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ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DE FALHA DO COMPENSADOR ESTÁTICO DA SE BOM JESUS DA LAPA II BASEADO EM INDICADORES FMEA Laura da Silva Santa Rosa Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Jorge Nemésio Sousa, M.Sc. Rio de Janeiro Setembro de 2017 ii ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DE FALHA DO COMPENSADOR ESTÁTICO DA SE BOM JESUS DA LAPA II BASEADO EM INDICADORES FMEA Laura da Silva Santa Rosa PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA. Examinado por: Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc. (Orientador) Prof. Sebastião Ércules Melo de Oliveira, D.Sc. Engª. Lívia Bastos Soares (Coorientadora) RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL SETEMBRO DE 2017 iii Santa Rosa, Laura da Silva Análise dos Modos e Efeitos de Falha do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II Baseado em Indicadores FMEA/ Laura da Silva Santa Rosa – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017 LXXIX, 79 p.: il.; 29,7 cm Orientador: Jorge Nemésio Sousa. Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia Elétrica, 2017 Referências Bibliográficas: p. 53-55 1. Disponibilidade 2. Manutenção 3. FMEA 4. Compensador Estático I. Nemésio Sousa, Jorge. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica III. Análise dos Modos e Efeitos de Falha do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II Baseado em Indicadores FMEA iv AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me capacitado, tornando possível o sonho de entrar nesta Universidade e, principalmente, permitindo que eu concluísse esta jornada. Agradeço ao meu pai Arthur, que foi meu exemplo durante toda a vida, que sempre me apoiou e me fez acreditar que todo o sacrifício valeria a pena. Obrigada pelo amor incondicional e por todo suporte que tornou tudo possível! Agradeço à minha mãe Claudia por todo o amor, carinho e admiração que serviram de inspiração. As minhas irmãs, Clara e Sarah, por serem meu porto seguro, minhas melhores amigas. Obrigada pela admiração e por serem meu colo sempre que precisei. O amor de vocês foi essencial e minha fonte de força! Agradeço a toda minha família, em especial meus avós Arthur, Mauricéia e Marcia, por serem exemplo de vida para mim e me apoiarem em todas as minhas decisões. Ao meu namorado Raphael, por todo amor dedicado a mim, pela paciência e compreensão nos momentos mais difíceis. Começamos e terminamos esta caminhada juntos, com muita cumplicidade, companheirismo e amor. Hoje, recapitulando todos os momentos vividos, tenho a certeza de que não teria conseguido sem você. Obrigada! Agradeço a todos os meus amigos, da faculdade e de fora, pela companhia, pelas palavras de carinho, pelos momentos vividos e por toda força que me deram. Aos meus colegas de trabalho da TAESA, em especial Renato, Lívia, Fernanda, Ellen e Fábio, por todo o conhecimento passado, por serem exemplo de profissionais para mim e por acreditarem no meu trabalho! Aos professores do DEE, em especial ao professor Jorge Nemésio Sousa, pela total disponibilidade, paciência ao passar seu conhecimento e por tornar este projeto possível. v Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista. ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DE FALHA DO COMPENSADOR ESTÁTICO DA SE BOM JESUS DA LAPA II BASEADO EM INDICADORES FMEA Laura da Silva Santa Rosa Setembro/2017 Orientador: Jorge Nemésio Sousa, M.Sc. Curso: Engenharia Elétrica De acordo com as regras do setor de transmissão brasileiro de energia elétrica, a disponibilidade dos ativos é a base para o cálculo da receita das concessionárias. Logo, é de extrema importância que o agente preze pela disponibilidade destes, seja evitando desligamentos que causem indisponibilidades não programadas ou pelo bom planejamento de suas manutenções. Com isto, o ideal para as concessionárias é que as intervenções programadas sejam poucas, porém eficientes e suficientes para minimizar os possíveis desligamentos indesejados. Através da elaboração da FMEA e a aplicação deste método em um determinado equipamento, é possível priorizar as manutenções a serem realizadas de forma a encontrar um ponto ótimo para intervir. Desta forma, esse trabalho apresenta a aplicação deste método de confiabilidade no Compensador Estático de Reativos da subestação de Bom Jesus da Lapa II, de modo a apresentar suas possíveis falhas e os critérios adotados para a priorização da intervenção. Palavras-chave: FMEA, Manutenção, Disponibilidade, Compensador Estático. vi Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer. FAILURE MODE AND EFFECTS ANALYSIS OF STATIC VAR COMPENSATOR FROM BOM JESUS DA LAPA II BASED ON INDICATORS FMEA Laura da Silva Santa Rosa September/2017 Advisor: Jorge Nemésio Sousa, M.Sc. Course: Electrical Engineering According to the rules of the Brazilian electricity transmission sector, the availability of the assets is the basis for calculating the revenues of the concessionaires. Therefore, it is extremely important that the agent values the availability of these, either avoiding disconnections that cause non-scheduled unavailability or good planning of maintenance. Thus, the pattern for the concessionaires is that the programmed interventions should be few, but efficient and sufficient to minimize possible unwanted shutdowns. Through the elaboration of the FMEA, and the application of this method in a certain equipment, it is possible to prioritize the maintenance to be performed in order to find an optimal point to intervene. That way, the work presents the application of this method of reliability in the Static Var Compensator of the substation of Bom Jesus da Lapa II, in order to present its possible failures and the criteria adopted for the prioritization of the intervention. Keywords: FMEA, Maintenance, Availability, Static Var Compensator. vii Lista de Abreviaturas e Siglas ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica CCQ Círculo de Controle de Qualidade CER Compensador Estático de Reativos FMEA Failure Mode and Effects Analysis ou Análise de Modos de Falha e Efeitos FT Função de Transmissão MCC Manutenção Centrada na Confiabilidade MTBF Mean Time Between Failure ou TMEF - Tempo Médio Entre Falhas IGP-M Índice Geral de Preços de Mercado IPCA Índice Nacional de Preços ao Consumidor Amplo ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico PB Pagamento Base PI Proporcional-Integral PVI Parcela Variável por Indisponibilidade RAP Receita Anual Permitida RCFA Root Cause Failure Analysis ou Análise de Causa Raiz da Falha RPN Índice de Risco - Risk Priority Number (Número de Prioridade de Risco) SE Subestação SIN Sistema Interligado Nacional SVC Static Var Compensator TCR Thyristor Controled Reactor TPM Total Productive Maintenance ou Manutenção Produtiva Total TSC Thyristor Switched Capacitor viii Sumário Capítulo 1 Introdução ....................................................................................................... 1 1.1. Objetivo ............................................................................................................................... 1 1.2. Motivação ...........................................................................................................................2 1.3. Limitações .......................................................................................................................... 2 1.4. Contexto atual da regulamentação do setor de transmissão / Relevância .............. 3 1.5. Estrutura dos Capítulos .................................................................................................... 4 Capítulo 2 Referencial Teórico......................................................................................... 5 2.1 Ferramentas da qualidade ....................................................................................... 5 2.1.1 Análise de Pareto ..................................................................................................... 7 2.1.2 RCFA ....................................................................................................................... 8 2.1.3 CCQ ....................................................................................................................... 10 2.1.4 TPM ....................................................................................................................... 10 2.1.5 FMEA ............................................................................................................. 12 2.2 Conceitos importantes ...................................................................................... 13 2.2.1 Confiabilidade ................................................................................................. 13 2.2.2 Disponibilidade ............................................................................................... 13 2.2.3 Falha x Defeito ................................................................................................ 15 2.2.4 Manutenção ..................................................................................................... 15 2.2.5 Manutenção Preventiva ................................................................................... 16 2.2.6 Manutenção Corretiva ..................................................................................... 17 2.3 Indicadores de desempenho ............................................................................. 19 2.3.1 Taxa de Falha Observada - TXFO .................................................................. 19 2.3.2 Tempo Médio Entre Falhas - TMEF ............................................................... 21 2.3.3 Manutenção Centrada na Confiabilidade - MCC ............................................ 22 2.4 Conceitos e definições sobre FMEA................................................................ 23 2.4.1 Contexto Histórico .......................................................................................... 23 2.4.2 Aplicações ....................................................................................................... 24 2.4.3 Condução da FMEA ....................................................................................... 24 2.5 Compensador Estático ..................................................................................... 28 2.5.1 Características de Operação ............................................................................ 30 2.5.2 Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II ....................................... 31 Capítulo 3 ....................................................................................................................... 35 ix Metodologia da pesquisa ................................................................................................ 35 3.1 Definição de Pesquisa ...................................................................................... 35 3.2 Classificação e Tipos de Pesquisa.................................................................... 35 Capítulo 4 Estudo de Caso ............................................................................................. 40 4.1 Equipamento de Estudo ................................................................................... 40 4.2 Montagem da FMEA ....................................................................................... 40 4.2.1 Técnica do RPN .............................................................................................. 41 4.2.2 Elaboração da Planilha FMEA ........................................................................ 44 Capítulo 5 Conclusão ..................................................................................................... 52 Referências Bibliográficas .............................................................................................. 53 ANEXO .......................................................................................................................... 56 x Lista de Figuras Figura 2.1 - Ferramentas para promover a qualidade da manutenção. ............................. 6 Figura 2.2 - Exemplo genérico de um diagrama de Pareto. .............................................. 8 Figura 2.3 – Termos para Aplicação da RCFA... .............................................................. 9 Figura 2.4 - Curva da Banheira ...................................................................................... 20 Figura 2.5 - Passo a passo de elaboração da FMEA. ...................................................... 25 Figura 2.6 - Configuração típica do Compensador Estático de Reativos... .................... 28 Figura 2.7 - Modelo Composto do CER........ ................................................................. 29 Figura 2.8 - Curva Característica de Operação do CER. ................................................ 31 Figura 2.9 - Configuração básica do CE BJD ................................................................. 32 Figura 2.10 - Diagrama unifilar do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II. ........................................................................................................................................ 33 Figura 2.11 - Imagem do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II ............. 34 Figura 4.1 - Periodicidade de Ensaios e Verificações para o Compensador Estático de Reativos .......................................................................................................................... 49 xi Lista de Tabelas Tabela 2.1- Etapas da MCC ............................................................................................ 22 Tabela 2.2– Modelo da FMEA. ...................................................................................... 26 Tabela 4.1 – Ranking de Severidade .............................................................................. 41 Tabela 4.2 – Ranking de Ocorrência. ............................................................................. 41 Tabela 4.3 – Ranking de Detecção. ................................................................................ 42 Tabela 4.4 – Tabela de Exemplificação FMEA do Compensador Estático de Reativos da SE Bom Jesus da Lapa II ................................................................................................ 44 Tabela 4.5 - Guia de Atividades de Manutenção para o Compensador Estático de Reativos – Tipo B – 3A. ................................................................................................. 49 Tabela 4.6 - Guia de Atividades de Manutenção para o Compensador Estático de Reativos – Tipo B – 6A. ................................................................................................. 50 1 Capítulo 1 Introdução O Sistema Interligado Nacional, também conhecido como SIN, é um sistema de geração e transmissão de energia de grande porte, que engloba as cinco regiões do Brasil, permitindo a troca de energia entre as áreas e garantindo a confiabilidade do sistema. Logo, os agentes responsáveis por transmitir esta energia devem garantir a máxima disponibilidade dos seusativos. Para entender a importância da disponibilidade, tanto para o sistema elétrico quanto para a empresa responsável por sua operação, é necessário o prévio conhecimento de alguns conceitos que serão apresentados neste primeiro Capítulo. Muitos estudos são realizados com o objetivo de melhorar a gestão da manutenção e operação dos equipamentos, visando o bom desempenho dos mesmos, otimização dos serviços e custos, tendo como referência todo o arcabouço regulatório do setor. Diante deste cenário, este trabalho apresentará um exemplo do uso de uma ferramenta, como metodologia já consolidada, denominada FMEA - Failure Mode and Effects Analysis, ou, em português, Análise de Modos de Falha e Efeitos, que se mostra como um excelente recurso para as áreas de planejamento da manutenção para identificação e tratamento de falhas e defeitos em equipamentos. 1.1. Objetivo O objetivo deste trabalho é realizar uma análise das possíveis falhas e defeitos em um Compensador Estático de Reativos. Isso será feito analisando seus componentes e histórico de ocorrências por meio da aplicação da FMEA, possibilitando a priorização das manutenções para um melhor desempenho do ativo, aumentando sua confiabilidade, vida útil, disponibilidade e diminuindo a incidência de falhas, evitando possíveis gastos excessivos para a empresa, provenientes de multas e manutenções corretivas. 2 1.2. Motivação A motivação deste estudo se deu após observar a preocupação das empresas quanto a confiabilidade do sistema. Através da minha experiência no estágio, pude identificar a necessidade da utilização de ferramentas para o auxílio da priorização e planejamento das manutenções. A escolha da utilização deste método aplicado a um compensador estático de reativos justifica- se pelo fato deste ser um equipamento muito complexo e ainda pouco utilizado no sistema elétrico brasileiro. Logo, através deste material, outros profissionais poderão tomar conhecimento sobre seu funcionamento, possíveis falhas e defeitos e informações para subsidiar a tomada de decisão na hora de planejar sua manutenção. 1.3. Limitações Para a realização deste trabalho, foram encontradas dificuldades no que diz respeito a informações mais detalhadas relacionando cada componente do equipamento usado para estudo com suas possíveis falhas. A concessionária, proprietária desta FT – Função de Transmissão, está realizando um estudo neste sentido. Portanto, as informações fornecidas no momento da elaboração deste projeto foram insuficientes, sendo necessário constante contato com a equipe de manutenção do campo e a equipe de planejamento da manutenção. Deste modo, as tabelas elaboradas e apresentadas na Seção de estudo de caso deste trabalho, no Capítulo 4, não pertenciam ao acervo da empresa, assim como as informações mais específicas, sendo construídas pela própria autora, com auxílio de alguns membros da empresa. Devido à complexidade do equipamento analisado neste trabalho e a necessidade da formação e participação de uma equipe de profissionais capacitados e com amplo conhecimento sobre o equipamento para a aplicação deste método na íntegra, foi possível a análise de apenas alguns componentes do equipamento, servindo como exemplo de aplicação do método e não como elaboração final da tabela completa da FMEA. 3 1.4. Contexto atual da regulamentação do setor de transmissão / Relevância Quando se trata do setor de transmissão de energia elétrica, existe uma legislação específica na qual é estipulado o cálculo da Receita Anual Permitida, conhecida como RAP, sendo esta a remuneração recebida pelas transmissoras por disponibilizarem seus ativos ao ONS e prestar o serviço público de transmissão aos usuários. A RAP é estipulada inicialmente pela ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica, que é o agente regulador do setor elétrico. Esta é registrada no edital do leilão, após um acordo entre a concessionária que arremata o lote e a ANEEL, sendo o valor que deve ser usado para arcar com os gastos necessários como infraestrutura, indenizações, licenças, operação e manutenção no período de 30 anos, que é o tempo em que a concessão pertence ao agente de transmissão após a assinatura do contrato. Porém, a RAP é ajustada anualmente por meio, principalmente, do IGP-M - Índice Geral de Preços de Mercado ou IPCA - Índice Nacional de Preços ao Consumidor Amplo. O valor estipulado de RAP é o máximo de remuneração que a transmissora pode receber em um ano pelos ativos que constam no contrato de concessão. Porém, esta remuneração depende da disponibilidade destes ativos para operação durante todo o tempo. Se a Função de Transmissão estiver indisponível para operação quando solicitado pelo ONS, seja devido a uma manutenção ou por falha do equipamento, a empresa será punida com um desconto da receita. Logo, a qualidade do serviço prestado pelas transmissoras é medida através de indicadores de desempenham que analisam, principalmente, a disponibilidade de seus ativos. A ANEEL determina, através da Resolução Normativa 729/2016 [7], um indicador definido como Parcela Variável por Indisponibilidade, ou PVI, sendo a parcela a ser descontada da receita da transmissora caso a prestação de serviço público não seja adequada. A cobrança desta parcela pode ser feita de mais de uma forma, sendo uma delas quando o desligamento da Função de Transmissão é programado junto ao ONS, e outra quando há um impedimento da FT por qualquer outro motivo contingencial. Porém, neste último caso, ocorrerá desconto de PVI somente se o ativo permanecer indisponível 4 durante um tempo superior ao máximo estipulado pela ANEEL na REN 729/2016. Além disso, para os casos de impedimentos não programados, o minuto do desligamento da função é 15 vezes maior do que para os casos programados, visto que o ONS não teve tempo suficiente para tomar as medidas necessárias e preparar o sistema para tal contingência. O objetivo e grande desafio das transmissoras é realizar a gestão do ativo de tal forma que este fique indisponível o menor tempo possível e somente em situações programadas, visto que dependem disto para obter maior RAP e menor desconto de PVI. 1.5. Estrutura dos Capítulos Este trabalho está estruturado de forma a introduzir primeiramente os conceitos de qualidade e confiabilidade, explicitando as possíveis ferramentas utilizadas para tal, seguido dos conceitos de manutenção necessários para o entendimento da importância da utilização da FMEA. Desta forma, no Capítulo 2 é apresentado um referencial teórico com a exposição de algumas ferramentas de qualidade utilizadas além da FMEA, assim como alguns conceitos e definições importantes para o entendimento do objetivo final do projeto por parte do leitor. Além disso, é feita uma apresentação do equipamento alvo de estudo. O Capítulo 3 apresenta uma classificação deste projeto quanto aos aspectos metodológicos utilizados na pesquisa, de acordo com a sua finalidade e os métodos utilizados. No Capítulo 4 é de fato realizada a elaboração da FMEA, mostrando primeiramente todo o conhecimento necessário e as etapas que devem ser seguidas para a utilização deste método com sucesso. Por fim, será apresentado um exemplo da aplicação da FMEA a um Compensador Estático de Reativos. No Capítulo 5 serão apresentadas as conclusões deste trabalho e, posteriormente a este, a lista de referências bibliográficas utilizadas. 5 Capítulo 2 Referencial Teórico 2.1 Ferramentas da qualidade Para o completo entendimento da necessidade da utilização das ferramentas da qualidade, é fundamental a compreensão do seu conceito e definição. Antes tratada como função de apoio ao processo produtivo, hoje a Qualidade é uma variável que compõe a produção somada à operação e à engenharia. De acordo com a ABNT NBR ISO 8402 (1994), Qualidade éa “totalidade de características de uma entidade que lhe confere a capacidade de satisfazer as necessidades explícitas e implícitas” [2]. Entidade é o produto propriamente dito, as necessidades explícitas são as próprias condições e objetivos propostos pelo produtor, e as necessidades implícitas, são condições mais subjetivas, como as diferenças entre os possíveis defeitos e falhas de cada componente do equipamento, as questões de segurança, entre outras. As ferramentas para promover a Qualidade, devem fazer parte de um plano suportado por melhores práticas a fim de alcançar as metas planejadas, portanto não devem ser utilizadas isoladamente. Existem diferentes definições para o termo Qualidade, dependendo do contexto em que se encaixa. Para a proposta a ser abordada neste projeto, pode-se pensar em Qualidade como sendo conformidade com os requisitos da atividade. Em 2013, quando da realização do 28º Congresso Brasileiro de Manutenção e Gestão de Ativos, em Salvador - BA, foram coletados dados e informações de alguns setores selecionados, e discutida a situação da manutenção no Brasil [3]. Dentre os dados apurados, foi levantado o histórico da utilização de ferramentas para promover a qualidade da manutenção pelas empresas ao longo dos anos, que pode ser observado na Figura 2.1. A adoção dessas ferramentas constitui o cenário ideal na gerência da manutenção, suportada pela utilização de um sistema de gestão dedicado. Houve um crescimento nos últimos anos da utilização de métodos alternativos de gerenciamento da manutenção como, por exemplo, a Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC). 6 Por sua vez, a FMEA, que será a metodologia discutida neste projeto, foi incluída na pesquisa no ano de 2007, comprovando ser uma ferramenta cada vez mais utilizada para planejamento e melhoramento da manutenção pelas empresas, e está ganhando espaço frente a outros métodos mais conhecidos e conservadores. Porém, estas duas ferramentas (MCC e FMEA), apresentam uma certa dificuldade em sua implantação, devido à sua complexidade e custo inicial, visto que é necessário um treinamento para capacitação das equipes participantes. Por outro lado, conforme NEMÉSIO SOUSA (2016), o 5S é uma prática que surgiu no Japão, na década de 1950, onde os pais passam aos filhos princípios organizacionais que os acompanham até o fim da vida. Este é um processo simples, com resultados imediatos e duradouros, e de fácil implantação. Por isso, e por sua baixa complexidade de manutenção, esta ferramenta ainda vem sendo muito utilizada pelas empresas. Figura 2.1 - Ferramentas para promover a qualidade da manutenção. [3] Na Seção 2.1 serão apresentadas algumas das diversas ferramentas existentes utilizadas para controle e gerenciamento da qualidade para uma determinada atividade. 7 2.1.1 Análise de Pareto1 Trata-se de um método utilizado para auxiliar na tomada de decisão, ajudando na classificação e priorização do problema, auxiliando no controle de qualidade. O Princípio de Pareto tem muitas aplicações no controle de qualidade, sendo a base para o Diagrama de Pareto, uma das principais ferramentas utilizadas no controle de qualidade total e no 6 Sigma. Este consiste na divisão dos problemas em duas classes: os vitais e os triviais. Esta análise parte do pressuposto de que os poucos problemas vitais são mais impactantes que os muitos itens triviais. Esta técnica também é conhecida como a regra 80/20. Esta nomenclatura vem da ideia de que cerca de 80% dos problemas são produzidos por apenas algumas causas essenciais (20%), o que justifica a escolha dos itens a serem priorizados. De acordo com NEMÉSIO SOUSA [22], a aplicação deste método envolve um passo a passo que consiste em, basicamente, 6 etapas, sendo estas: 1. Identificação do problema, junto a definição dos dados a serem coletados e como será realizada esta coleta; 2. Estratificação, que consiste na busca pelas causas que contribuem para o aparecimento do problema; 3. Coleta de dados, quantificando a frequência da ocorrência de cada causa listada anteriormente; 4. Priorização, é a etapa de construção do Diagrama de Pareto, que irá ilustrar as causas que mais contribuem para o problema, expondo suas respectivas frequências; 5. Desdobramento das causas mais frequentes, realizando uma análise mais apurada em cima das causas a serem priorizadas. Esta etapa pode ser repetida de acordo com a necessidade; 6. Estabelecer metas para a resolução do problema com base nos resultados obtidos das etapas anteriores, focando nas causas priorizadas. O Diagrama de Pareto, citado na etapa 4, é um gráfico que ajuda na visualização das principais causas, relacionando-as com a frequência de acontecimentos, facilitando a priorização das soluções do problema. Este gráfico é construído a partir de uma prévia 1 Vilfredo Pareto (1848-1923) foi um sociólogo, teórico político e economista italiano nascido em Paris, França. Elaborou a teoria das elites dominantes e a teoria de que o comportamento político é essencialmente irracional [30]. 8 coleta de dados. Observa-se na Figura 2.2 a fácil identificação das principais causas, sendo estas relacionadas as maiores frequências de ocorrência. Figura 2.2 - Exemplo genérico de um diagrama de Pareto. Fonte: a autora 2.1.2 RCFA A ferramenta RCFA - Root Cause Failure Analysis, ou, em português, Análise da Causa Raiz da Falha, é uma metodologia indispensável para garantir que a manutenção industrial saia do modo reativo, situação onde ela toma todo o seu tempo em atividades corretivas, ou seja, aquelas realizadas após a ocorrência de defeitos ou falhas, trabalhando sob a constante pressão de ter que reparar os equipamentos o quanto antes. Para maior agilidade e eficácia na identificação dos fatos que contribuíram para a ocorrência dos problemas, é essencial o emprego do método de análise da causa raiz. HERAVIZADEH et al. (2008) dizem que, na ocorrência de defeitos, é comum que a equipe busque soluções paliativas. Porém, o ideal não é solucionar um problema momentaneamente, mas sim, tratar a causa do problema para que o mesmo não se torne reincidente. Todas as vezes que um defeito volta a ocorrer, o custo e o tempo para solucioná-lo tomam dimensões maiores. C A U S A A C A U S A B C A U S A C C A U S A D C A U S A E C A U S A F CAUSAS OU % DE CAUSAS FR EQ U ÊN C IA ( % ) O U Q U A N TI D A D E 9 Para Rooney & Hewel (2004), a RCFA é uma forma de descobrir os motivos que ajudaram no surgimento de um problema, uma vez que, se tentar atacar logo as causas, o problema será mais bem resolvido. Partindo desse pressuposto, a elaboração e aplicação de um plano de ação corretiva tornam-se possíveis e as causas dos defeitos passam a ser controladas, atuando em toda a cadeia do processo e então, evitando que o defeito volte a acontecer. Segundo LEPREE (2008), o método da RCFA soma a descrição do modo, à verificação e às hipóteses das não conformidades encontradas, permitindo a investigação e a eliminação efetivas das falhas, definindo então, as origens do problema, sejam elas, humanas, físicas ou ainda ocultas. A RCFA é um método de análise de falhas, sempre utilizado para equipamentos críticos que são considerados gargalos no processo produtivo. Esta ferramenta é projetada para auxiliar a identificação ‘do porquê’ do acontecimento de um evento, e não somente o que e como o evento aconteceu. De acordo com Andersen & Fagerhaug (2006), a Análise da Causa Raiz da Falha usa uma nomenclatura particular, que pode ser observada na Figura 2.3 [4]. Figura 2.3 – Termos para Aplicação da RCFA. [4] 10 2.1.3 CCQ O CCQ – Círculo de Controle de Qualidade, como apresentado na Figura 2.1, é uma ferramentade qualidade gerencial. Nas empresas, uma das formas de capacitar os trabalhadores para o desempenho superior consiste em incentivá-los a montar equipes voluntárias de estudo e de solução de problemas, nos seus locais de trabalho. Geralmente denominadas CCQs, essas equipes são voluntárias e funcionam por tempo indeterminado, o que facilita a criação de ambientes de aprendizagem por toda a empresa e por toda a vida. Tais equipes propiciam a satisfação de algumas necessidades sociais, de estima e de auto realização dos trabalhadores. Conforme ISHIKAWA (1985), os japoneses, especialmente após sua derrota militar em 1945, assumiram que todos os seres humanos têm potencial para resolver problemas, que pode e deve ser atualizado e utilizado no trabalho. Compreenderam a necessidade de formatar um ‘método’, associado a ferramentas apropriadas para a sua aplicação [16]. Ressalte-se que, sob a perspectiva de ISHIKAWA [16], seu criador, e da Toyota, a empresa que melhor o implementou, o CCQ viabiliza a ‘Universidade do Trabalhador’, no chão da fábrica. As equipes de CCQs tornam-se, informalmente, especialistas, mestres e doutores em solução de problemas. Aprendem a aprender, praticando e refletindo, e exercitam o conviver. Assim, o CCQ contribui decisivamente para a saúde e a credibilidade da empresa. Seu efeito mais notável nas pessoas que é que desenvolvem os sensos apropriados a uma vida produtiva e responsável. Sendo assim, essas equipes tornam-se capacitadas para utilizar outros métodos e ferramentas de qualidade, como, por exemplo, a FMEA, alvo de estudo deste projeto. 2.1.4 TPM A Manutenção Produtiva Total, ou, em inglês Total Productive Maintenance, assim como o CCQ, é uma ferramenta gerencial. Porém, esta é mais utilizada e tem seu uso mais difundido pelas empresas. De acordo com SUZUKI (1994), a partir do final da segunda Guerra mundial, com a evolução das indústrias de fabricação e montagem, houve uma necessidade natural de investimentos em novos equipamentos fazendo com que as máquinas tornassem 11 altamente sofisticadas e automatizadas [31]. Dentre vários países, o Japão logo embarcou no desenvolvimento de tecnologia industrial, se tornando um dos líderes mundiais na aplicação de robôs. Com equipamentos mais sofisticados para produzir e o aumento de volume, a necessidade então passou a ser fazer a produção programada no tempo correto. O termo TPM foi definido originalmente pelo JIPM - Japan Institute of Plant Maintenance, e é um método de gestão que identifica as perdas existentes no processo produtivo e administrativo, maximiza a utilização do ativo industrial e garante a geração de produtos de alta qualidade a custos competitivos. De acordo com MARTINS & LAUGENI (2005) e RODRIGUES (2004), a TPM é muito mais do que fazer manutenção. É uma filosofia gerencial que atua na forma organizacional, no comportamento das pessoas, de como tratam os problemas, não só os de manutenção, mas todos ligados ao processo produtivo [20] e [26]. No livro “TPM in Process Industries”, de acordo com SUZUKI [31], podemos dividir os benefícios conquistados com este método em duas categorias: os tangíveis e os intangíveis. Os primeiros são os benefícios que podemos mensurar como aumento da produtividade, queda nos defeitos do processo, diminuição das paradas repentinas e até mesmo redução dos custos de produção. Já os benefícios intangíveis são aqueles que não podemos mensurar, mas podemos sentir os efeitos [31]. Para aumentar sua produtividade, sua implementação é dividida em 6 grandes perdas que são sofridas durante o processo e que a TPM visa eliminar. Essas perdas, de acordo com [20] e [26], são: Perda 1 – Quebras: quantidade de itens que deixam de ser produzidos porque o equipamento quebrou. Caso tivesse sido realizada a manutenção preventiva, provavelmente esse problema não ocorreria. Perda 2 – Setup (ajustes): quantidade de itens que deixam de ser produzidos porque a máquina está sendo ajustada para a produção de um novo. A empresa deve combater esta perda através de trocas rápidas. Perda 3 – Pequenas paradas: quantidade de itens que deixam de ser produzidos devido a paradas no processo para pequenos ajustes. http://www.citisystems.com.br/o-que-e-tpm/ http://www.citisystems.com.br/tipos-perdas-industria/ http://www.blogdaqualidade.com.br/?p=180&preview=true http://www.blogdaqualidade.com.br/?p=180&preview=true 12 Perda 4 – Baixa velocidade: é a quantidade de itens que deixam de ser produzidos porque o equipamento está operando em uma velocidade menor que a normal. Esse fato dá-se devido à falta de manutenção preventiva, que seria a manutenção programada para a prevenção das possíveis falhas no equipamento, que deve ser realizada antes da ocorrência e não por causa dela. Perda 5 – Qualidade insatisfatória: é a quantidade de itens perdidos, quando o processo já entrou em regime, isto é, quando ocorre algum problema durante a operação, que vai gerar a perda do produto. Perda 6 – Perdas com start-up: é a quantidade de itens perdidos, quando o processo ainda não entrou em regime, ou seja, quando são identificados problemas com os insumos, que impedem sua entrada no processo e geram sua perda. É necessário entender a definição destas perdas e como elas influenciam na rotina de operação e no planejamento de manutenção da empresa. As perdas 1 e 2 definem o índice de disponibilidade do equipamento. As perdas 3 e 4 definem o índice de eficiência do equipamento. As perdas 5 e 6 definem o índice de qualidade do equipamento. 2.1.5 FMEA A FMEA - Failure Mode and Effects Analysis, ou, em português, Análise de Modos de Falha e Efeitos, é uma técnica utilizada para definir, identificar e eliminar falhas, problemas ou erros potenciais ou conhecidos da unidade em análise antes que eles cheguem ao usuário. Este método não é utilizado somente na manutenção, podendo auxiliar no projeto de sistemas, produtos, processos ou serviços. Porém, neste trabalho abordaremos a técnica somente no âmbito da manutenção de equipamentos. O principal objetivo da FMEA é antecipar os modos de falhas, conhecidos ou potenciais, e propor atividades corretivas que possam atenuar ou até mesmo eliminar os efeitos ou a falha. O ganho que se tem neste caso é que, a intervenção no equipamento, mesmo sendo corretiva, passa a ser programada e, por isso, pode ser planejada para um período mais adequado. Assim, os recursos empregados podem ser melhor dimensionados, visto que a FMEA permite calcular a criticidade de alguns modos de falha. 13 Segundo LAFRAIA (2001), a FMEA também pode ser aplicado nas seguintes situações: Meio para identificar os testes necessários e os meios requeridos para certificar um projeto; Meio documentado de revisão de projetos; Sistema lógico para considerações, avaliações ou certificação de mudanças em: projetos, processos ou materiais. Uma das vantagens deste método é que, por meio da análise dos modos possíveis de falha, possibilita também descobrir falhas que provoquem outras, secundárias, em diferentes pontos do equipamento, que antes não eram conhecidas. Isso permite que a equipe da manutenção seja treinada para que, no momento da situação de emergência, ela seja capaz de resolver o problema encontrado e disponibilizar o equipamento no tempo mais curto possível. 2.2 Conceitos importantes 2.2.1 Confiabilidade De acordo com KARDEC e LAFRAIA (2002), podemos definir confiabilidade como sendo a confiança de que um componente ou equipamento desempenhe sua função básica, durante um período de tempo preestabelecido, sob condições padronizadas de operação [17]. Porém, é importante lembrar que a confiabilidade tem um custo e necessita de investimento de capital. Isso porque, para garantir a confiabilidade de um sistema ou equipamento, é preciso mais material, materialde melhor qualidade ou mais nobre. O uso de sobressalentes ou equipamentos reservas, no caso de falha no equipamento principal, também implicam no aumento da confiabilidade. 2.2.2 Disponibilidade A Disponibilidade (DISP) é definida na NBR 5462 como sendo: 14 “Capacidade de um item estar em condições de executar uma certa função em um dado instante ou durante um intervalo de tempo determinado, levando-se em conta os aspectos combinados de sua confiabilidade, mantenabilidade e suporte de manutenção, supondo que os recursos externos requeridos estejam assegurados”. Matematicamente pode ser representado pela seguinte fórmula: DISP = Ttotal−Tmancor− Tmanprev Ttotal (2.1) Tal que, Ttotal → Tempo total de funcionamento; Tmancor → Tempo para manutenções corretivas; Tmanprev → Tempo para manutenções preventivas. A fórmula da Disponibilidade (DISP) varia de acordo com a empresa que a emprega. Na área de energia elétrica, quando um equipamento é desligado por condições sistêmicas deve-se desconsiderar este período desligado do tempo total de funcionamento. Na prática, para componentes que operam continuamente, a Disponibilidade é expressa pelo percentual de tempo em que o sistema está operando em perfeitas condições, para componentes que operam continuamente. Em se tratando de componentes reservas, a Disponibilidade é a confiança de sucesso na operação, quando esse componente é demandado. A missão da manutenção é garantir a disponibilidade da função dos equipamentos e instalações de modo a atender a um processo de produção ou de serviço, com confiabilidade, segurança, preservação do meio ambiente e custo adequados. A adoção de técnicas e ferramentas de engenharia da manutenção está diretamente relacionada ao objetivo do aumento da Disponibilidade. Para a manutenção, o objetivo principal é manter essa Disponibilidade a maior possível, pois isso implica em alto retorno para a empresa. No ramo industrial, uma máquina com alta disponibilidade, garante uma linha de produção com poucas 15 interrupções. No ramo de geração de energia, uma turbina com alta disponibilidade, garante uma grande produção de energia elétrica. 2.2.3 Falha x Defeito Quando se trata de manutenção, pensando em seu planejamento e otimização, é importante que os conceitos de falha e defeito sejam bem definidos para que se possa entender sua diferença e como devem ser tratados em cada caso. Para NEMÉSIO SOUSA (2017), defeito é toda ocorrência anormal que não impede o equipamento, mas pode acarretar na sua indisponibilidade. Este defeito pode ser considerado de alta gravidade, quando houver a possibilidade de levar o equipamento a falhar em curto prazo se não for corrigido imediatamente [23]. Por outro lado, de acordo para a NBR 5462 (1994), defeito é qualquer desvio de uma característica de um item em relação aos seus requisitos; e falha é uma ocorrência que impede o equipamento, o impossibilitando de desempenhar sua função requerida [1]. Esta falha pode ser classificada como maior quando se tratar de uma falha completa do equipamento, que pode causar a perda de uma ou mais de suas funções fundamentais. É comum que, após a ocorrência de uma falha, o equipamento seja retirado de operação para sofrer os reparos necessários. 2.2.4 Manutenção O maior interesse da manutenção é a busca permanente da máxima disponibilidade operacional de equipamentos, sistemas ou instalações. Segundo SANTOS (2007), manutenção pode ser definida como um conjunto de atividades que visam reestabelecer ou manter um determinado bem em seu estado natural de especificação. É manter em perfeito estado de conservação e funcionamento: equipamentos, acessórios e tudo o que está ligado ao setor fabril de uma indústria [28]. Uma definição mais atual, conforme KARDEC e LAFRAIA (2002), poderia ser: “um conjunto de ações de gestão, técnicas e econômicas, aplicadas ao bem, com o objetivo de mantê-lo, aumentando seu ciclo de vida” [17]. Estes autores trazem uma comparação entre o conceito de manutenção antes e o conceito aplicado hoje. Até há pouco tempo, o conceito predominante era de que a missão da manutenção era de restabelecer as 16 condições originais dos equipamentos/sistemas. Porém, como dito na Seção 2.2.2, hoje a manutenção não visa somente a correção após a ocorrência da falha, e sim um bom planejamento para que este tipo de manutenção ocorra o mínimo possível de forma indesejada. Todas as falhas são ruins e, portanto, devem ser eliminadas. Porém, é preciso ter em mente que é tecnicamente impossível evitar todas as falhas e, mesmo que fosse possível prevê-las todas, não se teria recursos suficientes. Logo, deve-se focar em determinar o tipo de manutenção adequado e necessário para manter o sistema funcionando. Neste trabalho serão apresentadas duas formas de manutenção, sendo estas a preventiva e a corretiva, a serem explicitadas nas próximas Seções. 2.2.5 Manutenção Preventiva A Manutenção Preventiva, segundo LAFRAIA [18], “... procura reter o sistema em estado operacional ou disponível através de prevenção de ocorrência de falhas. Isto pode ser efetuado por meio de inspeção, controles e serviços como: limpeza, lubrificação, calibração, detecção de defeitos (falhas incipientes) etc.”. Com base nos estudos da NASA (2000), este tipo de manutenção é baseado em dois princípios. O primeiro, analisa a relação que pode haver entre a idade do componente e a Taxa de Falha Observada (TXFO), que é a quantidade total de falhas de um equipamento, ou componente, em um determinado período de tempo analisado. O segundo considera que a probabilidade de falha do equipamento pode ser determinada estatisticamente e assim os componentes podem ser substituídos antes de sua falha. No entanto, para o planejamento deste tipo de intervenção, os profissionais não podem se basear apenas na idade dos componentes, visto que diversos estudos demonstram que esta relação não é comum a todos os equipamentos [21]. Na Manutenção Preventiva, o objetivo é intervir no equipamento antes que ele apresente algum defeito ou falha. Em geral ela é realizada em tempos e periodicidades pré-definidas. Para definição do tempo necessário de intervenção, bem como a periodicidade adotada, as empresas precisam utilizar alguns indicadores como Taxa de Falha Observada (TXFO), Tempo Médio entre Falhas (TMEF) e Tempo Médio para Reparo (TMPR), entre outros, que serão definidos na Seção 2.3 deste trabalho, assim como experiência na realização das atividades, manuais de fabricantes e melhores práticas 17 de mercado. Geralmente a periodicidade da manutenção também depende do tipo de equipamento. Para se medir a eficácia de um plano de manutenção é importante observar os indicadores mencionados e compará-los com a periodicidade definida para o plano de manutenção. Se um equipamento sofre intervenções preventivas programadas em um intervalo de 6 anos e este costuma falhar de 7 em 7 anos, podemos dizer que o plano de manutenção está bem ajustado e será capaz de, na maior parte dos casos, evitar que o equipamento falhe. Caso o contrário ocorra, ou seja, este equipamento tenha um intervalo entre suas falhas de 2 anos, por exemplo, e a intervenção preventiva é feita a cada 3 anos, o plano de manutenção não será capaz de garantir a disponibilidade do equipamento. As principais atividades de manutenção preventiva, de acordo com SANTOS (2007), são: 1. Conservação: tarefas realizadas periodicamente para conservar o equipamento de modo a assegurar que este irá permanecer em seu modo operacional aceitável. Alguns exemplos são o acompanhamento do nível de óleo e a limpeza de filtros; 2. Acompanhamento das condições: vigilância da operação com o intuito de detectar alguma anormalidade; 3. Avaliação da condição e ações corretivas em função da condição:analisar as condições dos componentes que são detectadas durantes inspeções. A partir destas análises e avaliações, tomam-se medidas a respeito da possibilidade da continuidade do uso destes componentes e dos equipamentos dos quais fazem parte. 2.2.6 Manutenção Corretiva Esse tipo de manutenção é realizado após a ocorrência de uma falha ou defeito, e pode envolver reparos, substituição de peças e até mesmo a necessidade da instalação de um equipamento completo. 18 De acordo com a NBR 5462 [1], manutenção corretiva é aquela “efetuada após a ocorrência de uma pane destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida". Dependendo do segmento em que a manutenção está inserida, é necessário que a equipe haja com rapidez para restabelecer a função principal do equipamento. No setor de transmissão de energia elétrica, a empresa tem por obrigação deixar a Função de Transmissão (linha de transmissão, transformador, reator etc) disponível em 100% do tempo. Qualquer falha, que leve à indisponibilidade da FT, causa uma penalização a partir do segundo minuto de indisponibilidade, sendo que essa penalização só se encerra a partir do momento que o equipamento é novamente entregue à operação. Ainda assim, somente após o equipamento ter sido energizado, é que se pode afirmar que a atividade de manutenção foi feita com sucesso. Neste setor – transmissão de energia elétrica, o trabalho da equipe de manutenção, contudo, não é finalizado após a entrega do equipamento de volta à operação. É necessário relatar o defeito, por meio de documentos específicos e elaborar um relatório de manutenção com as atividades realizadas para disponibilizar o equipamento. O intuito, é poder passar o máximo de informações possíveis e confiáveis à área responsável pela engenharia de manutenção, caso exista uma área dessa na empresa, para que se possa estudar o problema ocorrido e propor melhorias ou mudanças na rotina de manutenção. Dependendo ainda do tipo de falha e do motivo pelo qual o equipamento não foi disponibilizado no tempo adequado, é possível que o ONS sugira recomendações a serem seguidas por outras empresas do setor para justificar a falha ou realizar ações para evitar reincidência, assim como este poderá sofrer uma fiscalização regulatória da ANEEL. Segundo KARDEC e LAFRAIA [17], “Nem sempre mais manutenção preventiva é melhor. Nem sempre mais manutenção corretiva é pior”. É preciso um bom planejamento e uma boa execução das atividades para que se possa fazer bom uso das manutenções. Resumindo, a manutenção preventiva compreende tarefas desempenhadas de modo a evitar ou prevenir as ocorrências anormais – defeitos ou falhas; enquanto a corretiva abrange as tarefas desempenhadas para restaurar ou reestabelecer o equipamento, neste caso, às condições normais de operação, após uma ocorrência anormal. 19 As vantagens da manutenção preventiva frente a manutenção corretiva são mais evidentes quando analisados os aspectos econômicos. 2.3 Indicadores de desempenho Indicadores de desempenho são ferramentas de gestão de controle que permitem o monitoramento e a medição de um determinado processo. São cada vez mais adotados pelas empresas, na área de gestão dos ativos, e são de extrema importância no auxílio do planejamento da manutenção. Por meio deles, decisões podem ser tomadas com objetivo de melhorar a atividade, isto porque estes permitem uma análise mais apurada de como os equipamentos estão se comportando sob uma determinada situação. Nas próximas Seções serão apresentados alguns indicadores de desempenho importantes para a gestão da manutenção. 2.3.1 Taxa de Falha Observada - TXFO De acordo com BRANCO FILHO (2006), a TXFO permite que se saiba a razão de variação com a qual um componente, ou um equipamento, falha em relação a outra variável, normalmente o tempo. No entanto, esta razão de variação está normalmente associada ao tempo de funcionamento. A finalidade deste indicador é permitir uma avaliação rápida da taxa de falha de um equipamento ao longo da variável considerada, sem colocar grandes estudos de estatística. Podemos defini-la matematicamente como sendo: K T (2.2) Tal que: λ é a Taxa de Falha; K é a quantidade de falhas; T é o período de tempo. 20 Quando se trata de manutenção, costuma-se analisar o período de tempo (T) em horas. A Taxa de Falha (λ) tem como objetivo fornecer informações a respeito do tempo para a próxima falha, de modo que a manutenção tenha subsídios para intervir antes que esta ocorra. Porém, para se utilizar este recurso, é importante saber que este indicador varia de acordo com o que se conhece como sendo a Curva da Banheira. “A curva da banheira apresenta, de maneira geral, as fases da vida de um componente. Embora ela seja apresentada como genérica, a curva da banheira só é válida para componentes individuais” [18]. Figura 2.4 - Curva da Banheira [25]. O período chamado de ‘Infância’ na Curva da Banheira é onde ocorrem as falhas prematuras. Neste período, a Taxa de Falha (λ) é decrescente e estas ocorrem por erros nos processos de fabricação, controle de qualidade deficiente, entre outros. O período chamado de ‘Vida Útil’ é a operação normal do equipamento, onde a taxa de falha é constante. Por último, o período chamado de ‘Desgaste’, ocorre ao fim da vida útil do equipamento. Neste período, a taxa de falha é crescente e o equipamento fica susceptível às falhas. Segundo NEMÉSIO SOUSA [23], a Curva da Banheira é a união de três outros tipos de curvas de taxa de falha, indicando os períodos de tempo produtivo de um equipamento, de acordo com a sua idade: fase inicial - na qual a taxa de falha é alta no início do funcionamento, chamado de período de falhas prematuras, também conhecido como tempo de ‘mortalidade infantil’, e constante na vida útil; fase da vida útil - com taxa de falha constante durante a vida produtiva do equipamento, independentemente de seu 21 tempo de operação; e fase final - com taxa de falha constante ao longo do tempo de operação e aumento ao final, caracterizando uma zona de desgaste ou um período chamado de ‘velhice ou obsolescência’. Estudos indicaram que apenas 4% dos equipamentos obedecem ao padrão completo de taxa de falhas da Curva da Banheira; 68%, ao padrão de taxa de falha de mortalidade infantil no início e constante na vida útil; 14%, ao padrão com taxa de falha constante ao longo do tempo; e 2% ao padrão com taxa de falha constante no início da vida e aumento ao final [23]. Ainda conforme NEMÉSIO SOUSA [23], analisando os padrões que melhor representam os equipamentos eletroeletrônicos (com taxa de fallha inicial nula e constante na vida útil; constante durante toda a vida útil ou falhas no início e constante na vida útil), observa-se que sua confiabilidade melhora pouco ou nada mediante a execução da manutenção preventiva, pois a probabilidade de ocorrência da maioria das falhas com o envelhecimento do equipamento é baixa. Também há de se notar que cerca de 82 a 89% dos equipamentos não apresentam falhas associadas a idade operacional [23]. 2.3.2 Tempo Médio Entre Falhas – TMEF Comumente conhecido como MTBF, devido a sua nomenclatura original em inglês Mean Time Between Failure, este indicador calcula o tempo médio, dentro de um determinado período de tempo, em que o equipamento, ou um de seus componentes, pode falhar. É determinado como uma relação do tempo total acumulado observado para o total do número de falhas. Matematicamente, podemos representar este indicador através da equação abaixo: MTBF 1 (2.3) 22 O componente λ, conforme dito em 2.3.1, é a Taxa de Falha. Logo, se ela é representada em horas, o MTBF também o será. Em uma análise matemática, pode-se entender este indicador como sendo a médiaaritmética dos tempos existentes entre o fim de uma falha e o início de outra. Porém, este conceito se aplica apenas a equipamentos reparáveis. Normalmente as manutenções preventivas não são computadas para este indicador. Por meio desta definição, as equipes de manutenção e engenharia podem avaliar melhor a periodicidade das intervenções a serem realizadas, afim de evitar possíveis falhas. Existe uma definição parecida, conhecida como TMPF - Tempo Médio Para a Falha, que é uma adaptação do MTBF para os componentes ou máquinas não reparáveis. Esta é calculada como sendo “A média aritmética dos tempos desde a entrada em funcionamento até a falha [...] O componente ou equipamento é descartado após a falha” [8]. 2.3.3 Manutenção Centrada na Confiabilidade - MCC A Manutenção Centrada na Confiabilidade, mais conhecida como MCC, tem como objetivo principal garantir que um sistema continue a desempenhar suas funções desejadas de maneira aceitável. Com base em LAFRAIA [18], este método nos ajuda a determinar o que deve ser feito para que este objetivo seja alcançado, utilizando a manutenção preventiva ao invés de tentar restaurar o equipamento a uma condição ideal. Um equipamento sai da fábrica com sua confiabilidade determinada pelo fabricante, desde que o mesmo opere nas condições especificadas em projeto. Um bom plano de manutenção pode fazer com que esta confiabilidade aumente. Já um plano de manutenção precário, pelo contrário, provavelmente diminuirá a confiabilidade do equipamento. Como descreve LAFRAIA (2011, p.239): “Nos casos de equipamentos/sistemas, com inúmeras tarefas de Manutenção Preventiva (MP) ou com um grande histórico de Manutenção Corretiva (MC), é que a MCC tem o seu maior potencial, seja pela redução de MP desnecessária, seja pela adição de MP para reduzir MC indesejáveis” [18]. 23 Ou seja, o importante é utilizar esta ferramenta para intervir no equipamento com inteligência. A MCC vem ajudando a moldar o novo conceito de manutenção, como citado, de que ela não mais deve ser vista como sendo somente para consertar falhas. Além desta mudança na filosofia da manutenção, deve-se haver uma modificação na gestão de pessoas por meio de monitoramento, treinamento e qualificação. Tabela 2.1- Etapas da MCC. Requisitos Operacionais Análise Funcional Elaborar FMEA Diagrama de Decisões Programa de Manutenção Montar equipe de análise Identificar funções Definir os modos de falhas Aplicar diagrama de decisões Comparar com atividades existentes Identificar dados Definir funções Definir as causas das falhas Identificar tarefas Manutenção Preventiva Detalhar Instruções Coletar dados Definir falhas funcionais Definir efeitos das falhas Selecionar tarefas efetivas Revisar planos Descrever sistema Classificar consequência Estabelecer intervalos Conduzir auditorias Identificar elementos Identificar sistemas críticos Identificar mudanças de projeto Conduzir mudanças de projeto Definir fronteiras e interfaces Fonte – Adaptado [17] 2.4 Conceitos e definições sobre FMEA 2.4.1 Contexto Histórico A metodologia de Análise dos Modos de Falhas e seus Efeitos (FMEA) tem a mesma origem que muitas outras ferramentas: uso em operações militares. Muitas tecnologias usadas, atualmente, vieram da guerra, como a Internet e a energia nuclear, por 24 exemplo. No caso da FMEA, este surgiu nos Estados Unidos e, na época, foi denominado de Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. No fim dos anos 40, o propósito da FMEA consistia em uma técnica para avaliação de confiabilidade dos sistemas e falhas em equipamentos. Depois de algum tempo, a NASA [21] também se apoderou da metodologia e começou a usar variações da ferramenta desenvolvida pelos militares. Na sequência, a próxima empresa que fez uso da FMEA foi a Ford, que tinha como principal objetivo cumprir as normatizações de segurança para veículos da época. Hoje em dia, o seu uso é amplo nos mais diversos segmentos da indústria. 2.4.2 Aplicações Para utilizar esta ferramenta, é preciso profissionais capacitados, que saibam seguir a sua metodologia. Atualmente, a indústria emprega a técnica para proporcionar a melhoria de processos ou produtos, para tanto, é preciso realizar uma análise feita de maneira fracionada. Ou seja, é necessário olhar para cada parte, para se melhorar o todo. Além das possíveis aplicações mencionadas na introdução deste trabalho, a FMEA também tem a sua aplicação em projetos de novos produtos ou processos. Para muitos profissionais, esse é o seu melhor uso, uma vez que se nessa etapa for utilizado com perfeição, é pouco provável que nas etapas seguintes apresente falhas. Embora o seu surgimento estivesse ligado com a fase de projeto de novos produtos e processos, a metodologia FMEA passou a ser aplicada, ainda, nos processos administrativos. A engenharia de segurança e a indústria de alimentos são também outros setores que usam de forma constante o método, para garantir um produto de melhor qualidade. 2.4.3 Condução da FMEA A partir da introdução feita na Seção 2.1.5 deste trabalho, pensando na FMEA como uma ferramenta de qualidade, que auxilia na confiabilidade da manutenção otimizando o planejamento, é fundamental o conhecimento de todo o processo, sabendo o passo a passo a ser seguido para a realização de uma FMEA que resulte no produto 25 esperado. A Figura 2.5, de acordo com FOGLIATTO (2009), apresenta um fluxograma onde é possível ter uma visão geral de toda a elaboração da FMEA, desde a detecção da falha até o plano de ação a ser elaborado e adotado pela empresa [11]. Figura 2.5 - Passo a passo de elaboração da FMEA. [11] Para a condução da FMEA, é necessária uma equipe específica para cada projeto, sendo esta, na maioria das vezes, multidisciplinar, visto que é necessária a presença de especialistas de diferentes áreas de atuação, não somente da manutenção. A condução da FMEA por um único profissional, ou profissionais de apenas uma área, pode levar a informações incompletas e avaliações tendenciosas. Para este processo de condução, além da seleção da equipe multidisciplinar, é necessária também a coleta dos dados a serem analisados, seguida da sua análise detalhada, para que todos estejam aptos a preencher a tabela FMEA. A tabela a ser preenchida pela equipe deve conter os itens conforme ilustrado pelo modelo genérico apresentado na Tabela 2.2. 26 Tabela 2.2– Modelo da FMEA. It e m C o m p o n e n te s F u n ç õ e s M o d o d e F a lh a E fe it o d a F a lh a S e v e ri d a d e C a u s a O c o rr ê n c ia D e te c ç ã o M e io s d e D e te c ç ã o R P N A ç õ e s C o rr e ti v a s / P re v e n ti v a s Fonte: adaptado pela autora Abaixo, segue uma brevíssima explanação sobre o que deve ser contemplado em cada uma das 12 colunas da FMEA, de acordo com CARDOSO (2014), com a abordagem de manutenção, que é o objetivo do trabalho [9]. a) Item – é o equipamento ou sistema a ser analisado; b) Componentes – elemento que faz parte do equipamento ou sistema; c) Funções – é a atividade principal que o componente desempenha no equipamento; d) Modo de Falha – é a descrição da maneira que o componente falhou em fazer a função que foi designada; e) Efeito da Falha – é a consequência do modo de falha na operação do equipamento; f) Severidade – é o índice que reflete a gravidade do efeito da falha, considerando que a mesma ocorra. É atribuída uma nota, podendo ser esta de 1 a 10, sendo 1 o efeito mais brando e 10 a consequência mais grave. É necessário que a equipe de análise, antes de montar a FMEA,elabore uma planilha de ranking de Severidade baseado em algum critério (pode ser um critério interno da empresa ou do mercado onde está inserido); g) Causa – é a identificação das causas básicas da falha; h) Ocorrência – é a possibilidade de ocorrência de determinada falha. Assim como a Severidade, pode ser classificado de 1 a 10, sendo que 1 representa uma possibilidade pequena de a falha acontecer e 10 uma possibilidade alta. Os critérios de classificação de Ocorrência também precisam ser 27 previamente discutidos e definidos; i) Detecção – é a probabilidade que seja detectada uma falha em algum componente ou equipamento antes que a mesma ocorra. Assim como é feito para Severidade e Ocorrência, é classificado de 1 a 10, sendo 1 aplicada nos casos em que a Detecção é extremamente simples e 10, quando a falha é indetectável. Os critérios de classificação de Detecção também precisam ser previamente discutidos e definidos pela equipe; j) Meios de Detecção – é a maneira pela qual se consegue detectar uma falha em potencial; k) RPN – Índice de Risco. É calculado pela multiplicação Severidade x Ocorrência x Detecção. Como cada índice desta multiplicação pode variar de 1 a 10, a multiplicação pode variar de 1 a 1.000. Com isso se possibilita fazer um ranking dos defeitos e se prioriza quais devem ser ‘atacados’ primeiro; l) Ações Corretivas/Preventivas – baseadas no RPN, as falhas em potencial são selecionadas e precisam ser tratadas. Então, monta-se um plano de ação. Nesta coluna é informado o plano de ação, que tem por objetivo reduzir o RPN. Isso pode ser feito através da redução de algum dos 3 índices - Severidade, Ocorrência e Detecção. Mesmo após elaborada a FMEA e implementado o plano de ação proposto pela equipe, é necessário um contínuo acompanhamento do desempenho do equipamento analisado. A FMEA, por ser um registro, pode evitar que problemas passados voltem a ocorrer buscando a melhoria contínua, sendo um documento vivo, atualizado e que representa as últimas mudanças realizadas do produto. Esta é uma ferramenta muito útil, que deve ser revista de tempos em tempos até que todos os RPNs estejam em níveis considerados aceitáveis pela empresa. Quando se alcança este nível, a FMEA só será revista motivada por alguma ocorrência ou situação que não tenha sido observada previamente. O material gerado pode também servir em programas de capacitação, proporcionando um melhor entendimento dos componentes e do sistema. Com isso, tem-se um maior conhecimento a respeito das falhas, facilitando a escolha do tipo de manutenção, corretiva ou preventiva, garantindo maior disponibilidade do equipamento. 28 No Capítulo 4 será apresentado um estudo de caso onde será utilizada a FMEA aplicada a um compensador estático e todos os conceitos poderão ser observados na prática. 2.5 Compensador Estático O CER - Compensador Estático de Reativos ou SVC - Static Var Compensator, é um equipamento importante utilizado no auxílio do controle de tensão do sistema elétrico. É um equipamento complexo e com poucas unidades operando atualmente no SIN. Nesta Seção será apresentada uma breve explicação de seu funcionamento e suas principais características. Os equipamentos principais que compõe a configuração do CER são: reator controlado por tiristor (TCR – Thyristor Controled Reactor), capacitor chaveado por tiristor (TSC - Thyristor Switched Capacitor), o transformador de acoplamento e os filtros harmônicos, sendo esse conjunto ligado em derivação ao sistema de transmissão. A Figura 2.6, segundo FRONTIN et al. (2013), ilustra a configuração típica do CER, demonstrando a associação e conexão de seus componentes [12]. Figura 2.6 - Configuração típica do Compensador Estático de Reativos. [12] 29 Porém, pensando em seu princípio de operação, pode-se analisar apenas um modelo composto por um reator variável e um capacitor fixo, como representado na Figura 2.7. Figura 2.7 - Modelo Composto do CER. [12] Sua principal vantagem é a realização do controle de tensão, no ponto de conexão, sendo este o ponto onde o compensador estático está conectado no sistema, de maneira rápida e contínua, de acordo com as variações de tensão não só na subestação em que este está conectado, como também em regiões próximas a ele. Essa resposta rápida é útil pois, o Compensador pode ser solicitado não somente em regime permanente, como também no caso da ocorrência de um curto-circuito, por exemplo, onde este é capaz de compensar o afundamento de tensão e reestabilizar o sistema elétrico naquela região. Seu funcionamento é baseado na geração de compensação reativa para o sistema, ou seja, a troca de potência reativa entre a rede elétrica e seus elementos passivos - capacitores e indutores. Para realizar esse controle, a tensão da barra na qual o CER está conectado é comparada com uma tensão de referência, por meio de um controlador integral proporcional. É responsável por regular rapidamente a tensão neste ponto, com tempo inferior a 30 ms e precisão inferior a 0,25%. A saída desse controlador produz então uma corrente de referência, utilizada para o disparo do controlador de reativos que, de acordo com a tensão e corrente previamente escolhidas como referência, injeta ou absorve potência reativa na rede. Assim, através da troca de potência reativa, o Compensador Estático é capaz de manter a tensão no ponto de acoplamento constante. 30 A potência de saída deste equipamento é a soma das potências reativas de todos os elementos que o compõe. Para se obter uma potência de saída nula, por exemplo, é necessário que o TSC esteja desconectado e o TCR esteja sendo controlado até que sua potência seja da mesma ordem de grandeza dos filtros, já que estes estão constantemente ligados a barra e são uma fonte de potência reativa capacitiva não controlável. Deste modo, a equação 2.4 apresenta a potência resultante de saída do Compensador Estático de Reativos, onde essa afeta diretamente o valor da tensão no ponto de conexão. 𝑄𝐶𝐸𝑅 = 𝑄𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑠 + 𝑄𝑇𝐶𝑅 + 𝑄𝑇𝑆𝐶 + 𝑄𝑇𝑅 (2.4) 2.5.1 Características de Operação Observa-se, na curva característica do Compensador Estático de Reativos, representada na Figura 2.8, que seu funcionamento depende diretamente das alterações que ocorrem na tensão do sistema e nas suas condições operativas, que podem ser constantemente alteradas sem programação devido a mudanças na carga, leve ou pesada, assim como na ocorrência de contingências. Analisando o comportamento deste equipamento, de acordo com as variações da carga, sabe-se que, para cargas leves, o compensador atua recebendo reativo. Porém, se houver presença de reatores de barra, a carga indutiva pode aumentar até que o SVC atue como gerador de reativo, realizando o ajuste fino no sistema. Já para as cargas pesadas, o compensador atua gerando reativo. O lado esquerdo da abscissa do gráfico ilustrado na Figura 2.8 representa a região capacitiva de operação do Compensador Estático de Reativos, e o lado direito desta representa a região indutiva. O ponto ótimo de operação é onde a tensão é 1,0 pu estando, este ponto, na abscissa 0, onde a tensão da barra está igual a tensão de referência, como desejado. É importante que o Compensador não atue nos extremos da curva, representados como 𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥 e 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥, visto que, chegando nesta condição, se houver qualquer mudança no sistema, este não conseguirá responder. 31 Figura 2.8 - Curva Característica de Operação do CER. [12] Suas configurações são projetadas levando em consideração alguns critérios, como: a potência reativa a ser trocada com o sistema, a topologia da área a ser controlada, a velocidade de resposta do compensador, a flexibilidade operativa, as perdas e o nível de distorção harmônica no ponto de acoplamento [12]. É importante oestudo da localidade mais adequada e funcional para a instalação deste equipamento. O ideal seria sua conexão em uma barra que necessite de suporte de tensão, visto que este é capaz de, não só controlar a tensão, como também melhorar a estabilidade transitória e de regime permanente e minimização de perdas no sistema. 2.5.2 Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II Fabricado pela Siemens, o Compensador Estático de Reativos entrou em operação no dia 05/03/2003, de acordo com o Sistema de Informações Geográficas Cadastrais do SIN (SINDAT) do ONS [24], dia em que ele foi energizado, na cidade de Bom Jesus da Lapa, no estado da Bahia. Nos dias mais quentes, a cidade pode atingir temperaturas superiores a 40°C, o que pode afetar na operação do equipamento e deve ser informado e previsto pelo fabricante. O período de análise das falhas será desde sua energização até 31/05/2017. 32 A respeito de sua configuração, este Compensador Estático de Reativos é constituído de dois TCR, um TSC e dois filtros sintonizados para harmônicos de ordem 5 e 7. Os TCR e TSC são conectados em ‘delta’ e os filtros em ‘Y’ não aterrado. Os filtros são fixos e estão quase sempre em operação. A tecnologia de alocação dos elementos TCR e TSC permite uma operação contínua em toda a faixa operativa do CER nas condições normais ou nos denominados modos degradados, quando um ou mais elementos estejam indisponíveis para operação. Os parâmetros dos componentes do CER podem ser vistos na Figura 2.9 e resultam em um valor total no lado de 500 kV igual a +/- 250 MVAr de potência para 1,0 pu de tensão no barramento 500 kV. Estes são valores reais fornecidos pelo fabricante Siemens. Figura 2.9 - Configuração básica do CE BJD. [5] 33 Para sua regulação de tensão, a partir do valor de tensão medido e do valor de tensão de referência estabelecido, o regulador PI – Proporcional Integral, determina o valor de potência reativa necessária para a devida correção do erro de controle. Quando são detectadas oscilações de frequência superiores a 4 Hz no sinal de saída deste regulador, o controle de estabilidade é ativado e atua reduzindo o ganho do PI. O esquema de subtensão relativo ao lado de alta tensão (500 kV) atua quando qualquer das tensões fase-fase ou fase-terra ficam abaixo de 80% do valor nominal. Para o lado de baixa (17,5 kV), este atua quando a tensão fase-fase em pelo menos uma das fases torna-se inferior a 25%. Em se tratando de sobretensão, o esquema atua quando a tensão fase-terra em qualquer fase se torna superior a 120%. Este funciona limitando o CER em 36 MVAr e bloqueando o disparo do TSC, ou seja, as válvulas de tiristores não são permitidas a disparar. A Figura 2.10 representa o diagrama unifilar do Compensador Estático de Reativos da SE Bom Jesus da Lapa II, conectado a barra de 500 kV, onde é possível identificar as características de tensão e os componentes mencionados nesta Seção. Para melhor visualização da complexidade deste equipamento e da dimensão de seus componentes, pode-se observá-lo através da imagem reproduzida na Figura 2.11, que foi registrada na SE Bom Jesus da Lapa II em 28/01/2003. Figura 2.10 - Diagrama unifilar do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II. [32] 34 Figura 2.11 - Imagem do Compensador Estático da SE Bom Jesus da Lapa II. [32] 35 Capítulo 3 Metodologia da pesquisa Neste Capítulo será relatada a metodologia escolhida pela autora para abordar o temo proposto neste trabalho, objeto de estudo, e os métodos de pesquisa utilizados em seu desenvolvimento. Serão apresentados os aspectos metodológicos empregados assim como seus conceitos e fundamentos. Para o completo entendimento do leitor, se faz necessária a definição de pesquisa, tal qual sua classificação quanto aos fins e aos meios de investigação. 3.1 Definição de Pesquisa Existem várias formas de definir o que é pesquisa. De maneira mais simplificada, pesquisar significa procurar respostas para indagações propostas. DEMO (1996) insere a pesquisa como atividade cotidiana considerando-a como uma atitude, um “questionamento sistemático crítico e criativo, mais a intervenção competente na realidade, ou o diálogo crítico permanente com a realidade em sentido teórico e prático” [10]. Pensando na pesquisa com um caráter mais pragmático, fazendo uma relação com o objetivo deste projeto, GIL (1999) coloca a pesquisa como “processo formal e sistemático de desenvolvimento do método científico. O objetivo fundamental da pesquisa é descobrir respostas para problemas mediante o emprego de procedimentos científicos” [14]. A pesquisa é o conjunto de ações que são tomadas quando se quer solucionar um problema, comprovar ou explorar modo mais aprofundado algo que já tenha sido dito ou até mesmo pelo próprio desejo de investigar alguma área de conhecimento específica. 3.2 Classificação e Tipos de Pesquisa Assim como não existe apenas uma definição para pesquisa, várias são as formas 36 utilizadas para classificá-las. Explorando as formas mais clássicas, pode-se pensar no posicionamento metodológico do estudo. Para uma primeira abordagem de classificação, segundo SILVA e MENEZES (2005), pode-se pensar em uma divisão quanto a natureza da pesquisa, podendo ser classificada como básica, quando ela objetiva gerar conhecimentos novos úteis para o avanço da ciência sem aplicação prática prevista, envolvendo verdades e interesses universais. Já a pesquisa aplicada objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática e dirigidos à solução de problemas específicos, envolvendo verdades e interesses locais [29]. Ainda de acordo com SILVA e MENEZES [29], mudando a abordagem para o problema a ser solucionado, é possível pensar em mais duas divisões. A primeira dessas seria a pesquisa classificada como quantitativa, quando é considerado que tudo pode ser quantificável, o que significa traduzir em números opiniões e informações para classificá- las e analisá-las. Requer o uso de recursos e de técnicas estatísticas (percentagem, média, moda, mediana, desvio-padrão, coeficiente de correlação, análise de regressão etc.). Já a pesquisa qualitativa considera que há uma relação dinâmica entre o mundo real e o sujeito, isto é, um vínculo indissociável entre o mundo objetivo e a subjetividade do sujeito que não pode ser traduzido em números. A interpretação dos fenômenos e a atribuição de significados são básicas no processo de pesquisa qualitativa. Não requer o uso de métodos e técnicas estatísticas. O ambiente natural é a fonte direta para coleta de dados e o pesquisador é o instrumento-chave. Os pesquisadores tendem a analisar seus dados de modo indutivo. O processo e seu significado são os focos principais de abordagem [29]. Para um outro enfoque, do ponto de vista de seus objetivos, segundo GIL (1991), a pesquisa pode ser: Exploratória: visa proporcionar maior familiaridade com o problema com vistas a torná-lo explícito. Envolve levantamento bibliográfico. Assume, em geral, as formas de Pesquisas Bibliográficas e Estudos de Caso. Descritiva: visa descrever as características de determinada população ou fenômeno. Assume, em geral, a forma de Levantamento. Explicativa: visa identificar os fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Aprofunda o conhecimento da realidade porque 37 explica a razão, ‘o porquê’ das coisas. Quando realizada nas ciências sociais requer o uso do método observacional. Assume, em geral, as formas de pesquisa Experimental e Ex post facto. SILVA e MENEZES [29] afirmam que, do ponto de vista da forma de abordagem dos problemas, a pesquisa pode ser: Quantitativa: significa traduzir em números, opiniões e informações para classificá-las e analisá-las. Requer
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