 e 1.200 RPM. Hoje esses dados são normatizados através da ISO 10816. Conforme mostra a tabela a seguir: BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 51 Figura 16: Critério para avaliação da severidade de vibração em máquinas de grande porte e rotação entre 600 e 1200 RPM (Fonte: antiga ISO IS 3945 e atual ISO 10816) Após coleta dos dados de vibração, o analista inicia o diagnóstico e prognóstico com base em duas vertentes: análise do nível de vibração (conforme tabelas) e análise do espectro de vibração. O nível de vibração mostra se há ou não uma falha e qual é a sua severidade, e o espectro de vibração indica qual é a falha e sua causa. Cada tipo de falha apresentará um espectro diferente e através da análise o analista emite o laudo com seu diagnóstico e prognóstico. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 52 Espectros característicos por tipo de falha: Causa Espectro característico Desbalanceamento do conjunto motor Desbalanceamento do conjunto rotor Aerodinâmica Rolamento Correias Chaveta folgada Desalinhamento entre eixos Elétrica do motor Poli harmônicas BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 53 Termografia A termografia é uma técnica de manutenção preditiva que permite identificar, monitorar e registrar a alteração nos níveis de temperatura dos componentes e gerar uma imagem térmica (termograma) para análise posterior. A análise desse termograma é feita por um profissional especializado, que será capaz de identificar a determinada falha potencial com base nas alterações de temperatura dos componentes. Resumidamente, a termografia registra de forma gráfica ou visível a olho nu, a radiação infravermelha que todos os corpos acima do Zero Absoluto (-273,15 ° C) irradiam de acordo com a variação de temperatura. Veja abaixo um exemplo de termografia aplicada a um motor elétrico: Figura 17: Exemplo de termograma de um motor elétrico. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 54 O que é infravermelho? Nossos olhos são detectores projetados para detectar radiação eletromagnética em um espectro de luz. Todas as outras formas eletromagnéticas de radiação, como o infravermelho, são invisíveis ao olho humano. A existência do infravermelho foi descoberta em 1800 pelo astrônomo Frederick William Herschel. Curioso para descobrir a diferença térmica entre diferentes cores, ele direcionou a luz do sol através de um prisma de vidro para criar um espectro e depois mediu a temperatura de cada cor emitida. Ele descobriu que as temperaturas das cores aumentavam do violeta para o vermelho. Depois de perceber esse padrão, Herschel decidiu medir a temperatura logo depois da parte vermelha do espectro em uma região onde não havia luz solar visível. Para sua surpresa, ele descobriu que esta região tinha as maiores temperatura de todas. A radiação infravermelha fica entre as partes visível e de micro-ondas do espectro eletromagnético. Conforme mostra a figura 19. Figura 18: Espectro eletromagnético Qualquer objeto que tenha uma temperatura acima zero absoluto (- 273,15 graus Celsius ou 0 Kelvin) emite radiação na região do infravermelho. Até objetos que consideramos muito frios, como cubos de gelo, emitem radiação infravermelha. BÍBLIA DO RCM www.engeteles.com.br 55 Nós experimentamos a radiação infravermelha todos os dias. O calor que sentimos luz solar ou fogo são todos infravermelhos. Embora nossos olhos não possam ver, os nervos da nossa pele podem senti-los em forma de calor. Quanto mais quente o objeto, mais radiação infravermelha que emite. Em termos práticos, isso é feito com uma câmera especial cujo elemento sensor eletrônico é sensível a uma determinada faixa de radiação infravermelha. Essa câmera além de registrar a radiação emitida pelo alvo, a transforma em uma imagem visível ao olho humano. Assim podemos ter “imagens térmicas” de todos
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