MELHORIA DA BOMBA DE COMBUSTÍVEL DA FROTA EVO

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(01)Engenheiro de Manutenção – Vale, (2)Engenheiro de Manutenção – Vale, (3) Técnico Especializado – Vale, (4) Técnico Especializado – Vale, (5) Técnico Especializado – Vale, (6) Técnico Especializado – Vale, (7) Supervisor de Confiabilidade – Vale.

José Santana Filho (1) Francisco Thomas (2) Romildo Prazeres (3) Francisco James (4) Pedro Bruzaca (5) Joselma Silva (6) João Amorim (7) RESUMO

Este trabalho tem como objetivo principal apresentar o desenvolvimento e os ganhos da modificação no inversor das bombas de transferência de combustível original ES58ACi e modificação para bomba Paragon que são utilizadas nas frotas SD70M.

Em decorrência da grande quantidade de falhas na bomba de combustível da frota ES58ACi, foi necessário realizar um estudo em conjunto pela equipe da confiabilidade para diminuir a incidência de Reboques ocasionados neste modo de falha.

Juntamente com a modificação do projeto inicial do inversor foram analisados o desempenho da Bomba de combustível Paragon utilizada nas frotas SD70M, onde não tivemos incidência de defeitos apresentados. Com a aplicação da modificação do inversor e substituição das bombas, percebeu-se a eliminação deste modo de falha.

1 INTRODUÇÃO

A frota de locomotivas do modelo ES58ACi são consideradas as locomotivas com maior índice de potência 6.000HP e podem ser consideradas as mais modernas do mundo, por utilizar sistemas de rede industrial na comunicação dos seus módulos eletrônicos e software de injeção eletrônica inteligente. Hoje na Estrada de Ferro Carajás são 86 locomotivas que circulam há 10 anos. Nestas locomotivas existe um sistema de fornecimento de combustível de baixa pressão e alta pressão.

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O sistema de fornecimento de combustível é dito como o mais importante para o sistema do motor diesel, onde será ele o produto inicial para ocorrer o processo da transformação da energia química em mecânica.

Figura I: Bomba transferência ES58ACi. Fonte: Manual GE, Módulo 8 (2009)

Sempre quando ocorre falha no sistema de baixa pressão de combustível (Bomba de transferência de combustível) a locomotiva perde sua função principal, ou seja, perda do ativo (Reboque) e necessidade de outra tração para compor o trem, para que a função do item seja restabelecida é necessária a intervenção da manutenção em oficina própria.

2 METODOLOGIA

A metodologia utilizada foi um teste em campo para validação de outro modelo de bomba. A bomba original apresentava falha em curto intervalo de tempo (menos de 1,5 anos) e já havia sido objetivo de recall por duas vezes pelo fornecedor. Desta forma foi conduzido um teste em campo por dez meses usando um outro modelo de bomba e acompanhando o histórico de falhas e o fornecimento de combustível para o sistema.

3 DESENVOLVIMENTO

3.1 Sistema de Combustível

Segundo o manual do fabricante o sistema de Combustível da locomotiva é dividido em quatro seções funcionais: sucção, abastecimento de baixa pressão, abastecimento de alta pressão e retorno/regulagem.

3.2 Seção de sucção

O combustível é succionado do tanque por uma bomba elétrica de transferência que supre o motor para combustão. A bomba de combustível é ligada antes do motor Diesel ser ligado para preparar, ou pressurizar, o sistema de combustível.

3.3 Seção de abastecimento de baixa pressão

A bomba de transferência de combustível contém uma válvula interna de alívio de pressão, que protege a bomba, caso haja excesso de pressão na saída. Por

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exemplo, se os elementos do filtro de combustível ficarem obstruídos, a válvula de alívio abrirá e irá permitir que o combustível seja enviado de volta para o tanque.

O combustível estará pressurizado na saída da bomba. Esse combustível de baixa pressão é enviado aos componentes de aquecimento de combustível. O sistema de combustível também vem agregado seu sistema de filtragem, sendo composto por filtro de sucção e filtro primário.

Após os filtros o combustível flui para cada uma das 16 bombas de alta pressão no motor por meio de um tubo de comunicação que assegura que o combustível seja distribuído igualmente para cada bomba de alta pressão.

3.4 Seção de abastecimento de alta pressão

Após o sistema de combustível ser preenchido, existe uma bomba de alta pressão para cada cilindro do motor diesel, onde se aumenta drasticamente a pressão de combustível e enviado para os injetores.

3.5 Seção Retorno/Drenagem

O excesso de combustível de cada bomba de alta pressão flui por um tubo de retorno para a válvula de regulagem de combustível. Tal válvula de regulagem de combustível oferece pressão contrária nos tubos de baixa pressão para as bombas de combustível de alta pressão. O excesso de combustível tem dois objetivos para as bombas de alta pressão:

• Esse combustível em excesso ajuda a preencher totalmente as tubulações das bombas de alta pressão e ajuda a evitar cavitação (formação de vácuo no fornecimento de combustível para o injetor). • Serve para resfriar os componentes da bomba de alta pressão O combustível fora da válvula de regulagem volta para o tanque.

O objetivo principal da bomba de transferência é circular o combustível pelo sistema de combustível, fornecendo sempre sistema pressurizado de acordo com parâmetro de funcionamento do sistema.

O conjunto da bomba é formado por uma bomba de deslocamento, um motor elétrico CA, um inversor, uma válvula de alívio de pressão e uma válvula de retenção.

Quando a válvula de transferência for necessária, a energia de CC da bateria é enviada ao inversor, que converte a CC em CA para ligar o motor.

A bomba move aproximadamente 57 L/min. de combustível. A válvula de alívio interna protege a bomba contra condições de sobrecarga, como filtro entupido com combustível.

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Figura II: Sistema de pressão de combustível ES58ACi. Fonte: Manual GE, Módulo 8 (2009)

Em decorrência ao grande índice de falhas neste sistema foi feito um estudo de confiabilidade onde abrange-se o item bomba de transferência de combustível frota ES58ACi.

De acordo com o gráfico de falhas demonstrado na figura III, tivemos 19 falhas pelo modo de falhas de Bomba de transferência de combustível.

Figura III: Dados de falhas dos inversores do período jan/2017 à Ago/2018. Fonte: Os autores (2018).

Em análise do modo de falha das bombas pelo fornecedor e área especialista de manutenção de componentes, constatou-se que a maioria dos casos de falha era devida a queima do inversor da bomba. Isso ocorria por conta do terminal de ligação negativo estar muito próximo das ligações dos outros componentes internos, aumentando a temperatura de trabalho até entrarem em curto-circuito, fazendo efeito de sobre aquecimento e derretimento do conjunto. Um resumo deste detalhamento encontra-se abaixo:

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2 ₁ ₁ ₁

Casos de Inversores Queimados

(Jan/17 à Ago/18)

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Figura IV: Curto-circuito nos terminais dos inversores da bomba. Fonte: Confiabilidade (2015)

Após análise dos dados o fornecedor optou por desenvolver um novo de inversor e até que este estivesse pronto deveria ser usado um modelo melhorado que já continha algumas modificações. Um resumo destes dados consta abaixo:

Figura V: Ilustração da modificação do inversor original. Fonte: Confiabilidade (2015)

Figura VI – Comparação modificação projeto modificado com original. Fonte: Confiabilidade (2015)

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Apesar da modificação proposta o item continuava apresentando falhas no mesmo período do item anterior (1,5 anos). A partir disso a equipe optou por substituir as bombas de transferência de combustível originais para bombas de modelo “Paragon” que são utilizadas na frota SD70M. Nestas bombas não tem casos de queima de inversores ou problemas no conjunto da bomba de transferência.

Durante esta substituição de modelo, foram analisadas questões da base de fixação, conexões de entrada, saída e retorno, questões de fornecimento de combustível, sendo que todos estes aspectos sofreram adaptações para instalação. Apesar da Bomba de transferência de combustível paragon fornecer 36L/Minutos se adaptou perfeitamente no sistema da frota ES58ACi, sem ter seu regime de trabalho aumentado ou trabalhar em plena carga.

Figura VII: Bomba modelo Paragon. Fonte: Manual de Manutenção EMD – SD70M (2005).

Durante os testes realizados em campo por 10 meses não ocorreu nenhuma falha no circuito da bomba. Por isso a ação foi estendida para implantação de toda a frota.

Desde a conclusão da substituição das bombas não ocorreram casos de falhas nas bombas que foram adaptadas.

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4 CONCLUSÃO

A alteração no tipo de bomba usada na frota ES58ACi foi essencial para melhoria de confiabilidade do sistema. Verificou-se que com a aplicação das modificações obteve-se ganhos direto na confiabilidade da frota porque este modo de falha foi extinto. Desta forma não mais ocorrerem casos de reboque por este motivo ocasionando um ganho para o sistema.

Outro ponto observado, mas não mapeado de início é que o custo da bomba original é em torno de R$ 60.000 e a bomba proposta custa apenas R$ 23.000. O tempo de reparo do item não sofreu nenhuma alteração.

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5 Referências

Electro-Motive Diesel Inc. Group. SD70M Tier 1 GEN II FIRE. Texto do Aluno. Segunda Edição, La Grange, IL Outubro de 2004.

GENERAL ELETRIC. Manual de Manutenção de Locomotivas Evolution. Novembro de 2002.