18º Prêmio de Excelência da Indústria Minero-metalúrgica Brasileira

18º Prêmio de Excelência da Indústria Minero-metalúrgica Brasileira

Autores:

Samuel Brito Ribeiro – Engenheiro de Manutenção

Técnico em mecânica pelo Centro Federal de Educação tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), técnico em mineração pela Fundação Itabirana Difusora do Ensino (FIDE), graduado em Engenharia de Produção pela Fundação

Comunitária de Ensino Superior de Itabira (FUNCESI) e atualmente cursando pós-graduação em Engenharia e Gestão da Manutenção pela Universidade Cândido Mendes (UCAM).

Experiência de 14 anos no setor de mineração (Vale), atuando em vários

processos como Execução, Planejamento e Controle de Manutenção, Engenharia de Manutenção, Implantação e auditorias em Sistemas de Gestão da

Manutenção.

Fernando Teixeira – Engenheiro Mecânico

Graduado em Engenharia Mecânica pela PUC-MG, Especialista em

Confiabilidade, MBA em Gestão de Negócios pela Fundação Dom Cabral, Mestre em Engenharia Mecânica pela PUC-MG e Doutorando em Engenharia Mecânica pela PUC-MG.

Experiência de mais de 20 anos em empresas de mineração de ferro, ouro, cimenteiras, e consultorias. Atuação nas áreas de manutenção, engenharia de manutenção, projetos, planejamento, produção, manutenção preditiva e auditorias em sistemas de gestão da manutenção.

Categoria: Manutenção

Nome do Projeto: Aplicação da metodologia de RCM para definição das estratégias de

manutenção de ativos de beneficiamento de minério de ferro em uma planta em fase de “Ramp-up”.

Empresa: VALE

Aplicação: Complexo Itabira: Mina Conceição – Britagem Primária CE II Período de Realização do Projeto: Fevereiro de 2014 a dezembro de 2015

RESUMO

A necessidade de eliminar as perdas nos processos produtivos têm sido uma constante para as empresas que querem se manter competitivas no cenário econômico desafiador que a mineração enfrenta nos últimos anos. O que se espera de ativos de plantas em fase operacional, é que possam apresentar máximo desempenho a fim se obter melhores resultados financeiros. Por outro lado na fase pré-operacional ou fase de ramp-up, o cenário atual pede que as falhas prematuras sejam eliminadas ao máximo e que o quanto antes os ativos estejam em plena operação para que o retorno financeiro do investimento possa ser alcançado para remunerar o investidor como planejado. A utilização de técnicas e ferramentas de confiabilidade em ativos em operação já é uma realidade em diversas empresas que buscam a excelência em suas operações. Quando entramos na fase de ramp-up, onde percebemos uma fase de “saída” de projeto para a “entrada” na operação, não é uma rotina a aplicação de técnicas de confiabilidade para a determinação de uma estratégia de manutenção adequada. Desta forma o que se pretende apresentar com este trabalho é a aplicação da metodologia de RCM (Reliability Centred Maintenance), ou manutenção centrada em confiabilidade para a definição das estratégias de manutenção para uma planta de beneficiamento de minério de ferro em fase de ramp-up. Resultados antes e após a aplicação desta metodologia serão apresentados, bem como os ganhos não mensuráveis.

1. CONTEXTUALIZAÇÃO

O Projeto Conceição II inaugura o 3º ciclo de exploração do minério de ferro em Itabira, transformando em produto comercializável os itabiritos compactos de baixo teor de ferro armazenado durante os anos nas pilhas de estéril, material duro que precisa ser moído para a retirada das impurezas presentes junto ao ferro. Figura – 1.

Localizada na Mina de Conceição, foi construída a primeira instalação de tratamento de minério deste tipo na Vale, a Usina de Tratamento de Minério de Conceição II (Ferrosos Sudeste). Este empreendimento tem a capacidade de produzir 12 milhões de toneladas de pellet-feed por ano. A operação em ramp up da Planta de Conceição II começou em dezembro de 2013 e estará nesta fase até dezembro de 2014.

Pelo fato da britagem primária de Conceição II ser um processo singelo com processos de manutenção e operação ainda em implantação e necessidade de bom desempenho em confiabilidade, esta área foi selecionada para um diagnóstico dos processos de manutenção e operação a luz dos conceitos do VPS.

Figura – 1: Britagem primária Conceição II

2. DIAGNÓSTICO DE PROCESSOS

O diagnóstico de processo de manutenção e operação foi realizado em fevereiro de 2014 e contou com uma equipe multidisciplinar formada por profissionais das Diretorias de Melhorias Operacionais e Diretoria de Ferrosos Sudeste.·.

O objetivo deste diagnóstico foi determinar o nível de maturidade dos processos de manutenção e operação, identificando possíveis lacunas nestes processos e propondo

alternativas para uma maior estabilidade do processo produtivo quando da operação em plena carga. A Figura -2 mostra o resumo do diagnóstico com os processos e ferramentas selecionadas para implantação, bem como a representação gráfica da relação entre implantação e maturidade dos processos do VPS.

Figura – 2: Resumo dos processos selecionados

Com base neste diagnóstico foi estabelecida duas frentes de atuação; Manutenção e operação. A Figura – 3 mostra a formação da frente de trabalho de manutenção com a respectiva equipe, lideres e sponsors. Nesta frente então como proposta esta a aplicação da metodologia de RCM (manutenção centrada em confiabilidade), como parte da aplicação do processo de prevenção de falhas, que objetiva o aumento de confiabilidade da instalação.

Figura – 3: Organograma Frente Manutenção

3. DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE BRITAGEM

A área de Britagem Primária faz a operação de cominuição (redução de tamanho do minério), onde se libera as espécies disseminadas, facilita-se a manipulação dos sólidos e se obtêm um material de tamanho apropriado e controlado para seu tratamento nas seguintes etapas do processo. Figura – 4.

Os ativos da área de britagem primária são:

 Silo - volume útil 400 m3 (SI-1210CN-01).

 Talha elétrica - 5 t de capacidade (TE-1210CN-01).  Rompedor de Matacões (BR-1210 CN-02).

 Britador Giratório - mod. 60”x 89” (BR-1210CN-01).  Talha elétrica - 5 t de capacidade (TE-1210CN-02).  Talha elétrica - 10 t de capacidade (TE-1210CN-03).  Talha elétrica - 5 t de capacidade (TE-1210CN-04).  Silo - volume útil 400 m3 (SI-1210CN-02).

 Alimentador de Placas (AL-1210CN-01).  Transportador de Correia (TR-1210CN-01/02).  Talha elétrica - 3 t de capacidade (TE-1220CN-02).  Extrator de Sucata Auto Limpante (EX-1210CN-01).  Detector de Metais (DM-1210CN-01).

 Balança Integradora (BL-1210CN-01).  Elevador Hidráulico (EL-1210CN-01).  Carro de Transferência (SH-1210CN-01).  Ponte Rodante (PR-1210CN-01).

Para o projeto em questão, a aplicação da metodologia ficou delimitada nos equipamentos; Silo de entrada, rompedor, britador, alimentador e silo de descarga. A figura 5 mostra de forma esquemática o arranjo destes equipamentos.

Figura – 5: Equipamentos da área de britagem primária

A área de Britagem Primária é dividida em três sistemas de operação conforme figura 6.

Figura – 6: Sistemas de operação da britagem primária

Os sistemas de operação são detalhados a seguir e ilustrados na figura 7:

Sistema de Descarga e Recepção do Minério

O minério extraído da mina (ROM: Run of Mine) com num tamanho de rocha de 0.5 a 1 m é transportado para a área da britagem primária por meio de caminhões de 240 t de

capacidade, os quais descarregam diretamente no silo (SI-1210CN-01) que tem um volumem útil de 400 m3_.

Este silo esta desenhado para receber minério de dois caminhões simultaneamente (alimentação simultânea dos dois lados); de um lado do silo se tem instalado um rompedor de matacos (BR-1210 CN-02) sobre uma base de concreto, que se encarrega de reduzir os tamanhos das rochas maiores fornecidas para o britador primário.

Sistema de Britagem Primária

O minério depois de ser descarregado no silo (SI-1210CN-01) ingressa na alimentação do britador primário (BR-1210CN-01) do tipo giratório modelo 60” x 89” onde se faz o processo da fragmentação. O britador primário reduz o tamanho do minério ate 150 mm e tem um rendimento operacional de 60%.

Sistema de Armazenamento e Transporte de Minério

O minério triturado é descarregado no silo (SI-1210CN-02) este silo absorve as variações de fluxo instantâneo do minério triturado; contando com um volumem útil de 400 m3_.

O minério é extraído do silo por meio de um alimentador de placas (AL-1210CN-01) que transfere sua carga para o transportador de correia (TR-1210CN-01) o qual conta com: Uma balança integradora (BL-1210CN-01) para o controle da tonelagem, um extrator de sucata auto limpante (EX-1210CN-01) que se encarrega de eliminar a sucata ferromagnética que é encontrada junto com o minério e um detector de metais (DM-1210CN-01) o qual detecta a presença de metais (em casos em que o extrator de sucata não o tenha extraído) e para o transportador.

O transportador de correia (TR-1210CN-01) transfere o minério para o transportador de correia (TR-1210CN-02) para logo envia-lo à pilha reguladora (Área de Pilha Reguladora).

Figura – 7: Lay out dos sistemas de operação da britagem primária

4. METODOLOGIA DO RCM

A metodologia do RCM (Reliability Centred Maintenance), ou manutenção centrada em confiabilidade é um processo utilizado para determinar o plano de manutenção ótimo, baseado em conceitos de confiabilidade, de um ativo físico levando em consideração o seu contexto operacional.

O grande objetivo da metodologia do RCM é assegurar que o ativo em questão continue a cumprir suas funções durante toda a sua vida útil.

As principais características desta metodologia são o enfoque sistemático, a abordagem preventiva, a confiabilidade a um custo ótimo e o desenvolvimento do plano de manutenção levando em consideração o contexto operacional que o ativo se encontra.

Este processo de Manutenção Centrada em Confiabilidade pode ser sintetizado em sete questões sobre o item, equipamento ou sistema:

(1) Quais as funções e padrões de desempenho do item no contexto operacional? (2) De que forma ele falha em cumprir suas funções?

(3) O que causa cada falha operacional?

(4) O que acontece quando ocorre cada falha? (5) De que forma cada falha tem importância? (6) O que pode ser feito para prevenir cada falha?

(7) O que deve ser feito se não for encontrada uma tarefa preventiva?

Nos próximos itens são apresentados os resultados da aplicação da metodologia do RCM na britagem primária de Conceição II. Nos ativos silo de entrada, rompedor, britador, silo intermediário e alimentador.

4.1 FUNÇÕES

Foi levantado um total de 35 funções dos ativos da britagem primária. Na figura 8 pode se ver a quantidade de funções por ativo. Vale destacar que as funções de proteção também foram abordadas neste trabalho.

Figura – 8: Funções levantadas por ativo da britagem primária

4.2 FALHAS FUNCIONAIS

As falhas funcionais levantadas dos ativos da britagem primária totalizaram 38. Ver figura 9.

Figura – 9: Falhas funcionais levantadas por ativo da britagem primária

4.3 MODOS DE FALHA

Uma etapa fundamental desta metodologia é o levantamento, preventivo, de todos os modos de falha possíveis para os ativos em questão. A partir destes modos de falha levantados é que são direcionadas as estratégias e atividades de manutenção, bem como possíveis contingencias ou até mesmo reprojetos. Foram levantados um total de 243 modos de falha. A figura 10 mostra o numero de modos de falha por ativo.

Outro aspecto importante que foi abordado neste trabalho foi o levantamento dos modos de falha ocultos. Estes modos de falha, de uma maneira geral, estão relacionados às proteções dos ativos e em caso de uma falha destas proteções as consequências podem ser catastróficas. A figura 11 mostra a relação entre a quantidade de modos de falha evidentes e ocultos levantados.

Aproximadamente 25% dos modos de falha levantados possuem características de modos de falha ocultos. Este tipo de característica dos modos de falha nos conduz a uma tratativa menos convencional para melhor direcionarmos os esforços de manutenção e assim conseguir ações mais efetivas. Em grande parte, tarefas de localização de falhas são recomendadas.

Figura – 11: Modos de falha levantados oculto x evidente

A figura 12 mostra a quantidade de modos de falha levantados por especialidade. Destaca-se o percentual de modos de falha eletroeletrônicos (41%), o que justifica o percentual de modos de falha ocultos. A especialidade com maior quantidade de modos de falha foi da especialidade mecânica (43%).

Figura – 12: Modos de falha levantados por especialidade da britagem primária

4.4 . CONSEQUÊNCIAS DAS FALHAS

Quanto às consequências das falhas, observamos uma predominância das consequências relacionadas às falhas operacionais (65%) seguidas pelas consequências de falhas ocultas (26%). A tabela 1 e a figura 13 retratam esta observação.

Figura – 13: Consequências das falhas da britagem primária

4.5 TAREFAS PROPOSTAS

Com base nos modos de falha levantados e utilizando o diagrama de decisão proposto pela metodologia do RCM, foram definidas as tarefas de manutenção. A tabela 2 mostra a quantidade de tarefas propostas por tipo de manutenção. Foram definidas 248 tarefas.

Tabela - 2: Quantidade de tarefas por tipo de manutenção

Pode-se observar pela figura 14 que 60% das atividades propostas são de inspeção sensitiva ou preditiva e 23% para tarefas de localização de falhas. Desta forma, 83% das tarefas propostas estão relacionadas a intervenções baseadas na condição do ativo.

Estes números demonstram que a estratégia indicada pelo RCM para o plano de manutenção tem um aspecto preponderante para intervenções baseadas na evolução dos defeitos dos ativos.

Outro ponto de destaque é que para 21 modos de falha levantados, não se encontrou uma tarefa preventiva que fosse tecnicamente viável para ser efetiva quanto a estes modos de falha. Porém, tanto contingências, como necessidades de sobressalentes para minimizar possíveis impactos, foram considerados.

Figura - 14: Tipos de tarefas propostas para a britagem primária

5. PLANOS DE MANUTENÇÃO

Abaixo seguem exemplos de atividades geradas através do RCM, que serão cadastradas no sistema informatizado de manutenção para serem executadas conforme a periodicidade definida.

6. LISTA DE PEÇAS

Com base nos modos de falha levantados, em que estava relacionado o reparo ou troca de algum componente, foi avaliado o risco de cada modo de falha (NPR) para a definição da necessidade ou não se ter o componente avaliado em estoque. Foi definido que para componentes com risco igual ou maior que 36, o mesmo será mantido em estoque. Assim, caso ele venha a falhar, o tempo para reparo será minimizado, visto que o componente já estará disponível para substituição imediata.

As figuras 15 e 16 mostram o modelo utilizado para definição dos componentes em estoque em função do risco aceitável.

Figura - 16: Matriz de risco dos componentes (Ocorrência x Severidade)

Com esta análise foi definida a lista de sobressalentes necessária para estoque, representada na figura 17.

Figura - 17: Exemplo da lista de sobressalentes para estoque

7. AVALIAÇÃO DA CONFIABILIDADE

Utilizando uma base de dados de falha do britador e alimentador foi realizado um modelamento do comportamento de confiabilidade destes equipamentos para avaliar o seu nível de confiabilidade atual bem como utilizar destas informações para, se possível, aprimorar o plano de manutenção proposto.

Tanto para britador quanto para o alimentador foi possível aproximar o modelo de confiabilidade por uma distribuição de Weibull.

As figuras 18 e 19 mostram a probabilidade de falha e a confiabilidade ao longo do tempo para o britador.

Estas curvas demonstram que probabilidade de falha do britador para operação de até 75 horas é da ordem de 80% ou a confiabilidade de se operar até 150 horas sem paradas de aproximadamente 20%

A figura 18 mostra a taxa de falha do britador. Uma constatação pela análise é a alta taxa de falha no inicio de operação. Este fato também caracterizado por mortalidade infantil também pode ser confirmado quando obtemos um fator β menor que 1 para a distribuição de Weibull. No caso do britador este fator β foi de 0,52.

Figura - 19: Confiabilidade para o britador ao longo do tempo

Figura - 20: Taxa de falha para o britador ao longo do tempo

As figuras 21 e 22 mostram a probabilidade de falha e a confiabilidade ao longo do tempo para o alimentador.

Estas curvas demonstram que a probabilidade de falha do alimentador para operação de até 150 horas é da ordem de 80% ou a confiabilidade de se operar até 150 horas sem paradas é de aproximadamente 20%

A figura 23 mostra a taxa de falha do alimentador. Uma constatação pela análise é a alta taxa de falha no inicio de operação. Assim como no britador, este fato também é

caracterizado por mortalidade infantil e também pode ser confirmado quando obtemos um fator β menor que 1 para a distribuição de Weibull. No caso do alimentador este fator β foi de 0,53.

Figura - 21: Probabilidade de falha para o alimentador ao longo do tempo

Figura - 23: Taxa de falha para o alimentador ao longo do tempo

As figuras 21, 22 e 23 mostram o nível de confiabilidade de diversos equipamentos da instalação. Após a implantação da estratégia de manutenção baseada em RCM foi realizada nova coleta de dados e avaliada evolução da confiabilidade da britagem como um todo.

A figura 24 mostra a evolução do nível de confiabilidade da instalação para 24 horas e 100 horas. Houve um aumento de 19% para 38% e 5% para 16% respectivamente.

8. RESULTADOS OPERACIONAIS

As figuras 25, 26 e 27 comparam os principais indicadores de processo nos anos de 2014 e 2015 de forma a esclarecer a evolução ocorrida após a implantação das estratégias de manutenção desenvolvidas a partir da aplicação da metodologia RCM. Para o ano de 2015, os resultados foram calculados entre os meses de março a dezembro, visto que as ações do projeto se encerraram em fevereiro de 2015. Já os indicadores de 2014 foram calculados de forma acumulada entre os meses de janeiro a dezembro.

Figura - 25: MTBF – Tempo médio entre falhas

Percebe-se um aumento significativo do tempo médio entre falhas no processo de britagem primária ao comparar o valor acumulado de 2014 com o de 2015, ou seja, um aumento em média de mais de 14 horas entre uma falha e outra que interrompeu o processo produtivo. 6:49:00 21:15:57 0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 24:00:00 2014 2015

MTBF - Tempo médio entre falhas

Figura - 26: DF – Disponibilidade física

A disponibilidade física acumulada da planta de britagem em 2015 aumentou em mais de 10% em relação ao valor acumulado de 2014, mesmo com o impacto causado pelo elevado número de horas necessárias para as manutenções corretivas pontuais dos meses de setembro e outubro de 2015. Assim, a planta de britagem ficou

aproximadamente 10% a mais do tempo disponível para a equipe de operação utilizá-la.

Figura - 27: Produção 81,13 91,66 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 2014 2015

DF - Disponibilidade

Produção (ton)

A produção da Usina em 2015 aumentou em mais de 85% em relação a 2014. Apesar de a planta estar em fase de ramp-up em 2014 com operação abaixo da

capacidade de projeto da planta, a evolução positiva dos indicadores da britagem primária apresentados nas figuras 25 e 26 foi primordial para alavancar a produção da planta completa em 2015.

9. CONCLUSÕES & RECOMENÇÕES

A utilização da ferramenta de RCM na britagem primária para a definição da estratégia de manutenção para uma unidade em “ramp-up” se mostrou aplicável. A metodologia, além de criar um raciocínio lógico e sistemático para elaboração do plano de manutenção e lista de peças, propiciou aumento do conhecimento sobre os ativos estudados e contribuiu para melhoria nos principais indicadores do processo.

Como demonstrado na figura 24, houve um ganho de confiabilidade em função do tempo de operação. Outro indicador que demonstra esta evolução é o MTBF, tempo médio entre falhas. Uma das razões para o ganho de confiabilidade está ligada à redução da ocorrência de falhas, o que se atribui à inclusão de tarefas preventivas para inibir os modos de falha determinados pela aplicação da metodologia.

Com a melhora dos indicadores de confiabilidade MTBF e MTTR, o reflexo ocorre na DF – Disponibilidade física, que se torna mais elevada à medida que os tempos de manutenção corretiva são reduzidos.

O impacto da melhoria dos indicadores da Britagem Primária tem influência direta nos resultados do processo de beneficiamento como um todo e contribui de forma significativa para o aumento da produção do processo de beneficiamento do minério. Como relatado anteriormente, a Britagem é fundamental para alimentar a Usina, que é o processo subsequente à Britagem. Anteriormente, a baixa confiabilidade da Britagem comprometia o restante do processo, tornando-se um gargalo operacional. Com o melhor desempenho, a Britagem pode fornecer a quantidade de material britado necessário para que as próximas etapas do tratamento do minério sejam plenas, operando dentro da capacidade para a qual foram projetadas.

Por fim, recomenda-se a aplicação da ferramenta para os demais processos a fim de que a confiabilidade da planta como um todo melhore e os resultados operacionais sejam ainda mais expressivos.

10. BIBLIOGRAFIA

MOUBRAY, J. (2000), Reliability-centred Maintenance (RCMII) Aladon, Grã Bretanha.

ABNT (1994), Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 5462: Confiabilidade e Mantenabilidade, Rio de Janeiro.