Análise dos dados de vida para trocadores de calor tipo resfriador a ar

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DA CONFIABILIDADE

VITOR HUGO DE MODESTI

ANÁLISE DOS DADOS DE VIDA PARA TROCADORES DE CALOR

TIPO RESFRIADOR A AR

CURITBA

2017

ANÁLISE DOS DADOS DE VIDA PARA TROCADORES DE CALOR

TIPO RESFRIADOR A AR

Trabalho de Monografia apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Engenharia da Confiabilidade, do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Mariano

CURITBA

2017

Título da Monografia

ANÁLISE DOS DADOS DE VIDA PARA TROCADORES DE CALOR TIPO RESFRIADOR A AR

Por

Vitor Hugo de Modesti

Esta monografia foi apresentada no dia 15 de fevereiro de 2017 como requisito parcial para a obtenção do título de ESPECIALISTA EM ENGENHARIA DA CONFIABILIDADE. O candidato foi argüido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.

Prof. Dr. Carlos Henrique Mariano

(Orientador UTFPR – Campus Curitiba)

Prof. Dr. Emerson Rigoni

MODESTI, Vitor Hugo. Análise dos dados de vida para trocadores de calor tipo

resfriador a ar. 2017. 40 fls. Monografia (Especialização em Engenharia de Confiabilidade)

Departamento Acadêmico de Eletrotécnica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.

Esta monografia tem o objetivo de analisar os dados de vida dos trocadores de calor do sistema de topo de uma unidade de destilação atmosférica em uma empresa de refino de petróleo, baseado na engenharia de confiabilidade, este estudo permite obter o perfil de vida do sistema, sua curva de confiabilidade, o número de falhas esperadas e o tempo ótimo de substituição. Atualmente o modelo de manutenção para este sistema é corretivo, ou seja, falha/repara e a substituição de cada equipamento é baseada no percentual de tubos isolados por trocador. Ainda como objetivo secundário deste trabalho, propor a melhoria dos registros de manutenção e inspeção, para que no futuro possam desenvolver análises mais precisas e talvez permitir a implantação de um modelo de manutenção preventiva para este sistema, com os dados disponíveis para o cálculo, os resultados mais relevantes encontrados são aproximadamente 2569 dias para ocorrer a primeira falha, o tempo ótimo para substituição é de 4207 dias e que neste período devem ocorrer 7 falhas.

Palavras-chave: Confiabilidade. Sistemas reparáveis. Análise de dados de vida. Trocador de calor.

MODESTI, Vitor Hugo. Life data analysis for heat exchangers air cooler type. 2017. 40 fls. Monograph (Specialization in Reliability Engineering) Academic Department of Electrotechnology, Federal Technological University of Parana, Curitiba, 2017.

This monograph has the objective to life data analysis for the heat exchangers of the top system of an atmospheric distillation unit in an oil refining company, based on reliability engineering, this study allow to obtain the life profile of the system, its reliability curve, the number of expected failures and the optimal replacement time. Currently, the maintenance model for this system is corrective, in other words, fails/repairs and the replacement of each equipment is based on the estimated percentage of insulated pipes per exchanger. Also as a secondary objective of this work, propose the improvement of maintenance and inspection records, so that in the future can to be develop more accurate analyzes and perhaps allow the implementation of a preventive maintenance model for this system, with the available data for the calculation, the most relevant results found are approximately 2569 days to occur the first failure, the optimal time for replacement is 4207 days and in this period 7 failures must occur.

Figura 1 - Fluxo natural da transferência de calor...11

Figura 2 - Mecanismos de transferência de calor...12

Figura 3 - Escoamento paralelo...13

Figura 4 - Escoamento em contra corrente...14

Figura 5 - Escoamento em corrente cruzada...15

Figura 6 - Resfriador a ar (Air Cooler)...16

Figura 7 - Projeto detalhado do resfriador a ar...17

Figura 8 - Simulação 3D da disposição em paralelo dos equipamentos...18

Figura 9 - Fluxograma de processo...18

Figura 10 - Seção longitudinal de um trecho do tubo que falhou por corrosão...20

Figura 11 - Obstrução parcial de um tubo por precipitação de sais...20

Figura 12 - Curva de aumento de pressão por trocador de calor fora de operação...21

Figura 13 - Curva de perda monetária por trocador de calor fora de operação...22

Figura 14 - Simulação de plugue para tamponar tudo furado do trocador de calor...23

Figura 15 - Relação entre confiabilidade e custo...25

Figura 16 - A curva da banheira...26

Figura 17 - Dados de início e fim de operação com as falhas intermediárias...33

Figura 18 - Gráfico do número de falhas acumuladas x tempo...33

Figura 19 - Gráfico de operação do sistema x tempo...34

Figura 20 - Parâmetros calculados do modelo...35

Figura 21 - Probabilidade de falha x tempo...35

Figura 22 - Confiabilidade condicional x tempo...36

Figura 23 – Tempo ótimo de substituição (Dia)...37

Figura 24 - Gráfico do tempo ótimo de substituição (Dia)...38

Figura 25 - Número de falhas previstas até o tempo ótimo de substituição...39

Quadro 1 - Lista de equipamentos e datas das respectivas intervenções de manutenção...31 Quadro 2 - Custos envolvidos nas intervenções para o trocador de calor P-2118...32

1 INTRODUÇÃO...8 1.1 JUSTIFICATIVA...9 1.2 OBJETIVO...9 1.2.1 Objetivo Geral...9 1.2.2 Objetivo Específico...9 1.3 METODOLOGIA...10 1.4 ESTUTURA DO TRABALHO...10 2 OBJETO DE PESQUISA...11 2.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR...11 2.2 TROCADORES DE CALOR...12

2.2.1 Classificação de trocadores de calor quanto ao escoamento dos fluídos...13

2.3 FORMA CONSTRUTIVA DO TROVADOR DE CALOR A AR...16

2.4 APLICAÇÃO DO RESFRIARDOR A AR NO CONTEXTO DO PROCESSO DE REFINO DE PETRÓLEO...17

2.5 MECANISMOS DE DANO QUE LEVAM A FALHA DO EQUIPAMENTO...19

2.6 IMPACTOS ECONÔMICOS QUANTO HÁ FALHA DO EQUIPAMENTO...21

2.7 REPARO DO EQUIPAMENTO...22

3 REFERENCIAL TEÓRICO...24

3.1 CONFIABILIDADE...24

3.2 SISTEMAS REPARÁVEIS E NÃO REPARÁVEIS...26

3.3 PROCESSO DE POISON NÃO HOMOGENEO (NHPP)...27

3.4 LEI DAS POTÊNCIAS (POWER LAW)...28

3.5 MODELO DE CUSTO DE SISTEMAS REPARÁVEIS...29

4 ANÁLISE DE DADOS DE VIDA PARA O TROCADOR DE CALOR P-2118...31

4.1 COLETA DE DADOS...31

4.2 APLICAÇÃO DOS DADOS COLETADOS AO SOFTWARE...32

5 CONCLUSÃO...41

1 INTRODUÇÃO

Nos tempos atuais que tanto se houve sobre fontes de energias alternativas, fontes renováveis e tantos temas que giram ao redor deste assunto, petróleo ainda não deixa de ser motivo para crises mundiais, seja no aspecto comercial ou até mesmo conflito que acabam em guerras, pois deter a propriedade e a comercialização deste combustível fóssil é sinônimo de muita riqueza, não é por menos que é chamado de “Ouro negro”, porém este valioso produto na forma natural não tem muito valor agregado, é neste momento que entra a subdivisão da cadeia do petróleo que é dividida em três grupos envolvendo diversas atividades com enormes custos. Segundo Kimura (2005, p. 9) em primeiro lugar está o grupo do upstream que abrange a exploração e produção de petróleo e gás natural, atividades grandes investimentos e riscos, porém com expectativas de lucros altíssimos. No segundo grupo vem o midstream que significa a fase do refino, onde o petróleo é fracionado em derivados com maior valor agregado como, por exemplo, os combustíveis, neste grupo os lucros são menores e em alguns casos pode chegar até prejuízo no resultado do caixa. E por fim o grupo downstream que é composto pela revenda e distribuição dos derivados extraídos do petróleo, onde os riscos são menores e os ganhos maiores que no midstream, porém menores que no upstream. Neste contexto o grupo intermediário do refino tem o desafio de manter-se rentável mesmo com o aumento da rigorosidade das questões ambientais que obrigam a tornar os combustíveis fósseis cada vez menos poluentes, e isto demanda de mais e mais investimentos em complexos processos e equipamentos para tratamento durante o refino, é nesta ótica que uma planta industrial deste grupo se encontra, de um lado a melhoria do processamento e do outro lado à redução dos custos de operação para manter a viabilidade econômica do negócio. Diversas ferramentas são utilizadas, criadas e reinventadas para lidar com estes desafios, na atualidade existe um padrão normatizado com procedimentos técnicos para conduzir o sistema de gestão de uma empresa este guia é chamado de PAS55 e define a Gestão de Ativos como a aplicação de atividades sistemáticas e coordenadas, através da qual uma organização realiza a gestão, de forma otimizada e sustentável, de seus ativos e sistemas de ativos e seu desempenho associado, riscos e custos ao longo do seu ciclo de vida com o objetivo de alcançar o seu planejamento estratégico. No entanto não é tão simples assim gerir um negócio, pois esta norma não apresenta em detalhes com fazer isto, na verdade são apenas diretrizes de como o fazes, um dos grandes pilares da gestão de ativos é a Engenharia de Confiabilidade, pois é esta que vai dar suporte para conhecer o desempenho do seu negócio e

auxiliá-lo no momento da tomada de decisão sobre seus ativos que na maioria das vezes refere-se a ativos tangíveis, ou seja, ativos físicos como equipamentos, plantas produtivas, imóveis e outros exemplos. Diante desta conjuntura serão analisados os dados da vida operacional de um trocador de calor utilizado no processo de refino de petróleo visando o aspecto da engenharia de confiabilidade para alinhar o ciclo deste equipamento com a gestão de ativos.

Sem análise de confiabilidade deste equipamento não há planejamento de manutenção e substituição, o que leva a um maior custo e imprevisibilidade das ações mitigadoras para manter este sistema operando com o máximo de rentabilidade.

1.1JUSTIFICATIVA

O estudo se concentrará no trocador de calor do tipo resfriador a ar identificado pelo tag P-2118 considerado um “Bad Actor” entre os diversos equipamentos estáticos da REPAR, onde cada equipamento deste sistema apresenta em média 12 falhas durante sua vida útil, a abrangência deste estudo não entrará no mérito de solucionar a causa básica das falhas e sim em analisar e entender o comportamento do ciclo de vida operacional do equipamento permitindo então prever situações de modo que a empresa e a manutenção estejam preparadas para responder forma eficiente de modo a impactar o mínimo na sua produção minimizando os custos de manutenção.

1.2OBJETIVO

1.2.1 Objetivo Geral

Através dos dados de falha do sistema e ferramentas de confiabilidade construir a curva de confiabilidade dos equipamentos para embasar tomadas de decisões que reduzam custo de manutenção.

1.2.2 Objetivo Específico

• Conhecer o equipamento e sua função;

• Identificar os dados inerentes ao ciclo de vida do equipamento;

• Coletar os custos de manutenção e substituição do equipamento; • Determinar o modelo estatístico ideal para análise dos dados;

• Construir as curvas de confiabilidade e taxa de falha do equipamento através software de confiabilidade da ReliaSoft;

• Obter o período ideal para substituição (overhaul) do equipamento através do software de confiabilidade da ReliaSoft;

• Propor uma forma de gestão de manutenção deste equipamento. 1.3METODOLOGIA

Este trabalho trata de um estudo de confiabilidade baseado em dados do equipamento coletados que aplicados a um software de confiabilidade com técnicas de Análise de Dados de Vida (LDA – Life Data Analysis), objetivando traçar um comportamento do mesmo de modo que a manutenção industrial tenha condições de prever materiais, sobressalentes, custos e até mesmo substituição do mesmo (overhaul), além disto extrair embasamento para propostas de tomadas de decisões de gestão da manutenção futura.

1.4ESTUTURA DO TRABALHO

O trabalho está estruturado da seguinte forma:

Capítulo 1 – Introdução: Trata inicialmente da contextualização sobre um estudo de caso, sua justificativa, objetivos, metodologia adotada e própria estrutura do trabalho. Capítulo 2 – Objeto de pesquisa: São apresentados os detalhes do equipamento, processo no qual ele está inserido e quais as suas premissas.

Capítulo 3 – Referencial teórico: Apresenta a literatura conceitual sobre o assunto de Confiabilidade, modelos de distribuição estatísticas, análise de dados de vida e sistemas reparáveis.

Capítulo 4 – Análise dos dados de vida do equipamento: Aplicação dos dados coletados ao software de confiabilidade baseado no referencial teórico abordado. Capítulo 5 – Conclusão: Apresenta o resultado do estudo, as dificuldades encontradas durante o estudo e a proposta de melhoria para a gestão da manutenção.

2 OBJETO DE PESQUISA

Neste capítulo é apresentado em detalhes o conceito da função do equipamento, maneira como ele opera, forma construtiva, sua aplicação no processo produtivo, mecanismos que levam a falha, seus impactos econômicos por falha e como o equipamento é reparado. Desta forma é possível perceber o quanto o equipamento afeta no processo produtivo, quanto as falhas representam financeiramente e enfim ter noção do problema proposto pelo trabalho.

2.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Calor é energia na forma térmica e sua transferência ocorre quando existem dois ou mais corpos com temperaturas diferentes, e naturalmente o fluxo de energia acontece do corpo mais quente para o mais frio até o momento em que a temperatura atinja o mesmo valor entre os mesmos conforme representado na figura 1, independente da forma ou estado físico dos corpos a transferência pode ocorrer entre corpos sólidos, líquidos ou gases, basta que haja um diferencial de temperatura durante o processo de transferência de energia, é importante destacar que pode haver alteração de fase de um dos envolvidos.

Figura 1 - Fluxo natural da transferência de calor

Fonte: https://trabalhosdomboscomercesbiologia.files.wordpress.com/2011/10/10.jpg

consultado em 12/08/2016.

Considerando então que existem variáveis no processo de transferência de color tais como estado físico e meio ambiente, o mecanismo de transferência de energia térmica (calor) pode ocorrer de três formas diferentes: Condução, convecção ou radiação.

• Na transferência de calor por condução o fenômeno acontece através da propagação de energia partícula a partícula no nível molecular, de modo que as partículas mais energéticas, ou seja, agitadas transferem parte do calor (energia) para a partícula vizinha e assim sucessivamente, a condução pode ocorrer no estado sólido, líquido ou gasoso;

• A transferência de calor pelo mecanismo de convecção se dá pelo movimento de um fluído, seja líquido ou gás em face de uma superfície sólida, mas também pode ocorrer entre uma superfície líquida e um fluxo gasoso. Estaticamente o mecanismo de convecção não deixa de ser um processo de condução por um breve instante, pois cada molécula do fluído que entra em contato com a superfície troca calor por condução com a mesma e em seguida é substituída, o tempo de contato irá depender da velocidade do fluxo que passa pela superfície;

• Finalmente na transferência de calor por radiação o fenômeno ocorre com a propagação de ondas eletromagnéticas a velocidade da luz chamada de radiação térmica e é um fenômeno presente em todas as superfícies. Entre os diferentes modos de transferência de calor este é o único que além de ocorrer nos sólidos, líquidos e gases, também pode ocorrer no vácuo.

Figura 2 - Mecanismos de transferência de calor Fonte: Manual do vidro (2000, p.23)

A figura 2 ilustra os três meios de transferência de calor, um dos quais é o principio fundamental de funcionamento de trocadores de calor que será abordado no capítulo seguinte.

2.2 TROCADORES DE CALOR

A definição de trocador de calor é todo equipamento estático que através do fluxo de dois fluídos de em temperaturas diferentes sem que os mesmos entrem em contato direto, ou seja, não ha troca de massa, mas promovam troca de energia térmica. Normalmente a troca térmica entre os fluídos é resultado de um aproveitamento de energia adquirida no processo por um dos fluídos e que seria rejeitado ou não teria utilidade na sequência, porém pode ser útil para outro fluído que precisa ser aquecido para um próximo passo do seu processamento.

Esta técnica é muito utilizada na indústria devido à vantagem de dispensar ou reduzir o consumo de fontes energéticas (hídrica, eólica, fóssil...) para aumento de temperatura.

2.2.1 Classificação de trocadores de calor quanto ao escoamento dos fluídos

Considerando que existem diversas formas construtivas, variando sentidos e direções do escoamento dos fluídos nos trocadores de calor, estas variáveis influenciam no resultado da transferência de calor e também nas questões metalúrgicas dos materiais utilizados na construção dos equipamentos, é importante esclarecer alguns conceitos.

- Escoamento Paralelo significa que os dois fluídos envolvidos percorrem o equipamento paralelamente e no mesmo sentido, ou seja, a entrada dos fluídos quente e frio estão do mesmo lado do equipamento, por consequência a saída dos fluídos estão no lado oposto. Esta configuração caracteriza uma grande troca térmica na entrada do equipamento e ao longo do mesmo eles irão trocar energia de forma que suas temperaturas tendem a se aproximar conforme mostrado na figura 3, uma das grandes desvantagens desta configuração é que os bocais de entrada dos fluídos (quente e frio) estão do mesmo lado do equipamento, logo internamente ao equipamento a parede de material que separa os dois fluídos fica submetida a uma maior diferença de temperatura, desta forma a exposição do material a este delta de temperatura pode causar problemas metalúrgicos e ao longo do tempo resultar na falha do equipamento através de uma trinca devido à fadiga térmica por exemplo.

Figura 3 – Escoamento paralelo

Fonte: Adaptado de Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e tubos (Oliveira, 2001, p.12)

- Escoamento em Contracorrente é uma configuração física onde os dois fluídos de processo percorrem o equipamento paralelamente em sentidos opostos, ou seja, os bocais de entrada dos dois fluídos estão nas extremidades opostas, assim a troca de calor entre os fluídos ocorre

tendendo a ser mais próximo de uma constante em todo o comprimento do equipamento conforme representado na figura 4, o que permite uma melhor eficiência de troca térmica e durabilidade do equipamento, por outro lado em algumas situações o traçado das linhas de entrada e saída tende a ficar mais complexo como, por exemplo, levando a um maior comprimento, mais curvas de forma que necessita de mais espaço e ainda acarretando no aumento da perda de carga.

Figura 4 – Escoamento em contra corrente

Fonte: Adaptado de Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e tubos (Oliveira, 2001, p.12)

- Escoamento em Corrente cruzada é caracterizado pela direção de fluxo ortogonal entre os dois fluídos conforme figura 5, normalmente o fluído de interesse para o processo percorre pelo interno dos tubos e o outro fluído envolvido é o ar atmosférico que escoa facilmente entre os tubos devido a sua baixa viscosidade. As vantagens dos trocadores de calor a ar é o baixo custo de implantação, operação e manutenção, pois são equipamentos relativamente simples, mas em contra partida tem suas grandes limitações tais como temperatura máxima de resfriamento que se limita em uma temperatura mínima de 10°C acima da temperatura local atmosférica, outra limitação bastante significativa para este tipo de trocador de calor é que ocupam áreas muito grandes para troca de calor em função do delta de temperatura que se deseja obter.

Figura 5 - Escoamento em corrente cruzada

Fonte: Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e tubos (Oliveira, 2001, p.12)

Para este estudo de caso o equipamento em questão é um resfriador a ar, também conhecidos como Air Cooler conforme mostrado esquematicamente na figura 6, este equipamento é geometricamente disposto na posição horizontal, constituído por várias camadas de tubos paralelos e espaçados entre si de maneira que permita o fluxo do ar atmosférico no sentido vertical, com esta configuração é classificado como um trocador de calor de escoamento em corrente cruzada. Como o mecanismo de troca de calor deste equipamento é através da convecção com o ar, são adotadas algumas técnicas de engenharia para melhorar a eficiência global de troca térmica, para isto os tubos possuem aletas radiais postiças para aumentar a área de troca de calor, as aletas são chapas metálicas em alumínio que por sua vez possuem um elevado coeficiente de troca térmica, também o fluxo de ar é mecanicamente potencializado por meio de ventilador (es) que induz o ar a uma tiragem forçada, ainda para o controle do resfriamento considerando que estes trocadores de calor ficam a céu aberto, logo expostos a intemperes, existe um mecanismo adicional de modo que é possível variar o ângulo das pás das hélices causando então a variação da velocidade do fluxo de ar influenciando assim a temperatura do fluído de processo.

Figura 6 - Resfriador a ar (Air Cooler)

Fonte: Apostila do curso de formação de engenheiros de equipamentos (2005, p. 8)

O contexto no qual o trocador de calor será inserido dentro do processo de uma planta industrial é que define qual a melhor opção de modelo em função das variáveis disponíveis tais como fluídos envolvidos, temperaturas de entrada/saída e área ou volume disponível para instalação do equipamento.

2.3 FORMA CONSTRUTIVA DO TROVADOR DE CALOR A AR

O equipamento de estudo para este trabalho é um trocador de calor refrigerado a ar construído em aço carbono que pode ser definido em três principais partes, o cabeçote de entrada/saída, conjunto de 180 tubos e o cabeçote de retorno de fluxo, conforme figura 7, o conjunto de tubos é distribuído em 5 fileiras contendo 36 tubos em cada uma delas, há uma particularidade no equipamento que é a chapa divisora de passes do fluído que separa as 4 fileiras de tubos superiores da última fileira de baixo de maneira que o equipamento recebe o fluído pelos dois bocais superiores do cabeçote de entrada/saída, transfere o fluído pelas quatro fileiras superiores, despejando no cabeçote de retorno este faz o retorno do fluído pela última fileira inferior de tubos para o cabeçote de entrada/saída onde então o mesmo sai pelo bocal de saída. Como informação adicional, existe um revestimento interno (chamado de “insert”), em aço inox na entrada dos tubos para proteção contra corrosão.

Figura 7 – Projeto detalhado do resfriador a ar

Fonte: Adaptado da REPAR 1 - DE-295-RE-2100-37-00002.0001 B

Com a geometria deste modelo de equipamento e mecanismo de troca de calor, permite sua instalação acima da planta industrial que muitas vexes é uma característica representativa do ponto de vista área da planta e também pode reduzir perdas de carga com distâncias longas de tubulação em uma configuração de planta horizontal.

2.4 APLICAÇÃO DO RESFRIARDOR A AR NO CONTEXTO DO PROCESSO DE REFINO DE PETRÓLEO

Para a planta de produção em questão este trocador de calor opera com o fluído de processo Nafta, cuja função principal é a redução de temperatura do fluído que chega no estado físico de vapor, e ao percorrer os tubos do equipamento perde calor para o ambiente externo, com o resfriamento do fluído no interior dos seus tubos ocorre a condensação passando então para o estado líquido. Na REPAR este processo de resfriamento é composto por um conjunto de trocadores de calor que operam paralelamente num total de oito equipamentos conforme figura 8.

Figura 8 – Simulação 3D da disposição em paralelo dos equipamentos Fonte: Adaptado de REPAR - PDMS

As temperaturas nominais de entrada e saída do fluído no equipamento são de 140ºC e 60ºC respectivamente, outra variável importante é a pressão observada no equipamento anterior no processo (T-2103) conforme figura 9, que quando o conjunto de trocadores de calor opera com 100% de eficiência submete a torre fracionadora (T-2103) a uma pressão de 0,15 kgf/cm², no entanto se houver variação de vazão no sistema de troca de calor ocorre influência direta no rendimento da torre fracionadora (T-2103), mas os impactos serão abordados adiante.

Figura 9 – Fluxograma de processo Fonte: O autor

Este tipo de equipamento se enquadra em uma Norma Regulamentadora NR-13, que “estabelece requisitos mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor,

vasos de pressão e suas tubulações de interligação nos aspectos relacionados à instalação, inspeção, operação e manutenção, visando à segurança e à saúde dos trabalhadores” (NR-13, 2014, p. 1). De acordo com a norma os equipamentos devem ser submetidos a inspeções de segurança periódica de caldeiraria externa e interna, sendo que a periocidade varia de acordo com o fluído de processo, pressão de trabalho e volume. No caso deste trocador de calor nas condições citadas acima o mesmo se caracteriza com um equipamento categoria III e a empresa possuí Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos (SPIE), logo os prazos máximos estabelecidos para inspeção de segurança periódica são 5 anos interna e 10 anos externa.

2.5 MECANISMOS DE DANO QUE LEVAM A FALHA DO EQUIPAMENTO

Existem dois mecanismos de danos que causam a interrupção de operação do equipamento, o primeiro e mais comum é por corrosão que resulta em furo e perda de contenção do fluído de processo, já o segundo mecanismo é a obstrução dos tubos por deposição de sais, mas que também pode culminar em corrosão severa sob depósito ocasionando furo no tubo. Estes mecanismos de falha são bastante conhecidos e estudados no meio do refino de petróleo nacional e internacional, para tanto existe um padrão no sistema Petrobras chamado Diretrizes de Operação, Manutenção, Inspeção e Projeto para Acompanhamento e Controle de Corrosão em Sistemas de Topo de Unidades de Destilação, que define o mecanismo de falha da seguinte forma:

Nos sistemas de topo de unidades de destilação ocorre a condensação dos vapores de topo das torres fracionadoras. Com o resfriamento há mudança de estado físico, com formação de fase líquida oleosa e condensação de água líquida livre, que pode levar

à corrosão de tubulações e equipamentos, em presença de HCl(l) (ácido clorídrico),

H2S(l) (ácido sulfídrico), H2CO3(l) (ácido carbônico) e ácidos orgânicos/carboxílicos

de cadeia curta (acético, propiônico, butírico) e longa (principalmente os lineares). Nos sistemas de topo pode também ocorrer deposição de sais, em especial de cloreto

de amônio (HCl(g) + NH3(g) = NH4Cl(s)), que passam diretamente da fase gasosa para

o estado sólido. Estes sais, por serem higroscópicos, absorvem a água solubilizada e causam corrosão sob depósito. (PG-2AT-00407-0, 2015, p. 4)

Conforme citado acima o momento mais crítico do ponto de vista de corrosão é quando há a condensação dos vapores, isto ocorre logo no início do caminho percorrido pelo fluído dentro dos tubos, a figura 10 mostra um corte longitudinal de um trecho de tubo que falhou por corrosão, é possível observar claramente o estado deteriorado na parte direita da imagem logo após o insert metálico em aço inox utilizado para proteger a região crítica do tubo, à medida que o fluído percorre o tubo a corrosão fica gradativamente menor.

Figura 10 – Seção longitudinal de um trecho do tubo que falhou por corrosão Fonte: REPAR - Acervo físico da Inspeção de Equipamentos

Conforme mencionado anteriormente o outro mecanismo de falha é obstrução dos tubos por formação e deposição de sais no interior dos mesmos, este processo observado na figura 11, na qual foi extraída no interior de um cabeçote de entrada/saída do equipamento onde mostra um tubo parcialmente obstruído, sendo que por mais um período de operação deste equipamento com a mesma composição da nafta e o tubo estaria totalmente obstruído. No entanto este, último modo de falha não será abordado na análise de dados, pois é um caso bem pontual que ocorre em função da qualidade do petróleo recebido para processamento.

Figura 11 – Obstrução parcial de um tubo por precipitação de sais Fonte: REPAR - Acervo digital da Inspeção de Equipamentos

Existe diversas formas reduzir a taxa de corrosão dos tubos, algumas delas são injeções de soda caustica na carga, injeção de neutralizantes na tubulação de entrada do trocador de calor, dessalgação do petróleo mais eficiente, etc... Porém os ajustes variam com a qualidade do petróleo e difícil de ser controlados, pois não tem resultado imediato.

2.6 IMPACTOS ECONÔMICOS QUANTO HÁ FALHA DO EQUIPAMENTO

A variável eficiência do trocador de calor está diretamente relacionada com a quantidade de tubos operando, que por sua vez também está relacionada com a vazão sistema e que finalmente impacta na pressão do equipamento anterior (T-2103), em outras palavras, quando o sistema de resfriamento perde eficiência a temperatura de saída do fluído aumenta e proporcionalmente o seu volume expandido, a consequência mais significativa ocorre no equipamento antecessor ao sistema de troca de calor, ou seja, na torre fracionadora de derivados leves de petróleo (T-2103) como mostrado nafigura 9, a variável temperatura esta diretamente relacionada com a pressão no sistema devido ao volume expandido, quando há aumento de temperatura, a pressão na torre também sobe e isto implica na dificuldade dos vapores de derivados subirem no interior da torre para o fracionamento, logo parte deste fluído saí pela parte inferior da torre, o que significa ao final do processo em baixa recuperação de Diesel a partir do petróleo, a relação entre pressão na versus perda de produto pode ser observado na figura 12.

Figura 12 – Curva de aumento de pressão por trocador de calor fora de operação Fonte: Adaptado da REPAR/Otimização

Enfim um baixo rendimento da planta convertendo-se em pouco retorno financeiro, que convertido em moeda financeira é observado na figura 13.

Figura 13 – Curva de perda monetária por trocador de calor fora de operação Fonte: Adaptado da REPAR/Otimização

De acordo com a curva de pressão mostrada na figura 12, é possível perceber que até dois trocadores fora de operação, a pressão no sistema não se altera, isto significa que o conjunto de 8 trocadores de calor operando em paralelo tem 25% de sua capacidade acima da necessidade operacional, ou seja, pode-se considerar que dois trocadores destes são reservas, no entanto eles estão sempre que possível todos operando, em primeiro lugar porque uma vez que o equipamento entrou em operação, para coloca-lo em hibernação é necessário fazer um processo de lavagem interna para evitar ocorrência de corrosão ainda mais severa do que o equipamento operando, além dos riscos inerentes ao processo de lavagem e seus custos. Em segundo lugar para que deixar dois trocadores de calor fora de operação e sem aumento de pressão seria necessário que todos os outros 6 trocadores estivessem com 100% de eficiência, ou seja, nenhum dos tubos destes 6 trocadores pode estar isolado, este assunto será abordado na próxima seção.

2.7 REPARO DO EQUIPAMENTO

Este modelo de trocador de calor a ar devido à forma construtiva torna impossível realizar manutenção preventiva no sentido de substituir componentes, pois durante a sua construção os tubos são acoplados aos cabeçotes e fixados através o processo de mandrilhamento, desta forma quando um tubo falha (furo), devido à rigidez geométrica dos

dois cabeçotes (entrada/saída e retorno) estarem interligados pelos demais tubos, não é possível substituir um único tubo sem que todo trocador seja desmontado. Em função desta restrição a ação corretiva para a falha do tubo é de isola-lo de maneira que o mesmo deixe de operar, distribuindo sua função para os outros tubos do trocador, reduzindo a eficiência do equipamento conforme visto na seção anterior.

Para isolar um tubo são inseridos com pressão dois plugues metálicos na forma de tronco de cone, um em cada extremidade do tubo de maneira a não mais permitir que o fluído percorra o interior do mesmo, este método está simulado na figura 14.

Figura 14 – Simulação de plugue para tamponar tudo furado do trocador de calor Fonte: O autor

Todo o processo de reestabeecer a operação do equipamento é trabalhoso pois passa pelo isolamento do equipamento do restante do sistema, teste para identificar o(s) tubo(s) furado(s), tamponamento do(s) tubo(s), teste hidrostático e liberação do equipamento, este ciclo leva cerca de dezesseis horas de trabalho envolvendo dois executantes de manutenção e apoios por períodos menores de um Operador da planta, planejador de manutenção e um inspetor de qualidade.

3 REFERENCIAL TEÓRICO

Este capítulo apresenta a teoria genérica de confiabilidade, e em seguida os conceitos são direcionados para o modelo de distribuição no qual o problema deste trabalho se caracteriza, além disto são apresentadas as principais equações para obtenção dos resultados .

3.1 CONFIABILIDADE

O termo Confiabilidade tem se tornado cada vez mais um tema de destaque no meio das indústrias, e assim como o termo Qualidade trouxe muitas mudanças para a organização dos processos, a confiabilidade também é sem dúvida uma revolução para manter uma indústria competitiva nesta era globalizada. Existem muitas definições sobre o conceito de confiabilidade, para Lafraia (2001, p. 11) confiabilidade é a “probabilidade de que um componente, equipamento ou sistema exercerá sua função sem falhas, por um período de tempo previsto, sob condições de operação especificadas”, este termo é muito vasto e complexo, para Ascher e Feingold (1984) modelos de análise de probabilidade e estatística por eles mesmo não são suficientes para melhorar a confiabilidade, este processo envolve mudanças de produto, melhoria do controle da qualidade, descarte de peças defeituosas entre outras ações, no entanto os modelos de analises são métodos rápidos de indicar o caminho para atingir a confiabilidade requerida para o item, além disto, em alguns casos estas ferramentas de análise associadas a técnicas de uso podem apoiar as tomadas de decisão do que deve ser feito para melhor a confiabilidade de um equipamento ou sistema.

Em um primeiro momento o investimento em confiabilidade pode parecer um aumento de despesas, mas Lafraia (2001) defende que com a aplicação da confiabilidade é possível aumentar os lucros através da redução das paradas não programadas que implica em perdas por lucro cessante, essas paradas não programadas aumentam os custos de manutenção devido a mobilizar equipes, fornecedores e materiais em caráter de urgência, além disto, as paradas não programadas aumentam o risco de acidentes, pois atividades mal planejadas e/ou as pressas são mais suscetíveis a erros. Outro benefício da confiabilidade é conhecer os dados de falha do seu equipamento item, assim é possível conhecer e prever seu comportamento permitindo então programar e planejar as paradas, fazendo compras e contratos antecipados de maneira que os custos de manutenção sejam reduzidos assim como o tempo da parada. Também a prática de manter e analisar o histórico de falhas dos equipamentos é um passo fundamental para determinação das causas básicas das falhas e assim atacar nestas causas para

reduzir o número de intervenções o que leva a redução de custos e riscos de acidentes. A análise de custos pode ser ilustrada graficamente para facilitar o entendimento, na figura 14 mostra os custos envolvidos de modo que “para qualquer produto existe um gasto teórico ótimo na confiabilidade em relação ao benefício subsequente” (Lafraia, 2001, p. 8).

Figura 15 – Relação entre confiabilidade e custo Fonte: Lafraia (2001, p. 8)

Tradicionalmente no mudo da engenharia quando se avalia um equipamento do ponto de vista de durabilidade, confiança e baixo custo de manutenção, associam-se estes conceitos a confiabilidade, no entanto matematicamente, confiabilidade é a probabilidade de que um equipamento, sistema ou componente não deixe de exercer sua função por um intervalo de tempo em determinada condição de operação, ou seja, a confiabilidade depende da variável tempo e a falha que significa que o equipamento não é capaz de realiza a função requerida, daí vem a necessidade de se monitorar as falhas em função do tempo, assim é possível entender outra função de confiabilidade que é definido como “frequência com que as falhas ocorrem, num certo intervalo de tempo, medida pelo número de falhas para cada hora de operação ou número de operações do sistema ou componente” (Lafraia, 2001, p. 15).

Figura 16 – A curva da banheira Fonte: Lafraia (2001, p. 16)

Classicamente a vida de um equipamento obedece à curva da banheira que é dividida em três fases conforme mostrado na figura 16, a primeira fase é chamada de período de mortalidade infantil, onde ocorrem as falhas prematuras que tem diversas causas básicas, tais como falhas no processo de fabricação, partidas de equipamentos com a curva fora da recomendada, contaminação ou excesso de temperatura durante a estocagem, transporte inadequado causando vibrações ou variações de temperatura além do permitido, estas são apenas algumas das possibilidades, neste período a taxa de falha é decrescente. A segunda fase da curva da banheira é conhecida como período de vida útil onde a taxa de falhas é constante, e esta falhas normalmente tem caráter casual como erro humano inesperado, fenômenos naturais esporádicas, extrapolação de variável de controle. Finalmente a terceira fase conhecida pela fase de desgaste onde as causas das estão relacionadas com o envelhecimento ocasionando degradação física que pode ser de natureza mecânica, elétrica, química ou hidráulica, nesta fase a taxa de falha tem crescimento continuo.

3.2 SISTEMAS REPARÁVEIS E NÃO REPARÁVEIS

Para desenvolver um correto estudo de confiabilidade é importante observar se o equipamento que está sendo estudado trata-se de um sistema reparável ou não reparável. Um exemplo tradicionalmente utilizado para sistema não reparável é uma lâmpada incandescente, pois quando ela falha, não é possível repará-la ou mesmo que fosse possível custaria varias vezes o custo de uma nova lâmpada, logo este item é substituído e o sistema de iluminação

volta a operar em 100%, para este caso é utilizada a expressão ¨as good as new¨. Já um sistema reparável pode ser caracterizado da seguinte forma, quando ocorre uma falha este equipamento não é descartado, ele passa por manutenção corretiva onde não há substituição de componente e o mesmo volta a operar, neste caso a expressão para esta situação é “as bad as old”, significa que o equipamento continua tão ruim quanto antes de cada reparo, um exemplo de sistema reparável pode ser um pneu que está em utilização, se ao longo de sua vida útil ele furar, o mesmo pode ser consertado e voltar a rodar, no entanto ele continua sendo um pneu desgastado. Para este trabalho o equipamento trocador de calor é considerado um sistema reparável, pois quando ocorre um furo em tubo, este é isolado e o equipamento retorna a operar com os outros tubos.

Para os sistemas reparáveis existem dois tipos de modelos para análise estatística, estes são o processo estocástico e equações diferenciais. Um processo estocástico, abordado de uma maneira simples, é um modelo matemático para fenômenos físicos caracterizados por eventos altamente localizados distribuídos aleatoriamente em tempo continuo, ou é o fenômeno de quando há uma relação de dependência entre os tempos de falha. Cox e Lewis (1966, p. 7) apontam que para tratar a falha como um evento pontual que ocorre em um instante bem definido de tempo é muitas vezes uma simplificação excessiva. Sempre que houver um desempenho estável e o critério de falha é bastante arbritario, a informação pode ser perdida por estudar apenas o tempo até a falha.

3.3 PROCESSO DE POISON NÃO HOMOGENEO (NHPP)

Equipamentos ou sistemas de alto custo ou complexos seriam economicamente inviáveis se tivessem que ser substituídos quando falhassem, sendo assim Ascher e Feingold (1984) concordam que os mesmos podem passar por um reparo ou a substituição de um pequeno componente do sistema, isto é plausível para assumir que a confiabilidade do sistema pós-reparado é essencialmente a mesma do que imediatamente antes da falha, esta suposição caracteriza o modelo de confiabilidade NHPP, que tem sido conhecido como reparo mínimo levando ao termo “bad as old”. Na prática este modelo pode ser útil para prever o número de falhas para um determinado período de tempo, determinar a confiabilidade para mais uma missão, avaliar a taxa de desgaste ao longo do tempo e calcular o tempo ótimo de revisão ou substituição do sistema (overhaul), e através de todos estes dados mapear custo do ciclo de vida do sistema ou equipamento.

Para o estudo de confiabilidade de sistemas com dados de distribuição complexos como o de sistemas reparáveis o modelo de distribuição Weibull não é o recomendado, Crow (1974) observa que distribuições de falhas estocásticas podem ser representadas por uma NHPP, onde ocorrem eventos estocásticos ordenados, independentes incrementos e variadamente distribuidos, ou seja, a taxa de ocorrência de falha varia com o tempo. A propriedade incrementos independentes do NHPP proporciona simplificações de modo que pode ser definida de forma bastante direta e em sistemas em deterirização em função do tempo, neste caso o modelo adequado é o NHPP onde a função de confiabilidade é dada por:

(

)

e

t

t

R

2

,

1

=

Fonte: Ascher e Feingold (1984, p. 30)

Onde (t1) tempo inicial, (t2) tempo final e (∂) constante de taxa de risco.

3.4 LEI DAS POTÊNCIAS (POWER LAW)

O modelo Power Law é um caso especial do NHPP, mas também pode ser abordado como uma continuidade da análise de distribuição Weibull, pois a análise de distribuição do Power Law é a mesma que o Weibull até a primeira falha com taxa de falha constante (λ= contante), a partir de então se intervalo entre falhas segue uma distribuição exponencial e o número de falhas está em função do tempo, este caso é descrito pela função de Power Law. (Reliasoft Corporation, 2016).

Para este modelo algumas equações são importantes:

Intensidade de falha (µ): ) 1 (

t

)

(

=

λβ

µ

t

Fonte: Ascher e Feingold (1984, p. 50)

Onde (λ) é a taxa de falha, (t) o tempo e (β) o fator de forma Weibull.

Importante resaltar que o valor de beta (β) pode identificar a intensidade de falha (µ) no tempo (t), os intervalos seguem segundo Lafraia (2001, p. 178) a seguinte relação:

β < 1 amaciamento, intensidade de falha decrescente (wear-in); β = 1 operação normal, intensidade de falhas estável;

β > 1 desgaste, intensidade de falhas em crescimento (wear-out).

Este modelo é indicado para análise de dados de confiabilidade para o tipo de sistema que opera em um único ciclo e sem revisão, logo a confiabilidade deste sistema se alterada a cada momento à medida que o mesmo envelhece. A vida do sistema consiste no tempo de início de operação (partida) e tempo de fim de operação (substituição do sistema), os tempos de repartida do sistema quando houve as falhas são dados importantes para a análise do envelhecimento do sistema no modelo Power Law. Neste modelo a confiabilidade é condicional a idade que o sistema já operou probabilidade que ele cumpra mais uma missão (período de tempo adicional de operação em relação ao que ele já envelheceu, ou seja, operando até o momento), matematicamente isto pode ser descrito pela equação abaixo:

) ) ( (

)

(

t

e

R

=

Onde (t) é a idade do sistema e (d) é o tempo de missão adicional.

3.5 MODELO DE CUSTO DE SISTEMAS REPARÁVEIS

O sucesso de um modelo de custo para sistemas reparáveis está fortemente ligado a um processo estocástico para traçar o padrão de falha do sistema, de modo que este modelo reflita exatamente as falhas do sistema (Ascher; Feingold, 1984, p. 113). Outra premissa deste modelo é que a cada falha do sistema ocorre o mínimo reparo do equipamento para ele retornar a operação, a proporção deste repara é tão peque que não caracteriza a renovação do sistema, isto mostra que ele está em um processo de deteriorização. Baseado nestas afirmações considera-se o NHPP o modelo mais adequado para representar o este modelo de custo, além do que ele é matematicamente solucionável, desta forma então é possível segundo Ascher e Feingold (1984) chegar à equação abaixo que determina o tempo ótimo de substituição (overhaul) do sistema em função dos custos de reparo mínimo, custo de substituição e os parâmetros da distribuição.

β

β

λ

1

)

1

(

2













−

=

C

C

I

Fonte: Ascher e Feingold (1984, p. 118)

4 ANÁLISE DE DADOS DE VIDA PARA O TROCADOR DE CALOR P-2118

Neste capítulo são apresentados os dados do histórico de falhas, custo de manutenção, custo de substituição e por fim a aplicação dos dados no software para obter a curva de probabilidade de falha dos equipamentos, permitindo então extrair os valores da expectativa de falhas futuras e tempo ótimo para substituição.

4.1 COLETA DE DADOS

Os dados dos equipamentos do sistema de topo P-2118 da REPAR, conforme mencionado na seção 2.4 é dividido em 8 equipamentos idênticos entre si que operam em paralelo, foram retirados do sistema SAP que é utilizado para gestão de manutenção da REPAR, também foram coletados dados do registro físico do acervo do setor de Inspeção de Equipamentos (IE), estes dados estão representados na quadro 1, sendo que as células em verde correspondem ao início de operação dos equipamentos, e as células em alaranjado correspondem a substituição do equipamento.

Quadro 1 – Lista de equipamentos e datas das respectivas intervenções de manutenção Fonte: O autor baseado nos dados de falha dos equipamentos

Os custos de manutenção e substituição foram retirados integralmente do sistema SAP e atualizados através da simulação do planejamento de duas Ordens de Manutenção contendo mão de obra, materiais e serviços externos, os totais dos custos são observados no quadro 2.

Quadro 2 – Custos envolvidos nas intervenções para o trocador de calor P-2118 Fonte: O autor baseado nos dados de falha dos equipamentos

Como a quantidade de Homem Hora de mão de obra necessário para executar pode sofrer uma pequena variação no momento da execução devido a diversas variáveis tais como tempo para liberação do serviço, questões ambientais como intempéries, reprovação no teste de teste hidrostático, entre outras possibilidades, devido a todos estas variáveis os valores para reparo e substituição foram arredondados para R$ 8.000,00 e 200.000,00 respectivamente.

4.2 APLICAÇÃO DOS DADOS COLETADOS AO SOFTWARE

Conforme abordado na seção 3.4 o modelo da Lei das Potências (Power Law) é o indicado para análise de dados de confiabilidade para este tipo de equipamento devido ao modo de mínimo reparo que opera em um único ciclo e sem revisão configurando um modelo em envelhecimento, utilizando o software da RELIASOFT, mais especificamente o módulo para análise de dados recorrentes, o RGA, a figura 17 demonstra a inserção dos oito sistemas (trocadores de calor), conforme dados do quadro 1, mas é importante destacar que os dados são lançados em uma linha do tempo T0 = 0 os tempos das falhas consecutivas são lançados sempre referente ao T0.

Figura 17 – Dados de início e fim de operação com as falhas intermediárias Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Após o lançamento dos dados dos 8 sistemas o software processou todas os equipamentos em uma única linha do tempo a partir do mesmo T0 conforme mostrado na figura 18, neste momento já é possível observar graficamente que o número de falhas cresce muito a medida que o tempo passa.

Figura 18 – Gráfico do número de falhas acumuladas x tempo Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

De uma forma de visão diferente, a figura 19 mostra a distribuição das falhas ao longo do tempo ocorrendo separadamente em paralelo, este modo de apresentação pode ser útil para identificar alguma variação no processo que coloque um equipamento em uma condição diferenciada causando mais ou menos falhas, ou o acumulo de falhas em algum certo período, são informações úteis que podem auxiliar a engenharia de manutenção, inspeção de equipamentos e a otimização de processos a focalizar seus estudos.

Figura 19 – Gráfico de operação do sistema x tempo Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Através dos dados do quadro 1 lançados conforme na figura 17, foram calculados os parâmetros da distribuição beta (β) lambda (λ), e o valor encontrado para beta (β = 4,18), como apresentado na figura 20, vem para confirmar a percepção da figura 18 de que com o decorrer do tempo as ocorrências de falha aumentam, mas ainda de acordo com o conceito na seção 3.4, um beta maior que 1 já indica desgaste do componente com intensidade de falhas em crescimento (wear-out).

Figura 20 – Parâmetros calculados do modelo Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

A figura 21 a seguir mostra a curva de probabilidade de falha do sistema, que como já esperado conforme a evidência mostrada nos resultados anteriores é muito crescente.

Figura 21 – Probabilidade de falha x tempo Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Como em confiabilidade a informação de interesse é a probabilidade de que um item não falhe em um determinado intervalo de tempo, isto significa matematicamente que a confiabilidade é R(t) = 1 – F(t), onde F(t) é a função acumulada de falhas, o gráfico da confiabilidade condicional é o oposto do gráfico apresentado anteriormente na figura 21.

Embora os gráficos muitas vezes não sejam a forma mais precisa de determinar um resultado exato de uma função, a figura 22 mostra o gráfico da curva de confiabilidade para o sistema de troca de calor P-2118, mas observando esta representação gráfica pode-se perceber após aproximadamente 1200 dias de operação o sistema ou cada trocador de calor já começa a apresentar uma confiabilidade com perdas sensíveis.

Figura 22 – Confiabilidade condicional x tempo Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Em outra função do RGA foi possível estimar o tempo ótimo para substituição (overhaul) de cada trocador, baseado no custo de reparo, custo de substituição e os parâmetros da distribuição obteve-se tempo ótimo para substituição de 4.207 dias, ou cerca de 11,5 anos, conforme figura 23.

Figura 23 – Tempo ótimo de substituição (Dia) Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Para o mesmo cálculo do tempo ótimo de substituição foi possível utilizar a equação vista na seção 3.5 (Modelo de Custo de Sistemas Reparáveis), chegando ao mesmo valor obtido através do RGA, conforme desenvolvimento abaixo:

β

β

λ

1

)

1

(

2













−

=

C

C

I

8000

)

1

179306

,

4

(

10

618203

,

5

000

.

200













−

=

x

I

_I

=

₄

_.

₂₀₇

_,

₇₄₅

Também foi possível obter a forma gráfica desta curva onde o tempo ótimo de substituição destaca-se como o ponto de mínimo da função, a figura 24 demonstra a curva desta função sendo o eixo das ordenadas (custo do equipamento por unidade de tempo) e o eixo das abscissas (tempo).

Figura 24 – Gráfico do tempo ótimo de substituição (Dia) Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Utilizando a informação do tempo ótimo de substituição obtida acima, em outra funcionalidade do RGA, foi possível prever um número de falhas até os 4207 dias de operação, neste caso o RGA calculou 7 falhas para este intervalo de tempo conforme mostra a figura 25.

. Figura 25 – Número de falhas previstas até o tempo ótimo de substituição

Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Ainda nesta mesma funcionalidade foram simulados diversos números de dias até que o número de falhas se tornassem valores inteiros, mesmo porque não existe meia falha, chegando então até o número de sete falhas previstas pelo software, a partir daí estima-se estar próximo dos 4207 dias e a recomendação seria a substituição do equipamento, os valores obtidos estão representados na figura 26, sendo que a primeira falha é prevista para ocorrer com aproximadamente 2569 dias.

Figura 26 – Número de dias previstos para ocorrência de cada falha Fonte: O autor em RELIASOFT/RGA

Este capítulo expõe os resultados obtidos com o auxilio do software para solução do problema proposto por este trabalho, através dos dados de falha dos trocadores de calor foram extraídos os valores de beta (β) 4,18 e lambda (λ) 5,62 permitindo assim, extrair a curva de probabilidade de falhas, a curva de confiabilidade condicional que por sua vez permitiu calcular o tempo ótimo de substituição de 4207 dias, e neste intervalo de tempo de operação são previstas 7 falhas sendo que a primeira deve ocorrer com aproximadamente 2569 dias.

5 CONCLUSÃO

A proposta deste trabalho foi de contribuir com dados sólidos para a criação de um plano de manutenção voltado para a gestão deste ativo de maneira que se obtenha o melhor resultado do aspecto de produtividade e retorno financeiro de modo que a empresa não seja surpreendida com atividades e custos não previstos no seu orçamento, no entanto outro ponto de destaque é o cuidado com incêndio, pois mesmo que seu ponto de ignição da nafta sendo a

277ºC e a temperatura de processo a no máximo a 140ºC, pode haver outra fonte de

Como mencionado no início deste trabalho o intuito do estudo não foi de buscar soluções para a redução das falhas através de alterações metalúrgicas ou de processo, e sim demonstrar como o sistema se comporta ao longo do tempo para que a partir disto sejam tomadas decisões e desenvolvidas ações de melhoria de gestão. A análise dos dados foi baseada em conceitos teóricos de confiabilidade e mais especificamente a confiabilidade de sistemas reparáveis utilizando o modelo da Lei das Potencias dos autores Ascher e Feingold (1984), no qual o modo do ciclo de vida útil deste sistema está caracterizado.

Os dados de vida dos trocadores de calor foram aplicados no software da RELIASOFT no módulo do RGA e os resultados obtidos foram os parâmetros da distribuição, os gráficos com a ocorrência das falhas, a curva de probabilidade de falha, a curva de confiabilidade, o valor do tempo ótimo de substituição de cada equipamento, o número de falhas previstas até o tempo ótimo de substituição e a previsão dos números de dias até cada falha. Através dos resultados obtidos é possível prever a ocorrência das falhas e assim preparar os sobressalentes para que no momento da intervenção, todos os materiais estejam em estoque da mesma forma que quando chegar o momento da substituição definido pelo tempo ótimo calculado, o equipamento reserva esteja disponível, já que o processo de recuperação de um trocador de calor deste porte leva cerca de seis meses, embora este sistema opere com 25% de capacidade de troca de calor acima da necessidade, dois trocadores (25% de 8 trocadores) não podem ficar fora de operação devido em raras exceções o sistema possuir todos os trocadores 100% íntegros.

Um ponto de destaque no desenvolvimento deste trabalho foi a fase de levantamento de dados, pois os registro não são claros no sentido de datas de início e fim de avarias, também foram encontradas falhas na informação se o equipamento estava parado ou operando, e as notas do tipo falha/defeito (ZF) muitas vezes não coincidem com as notas de recomendação de inspeção (ZR). Diante de tantas incertezas foi necessário fazer um

levantamento caso a caso das notas, acessando cada uma delas para verificar o descritivo da solicitação, na sequência foram acessadas as respectivas ordens de manutenção e da mesma forma verificados os comentários registrados, os materiais relacionados e as tarefas executadas. Outra forma de reduzir as incertezas foi através de entrevistas com as equipes de planejamento de manutenção, executantes da manutenção e inspetores de equipamentos. Mesmo assim o histórico das falhas ainda é um tanto nebuloso devido algumas incertezas que pairam sobre estes registros tendo em vista que o intervalo avaliado é longo pois começou no ano de 2001. Um fato complicador destes registros é a existência de um trocador de calor reserva além dos 8 em operação, este sobressalente é utilizado para substituir um equipamento em operação que chega no final de vida operacional, no entanto quando um equipamento sai de operação normalmente ele mantém os registros de nota e ordem de manutenção para tratar a recuperação do equipamento que tornou-se reseva mas mantém o Tag do local de instalação que retornou a operar.

De um modo geral o trabalho atingiu os objetivos de quantificar os dados de confiabilidade, para orientar a gestão deste ativo para a melhoria da segurança de pessoas e ambiental, e não deixando de lado o aspecto econômico do negócio da companhia.

TRABALHOS FUTUROS

Recomenda-se uma atividade de melhoria da qualidade dos registros no que se refere as datas das falhas, início e fim da avaria e datas de substituição, importante também criar notas e ordens de manutenção exclusivas para restauração do equipamento de modo que não se confundam com reparo e substituição. Outra melhoria seria registrar a quantidade e a posição dos tubos isolados a cada reparo, com estas informações poderia talvez dependendo da qualidade os registros e a análise estatística dos dados, prever quais e quando os tubos irão falhar, desta forma seria possível implantar um sistema de manutenção preventiva para estes trocadores de calor, o que seria um grande ganho para segurança.

REFERÊNCIAS

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2006.

LAFRAIA, João R. B. Manual de Confiabilidade, Mantenabilidade e Disponibilidade. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2001.

NORMA REGULAMENTADORA. NR-13 Caldeiras, Vasos de Pressão e Tubulações. Brasilia: MTE, 2014 O´CONNOR, Patrick D.T.; NEWTON, D; BROMLEY, R. Pratical Reliability Engineering. 4th ed. rev. England: John Wiley & Sons, 2002.

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PETROBRAS. PG-2AT-00407-0 Diretrizes de Operação, Manutenção, Inspeção e Projeto para

Acompanhamento e Controle de Corrosão em Sistemas de Topo de Unidades de Destilação. Rio de Janeiro,

2015.

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