Aplicação de metodologias RCM nos planos de manutençao de sistemas de proteção, comando e controlo

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Aplicação de Metodologias RCM nos Planos de

Manutenção de Sistemas de Proteção, Comando e

Helder Dinis Fernandes Tavares

Mestrado Integrado em Engenharia

Orientador:

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Aplicação de Metodologias RCM nos Planos de

Manutenção de Sistemas de Proteção, Comando e

Controlo

Helder Dinis Fernandes Tavares

V

F

Dissertação realizada no âmbito do

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Major Energia

Orientador: Prof. Dr. Helder Filipe Duarte Leite

Coorientador: Eng.º Alberto Pinto

Julho de 2012

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Aplicação de Metodologias RCM nos Planos de

Manutenção de Sistemas de Proteção, Comando e

e de Computadores

Resumo

O Sistema de Proteção, Comando e Controlo (SPCC) de subestações AT/MT permite a proteção, supervisão e comando global destas instalações, contribuindo assim para o aumento da segurança do abastecimento de energia elétrica e uma melhoria da continuidade e qualidade de serviço da rede elétrica AT e MT.

A fiabilidade e segurança são características funcionais fundamentais a um SPCC. A função de manutenção permite assegurar essas características. As empresas operadoras da rede elétrica têm consciência da importância da manutenção e cada vez mais procuram otimizar a relação custo/benefício da função de manutenção.

As metodologias “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), permitem determinar planos de manutenção para equipamentos ou sistemas, que minimizem o seu custo de manutenção e maximizem a sua operacionalidade durante o seu ciclo de vida. Nesse sentido, o trabalho desenvolvido nesta Dissertação visa estudar a implementação de metodologias RCM nos planos de manutenção de Sistemas de Proteção, Comando e Controlo de subestações AT/MT de uma empresa operadora da rede elétrica.

Abstract

The Command and Control Protection System of HV/MV distribution substations allows protection, supervision, and global command of these facilities. This system contributes not only to increase of electrical energy supply safety, but also to continuous and high quality service in HV and MV networks.

Maintenance activities contribute to improve reliability and safety of Command and Control Protection Systems. Distribution power system operators recognize the maintenance as a priority, in spite of increase operational costs. So they try to optimize the relation cost/benefit of maintenance.

Reliability Centered Maintenance (RCM) methodologies allow to create effective maintenance plans for equipments and systems. These plans minimize the operational cost and maximize reliability of the equipments and systems during their useful life cycle. Thus, the work here presented aims to study the implementation of RCM methodologies in maintenance plans of Command and Control Protection System of HV/MV distribution substations.

Agradecimentos

Ao meu orientador, o Professor Doutor Hélder Filipe Duarte Leite, pela confiança depositada, críticas construtivas, acompanhamento total e dedicação a esta Dissertação.

Ao meu coorientador, o Eng.º Alberto Pinto, pelos conselhos, disponibilidade e disponibilização de material necessário à realização da Dissertação.

Ao Departamento de Operação e de Manutenção (Porto) da EDP Distribuição – Energia S.A. pelo acolhimento, conhecimentos transmitidos, e pelas visitas a subestações AT/MT.

Aos meus pais, irmã e avós, agradeço de forma muito especial, pela ajuda e apoio incondicional.

Índice

Resumo ... iii

Abstract ... v

Agradecimentos ... vii

Índice ... ix

Lista de figuras ... xii

Lista de tabelas ... xiv

Abreviaturas e Símbolos ... xv

Capítulo 1 ... 1

Introdução ... 1

1.1 - Motivação e Objetivos ... 1

1.2 - Implementação de Metodologias “Reliability Centered Maintenance”: Desafios ... 2

1.3 - Implementação de Metodologias “Reliability Centered Maintenance”: Possíveis benefícios ... 2

1.4 - Estrutura da Dissertação... 3

1.5 - Disseminação de Resultados ... 4

Capítulo 2 ... 5

“Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia ... 5

2.1 - Introdução à Metodologia “Reliability Centered Maintenance” ... 5

2.2 - A História da Metodologia “Reliability Centered Maintenance” ... 6

2.3 - Tipos de Metodologias Contidas no “Reliability Centered Maintenance” ... 8

2.3.1 - Tipos de Metodologias: “Reliability Centered Maintenance II” ... 9

2.3.2 - Tipos de Metodologias: Metodologias “Reliability Centered Maintenance II” Intuitivas ... 9

2.4 - Metodologias “Reliability Centered Maintenance “ Aplicadas ao Sector Elétrico ... 10

2.5 - “Reliability Centered Maintenance II”: Vantagens ... 13

2.6 - Sumário ... 15

Capítulo 3 ... 17

Manutenção de Equipamentos: Conceito e Técnicas ... 17

3.1 - Definição de Manutenção ... 17

3.2 - Evolução da Manutenção ... 18

3.3.1 - Manutenção Proativa ... 20

3.3.1.a - Manutenção Proativa: Preventiva Sistemática ... 21

3.3.1.b - Manutenção Proativa: Preventiva Condicionada ... 23

3.3.2 - Manutenção Corretiva ... 24

3.3.3 - Total Productive Maintenance (TPM) ... 25

3.3.4 - Reliability Centered Maintenance II (RCM II) ... 26

3.3.5 - Risk Based Maintenance (RBM) ... 26

3.3.6 - Root Cause Analysis (RCA) ... 27

3.4 - Indicadores de Fiabilidade ... 27

3.5 - Custos de Manutenção ... 30

3.6 - Sumário ... 31

Capítulo 4 ... 33

Sistema de Proteção, Comando e Controlo: Constituição e Fiabilidade ... 33

4.1 - Descrição do Sistema de Proteção, Comando e Controlo ... 33

4.1.1 - Funções ... 33

4.1.2 - Arquiteturas de um Sistema de Proteção, Comando e Controlo ... 34

4.1.2.a - Constituição de um Sistema de Proteção, Comando e Controlo Clássico ... 35

4.1.2.b - Constituição de um Sistema de Proteção, Comando e Controlo Numérico ... 36

4.2 - Dispositivos Eletrónicos Inteligentes (IED’s) ... 37

4.2.1 - Principais Características das Proteções Numéricas ... 38

4.2.2 - Constituição de hardware de uma Proteção Numérica ... 39

4.2.3 - Funções das Proteções Numéricas ... 40

4.2.3.a - Funções de Proteção ... 41

4.2.3.b - Funções de Automatismo ... 46

4.2.3.c - Funções Complementares ... 47

4.3 - Unidade Central do Sistema de Proteção, Comando e Controlo Numérico ... 48

4.4 - Posto de Comando Local do Sistema de Proteção, Comando e Controlo Numérico ... 48

4.5 - Rede Local de Comunicação ... 49

4.6 - Rede de Comunicação Entre o Sistema de Proteção, Comando e Controlo e o Centro de Condução ... 51

4.7 - Manutenção do Sistema de Proteção, Comando e Controlo ... 52

4.8 - Fiabilidade de Proteções Numéricas ... 53

4.9 - Sinalização de “Watchdog” de Proteções Numéricas ... 55

4.10 - Fiabilidade do Sistema de Comando e Controlo ... 57

4.11 - Sumário ... 58

Capítulo 5 ... 59

“Reliability Centered Maintenance II”: Metodologia e Caso de Estudo ... 59

5.1 - Descrição da metodologia “Reliability Centered Maintenance II” ... 59

5.1.1 - Funções ... 60

5.1.2 - Falhas Funcionais ... 60

5.1.3 - Modos de Falha ... 60

5.1.4 - Efeitos das Falhas ... 60

5.1.5 - Consequências das Falhas... 61

5.1.6 - Técnicas de Manutenção Consideradas na Metodologia RCM II... 62

5.1.7 - Processo de Seleção das Técnicas de Manutenção ... 64

5.2 - Indicadores de Fiabilidade e Custos de Manutenção Necessários à Implementação da Metodologia RCM II ... 67

5.3 - Aplicação da Metodologia RCM II a um Dispositivo Eletrónico Inteligente ... 67

5.3.1 - Apresentação de Resultados ... 68

5.3.2 - Modos de Falha “Evidentes” e “Não Evidentes” ... 71

5.3.3 - Técnicas de Manutenção Selecionadas ... 71

5.3.4 - Técnicas de Deteção de Falhas - Determinação do “Failure Finding Interval” (FFI) ... 73

5.3.5 - Conclusões da Aplicação da Metodologia RCM II ao Dispositivo Eletrónico Inteligente ... 75

Capítulo 6 ... 77

Comentários Finais e Possíveis Trabalhos Futuros ... 77

6.1 - Conclusões ... 77

6.2 - Contribuições da Dissertação ... 79

6.3 - Possíveis Trabalhos futuros ... 80

Anexo A ... 84

Ficha de Ensaio de Manutenção Preventiva a Proteções de Linhas de AT ... 84

Anexo B ... 89

Ficha de Ensaio de Manutenção Preventiva a Proteções de Linhas de MT ... 89

Anexo C ... 95

Ficha de Ensaio de Manutenção Preventiva a UC´s, PCL’s e URTAS ... 95

Anexo D ... 104

Ficha de Ensaio de Manutenção Preventiva a Equipamentos de Telecomunicações ... 104

Anexo E ... 107

Lista de figuras

Figura 3.1 – As diferentes técnicas de manutenção de equipamentos ou infraestruturas

[14]. ... 20

Figura 3.2 - Padrões de avaria possíveis de um equipamento [4]. ... 22

Figura 3.3 – A curva P-F [1]. ... 24

Figura 3.4 – O intervalo P – F [1]. ... 24

Figura 3.5 – Determinação do nível ótimo de manutenção. ... 28

Figura 3.6 – Ciclo de vida de um equipamento reparável [18]. ... 28

Figura 3.7 – Iceberg dos custos da manutenção [13]. ... 31

Figura 4.1 – Arquitetura típica de um sistema de proteção, comando e controlo clássico [20]. ... 36

Figura 4.2 – Arquitetura típica de um sistema de proteção, comando e controlo numérico [20]. ... 37

Figura 4.3 – Dispositivo eletrónico inteligente. ... 38

Figura 4.4 - Diagrama de blocos de uma proteção numérica [23]. ... 40

Figura 4.5 - Exemplo de um armário Sistema de Proteção, Comando e Controlo (SPCC) numérico. ... 49

Figura 4.6 – Equipamento “Plesiocronous Digital Hierarchy” (PDH). ... 52

Figura 4.7 - Número de intervenções de manutenção em 2011, aos Sistemas de Proteção, Comando e Controlo da responsabilidade de um departamento de operação e de manutenção de uma empresa operadora da rede elétrica. ... 53

Figura 4.8 - Anos de funcionamento das unidades que já avariaram. ... 55

Figura 4.9 - Anos de funcionamento das unidades que nunca avariaram. ... 55

Figura 4.10 - Tempo médio entre as sinalizações de “Watchdog” de 21 unidades de proteção numérica de uma subestação numérica AT/MT, durante os anos de 2008,2009,2010 e 2011. ... 56

Figura 4.12 - Disponibilidade e eficácia do Telecomando de Subestações (TCSE). ... 58

Figura 5.1 - Diagrama de decisão “Reliability Centered Maintenance II” [1]. ... 65

Figura 5.2 - Consequências dos modos de falha. ... 71

Figura 5.3 – Técnicas de manutenção dos modos de falha. ... 72

Figura 5.4 – Padrão de avaria B [10]. ... 72

Figura 5.5 - Valores de FFI para o IED em estudo (Método 1). ... 73

Lista de tabelas

Tabela 4.1 - Painéis AT e MT de uma subestação AT/MT numérica [21]. ... 41

Tabela 4.2 - Funções de proteção específicas dos painéis AT e MT. ... 42

Tabela 4.3 - Manutenção do Sistema de Proteção, Comando e Controlo [34]. ... 52

Tabela 4.4 - Manutenção da rede de comunicação entre o Sistema de Proteção, Comando e Controlo e o centro de condução [34]. ... 52

Tabela 4.5 - Registos de avaria de 329 unidades de proteção numérica, num período de análise entre 2007 a 2012. ... 54

Tabela 5.1 – Condições que as técnicas de manutenção devem possuir para “valerem a pena fazerem-se” e serem “tecnicamente praticáveis” no processo de seleção do diagrama de decisão RCM II. ... 66

Tabela 5.2 - Variáveis a registar para o cálculo de custos. ... 67

Tabela 5.3 - Descrição de exemplos de funções do dispositivo eletrónico inteligente. ... 68

Tabela 5.4 - Descrição das falhas funcionais das funções 1,4 e 7. ... 68

Tabela 5.5 - Modos de falha. ... 69

Tabela 5.6 - Efeitos dos modos de falha. ... 69

Tabela 5.7 - Consequências de cada modo de falha. ... 70

Tabela 5.8 - Folha de decisão RCM II [1]. ... 71

Tabela 5.9 – Cenários de previsão de probabilidades de falha múltipla. ... 74

Abreviaturas e Símbolos

Lista de abreviaturas

AC Alternating Current

ADSS All Dieletric Self-Supported

AT Alta Tensão

BC Baterias de Condensadores

BT Baixa Tensão

CC Centro de Condução

CPU Central Processing Unit

DC Direct Current

FE FrontEnd

FFI Failure Finding Interval

FMEA Failure Modes and Effects Analysis

IEC International Electrotechnical Commission

IED Intelligent Electronic Device

IP Internet Protocol

MAT Muito Alta Tensão

MTBF Mean Time Between Failures

MT Media Tensão

MTTR Mean Time To Repair

MIF Proteção de Máxima Intensidade de Fase MIH Proteção de Máxima Intensidade Homopolar

MIHD Proteção de Máxima Intensidade Homopolar Direcional

mF Mínimo de Frequência

MF Máximo de Frequência

mU Mínimo de Tensão

MU Máximo de Tensão

PC Posto de Corte

PCL Posto de Comando Local

PDIF Proteção Diferencial

PDH Plesiocronous Digital Hierarchy

PTR Proteção de Máxima Intensidade Homopolar de Terras Resistentes

RAM Random Acess Memory

ROM Read Only Memory

RLC Rede Local de Comunicação

RN Reactância de Neutro

SACC Serviços de Alimentação de Corrente Contínua

SE Subestação

SEE Sistema Elétrico de Energia

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

SCC Sistema de Comando e Controlo

SDH Syncronos Digital Hierarchy

SP Sistema de Proteção

SPCC Sistema de Proteção, Comando e Controlo

STL Sistema de Telecomunicações

TCP Transmission Control Protocol

TI Transformador de Intensidade

TP Transformador de Potência

TSA Transformador de Serviço Auxiliar

TCSE Telecomando de Subestações

TT Transformador de Tensão

UC Unidade Central

URTA Unidade Remota de Teleação e Automatismo

Lista de símbolos

λ Taxa de avaria

1

Capítulo 1

Introdução

O trabalho desenvolvido nesta Dissertação tem como tema principal a aplicação de metodologias de manutenção baseadas em fiabilidade, isto é, metodologias “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), nos planos de manutenção de Sistemas de Proteção, Comando e Controlo (SPCC) de subestações AT/MT da responsabilidade de um departamento de operação e de manutenção de uma empresa operadora da rede elétrica.

O capítulo 1 apresenta a motivação e os objetivos expetáveis da realização deste trabalho. São também apresentados os principais desafios, assim como os benefícios da implementação de metodologias RCM. No final do capítulo a estrutura da Dissertação é descrita resumidamente e apresenta-se a disseminação dos resultados obtidos com o trabalho.

1.1 - Motivação e Objetivos

A função de manutenção é assumida como uma prioridade em empresas operadoras da rede elétrica. Estas empresas têm cada vez mais a consciência que as avarias dos seus equipamentos afetam a segurança das pessoas e de infraestruturas, colocam em risco o meio ambiente e condicionam a qualidade e continuidade do serviço de fornecimento de energia elétrica. As interrupções de serviço conduzem a energia não fornecida, o que implica um custo para a empresa para além das sanções económicas.

Um sistema de Proteção, Comando e Controlo (SPCC) de uma subestação AT/MT possui um elevado número de equipamentos, cuja manutenção requer elevados recursos humanos e financeiros. Ao mesmo tempo, a manutenção desempenha um papel importante em assegurar que o SPCC cumpra os requisitos de fiabilidade e de segurança que lhe são exigidos. Surge assim o seguinte desafio: Como diminuir o custo de manutenção do SPCC e simultaneamente garantir que este sistema opere com elevados padrões de disponibilidade e de segurança? A solução para este desafio passa por otimizar a relação custo/benefício da função de manutenção.

As metodologias de manutenção “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), permitem determinar planos de manutenção personalizados para equipamentos ou sistemas, isto é, que

2 Introdução

minimizem o seu custo de manutenção e maximizem a sua operacionalidade durante o seu ciclo de vida útil [1], através de análises de avarias e suas consequências.

Um dos objetivos desta Dissertação é estudar as metodologias RCM, nomeadamente os seus fundamentos, algoritmos, e determinar quais as variáveis necessárias à sua implementação. De modo a aplicar a metodologia RCM ao Sistema de Proteção, Comando e Controlo de subestações AT/MT da responsabilidade de um departamento de operação e de manutenção de uma empresa operadora da rede elétrica é necessário compreender todo este sistema, no que diz respeito aos equipamentos que o constituem. Assim, a análise do SPCC é um dos objetivos deste trabalho, assim como perceber qual a sua política de manutenção atual e sua fiabilidade. Por último, outro objetivo deste trabalho será aplicar a metodologia RCM aos planos de manutenção do SPCC, nomeadamente a um dispositivo eletrónico inteligente no sentido de se reduzir os custos de manutenção deste equipamento e melhorar a sua operação.

1.2 - Implementação de Metodologias “Reliability Centered

Maintenance”: Desafios

As metodologias “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), baseiam-se na fiabilidade dos equipamentos. Para se poder calcular a fiabilidade de um equipamento é necessário um registo histórico do funcionamento do equipamento, nomeadamente o seu tempo de funcionamento, o seu tempo de avaria, e o número de avarias ocorridas desde a sua entrada em serviço. Só assim é possível determinar a seu tempo médio entre avarias e a sua disponibilidade, por exemplo. Porém um registo do histórico de um equipamento implica um trabalho de recolha e análise de registos de ocorrências de avaria, supervisões ao funcionamento do equipamento e registo de intervenções de manutenção. Esta filosofia de registo detalhado do histórico de um equipamento ao nível de avarias sofridas e intervenções de manutenção não se encontra implementada no departamento de operação e de manutenção. Assim, na gestão da manutenção do Sistema de Proteção, Comando e Controlo não são conhecidos indicadores de fiabilidade, nem padrões de probabilidades de avaria em função do tempo dos equipamentos que constituem esse sistema. Consequentemente o facto de não se dispor de informação de fiabilidade apresenta-se como um desafio à implementação da metodologia RCM. De modo a ultrapassar este desafio recorrer-se-á, sempre que possível, a informação de fiabilidade proveniente de equipamentos análogos existentes em outros sistemas elétricos de distribuição de energia. Além desta alternativa, com base na informação existente sobre as avarias dos equipamentos e dos conhecimentos dos operadores de manutenção que lidam diariamente com os equipamentos procurar-se-á ter uma noção da fiabilidade dos equipamentos.

1.3 - Implementação de Metodologias “Reliability Centered

Maintenance”: Possíveis benefícios

As metodologias “Reliability Centered Maintenance” (RCM) permitem estabelecer o plano de manutenção mais adequado a um dado equipamento, visto que estudam as funções e as falhas funcionais de um equipamento, relacionam as causas das falhas com os respetivos efeitos e definem técnicas de manutenção proativas e reativas observando os riscos das

Estrutura da Dissertação 3 consequências dos modos de falhas do equipamento no sistema onde este se encontra, índices de fiabilidade do equipamento e custos de manutenção. As metodologias RCM são reconhecidas por:

• Aumentar a disponibilidade dos equipamentos – A metodologia RCM foca a manutenção nos componentes críticos do equipamento. Os componentes críticos são os mais suscetíveis de avariar ou desempenham funções essenciais no normal funcionamento do equipamento sendo os seus impactos operacionais relevantes. Estes componentes são tratados de forma prioritária com técnicas de manutenção preventiva de modo a prevenir e se possível eliminar as suas avarias. Assim, através da redução de avarias é possível aumentar a disponibilidade dos equipamentos.

• Reduzir os custos de manutenção – Em equipamentos, cuja manutenção é realizada de forma preventiva, a metodologia RCM pode conduzir a uma redução dos custos de manutenção. De forma sistemática a metodologia identifica as consequências dos modos de falha do equipamento. Em situações em que os modos de falhas têm reduzidos impactos no assegurar da operacionalidade do equipamento, não são definidas tarefas de manutenção. Nesse sentido, são eliminadas tarefas por serem consideradas desnecessárias e daí os custos de manutenção serem otimizados.

1.4 - Estrutura da Dissertação

A dissertação encontra-se dividida em seis capítulos. O primeiro capítulo é uma breve introdução ao tema em estudo, onde é referida a motivação e os objetivos da Dissertação, assim como os desafios e benefícios da implementação de metodologias “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), aos Sistemas de Proteção, Comando e Controlo (SPCC´s) da responsabilidade de um departamento de operação e de manutenção.

O capítulo dois consiste na revisão da literatura em metodologias RCM. As características principais dos tipos de metodologias RCM existentes são descritas, bem como a história e origens da metodologia RCM. Neste capítulo são também estudados trabalhos relacionados com a aplicação de metodologias RCM ao sector elétrico.

O capítulo três faz uma descrição das técnicas de manutenção preventiva sistemáticas, das técnicas de manutenção preventiva condicionadas e das técnicas de manutenção corretivas. As metodologias RCM integram estas técnicas de manutenção. São também apresentadas outras metodologias de manutenção, que tal como a metodologia RCM combinam diferentes técnicas de manutenção. Ainda neste capítulo são referidos indicadores de fiabilidade de equipamentos e de custos de manutenção. Estes indicadores permitem avaliar o desempenho de uma técnica de manutenção.

No capítulo quatro o SPCC de subestações AT/MT é analisado. A análise baseia-se numa descrição dos principais equipamentos que constituem o SPPC, sendo dada enfâse aos equipamentos que compõem o SPCC numérico. A política de manutenção aplicada ao SPCC é descrita no que diz respeito às técnicas de manutenção aplicadas. De modo a perceber se a manutenção aplicada é a correta também neste capítulo são apresentados estudos de fiabilidade a unidades de proteção numérica e ao Sistema de Comando e Controlo (SCC).

O capítulo cinco foca-se na metodologia “Reliability Centered Maintenance II” (RCM II). As etapas da metodologia são apresentadas e o processo de seleção das técnicas de manutenção a modos de falhas é estudado. Além da descrição da metodologia, são também

4 Introdução

discutidos os resultados de um caso de estudo de aplicação da metodologia RCM II a um dispositivo eletrónico inteligente.

Por último, no capítulo seis são referidas as principais conclusões e contribuições desta dissertação, bem como as recomendações de possíveis trabalhos futuros.

1.5 - Disseminação de Resultados

O trabalho desenvolvido no contexto desta Dissertação resultou na submissão e aprovação de um artigo numa conferência denominada IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies (ISGT) Europe organizada pela IEEE Power & Energy Society (PES) a decorrer na Alemanha de 14 a 17 de Outubro de 2012, na Universidade de Berlim. O artigo intitulado “Applying Reliability Centered Maintenance to a Digital Protective Relay” descreve como a metodologia RCM pode ser aplicada a unidades de proteção numérica.

5

Capítulo 2

“Reliability Centered Maintenance”:

Fundamentos da Metodologia

No capítulo 2 são descritas várias perspetivas de conduzir uma metodologia “Reliability Centered Maintenance” (RCM) aplicada a equipamentos ou sistemas. As principais características das diferentes metodologias são avaliadas, sendo dada prioridade à metodologia “Reliability Centered Maintenance II” (RCM II). Esta escolha prende-se com o facto de a metodologia RCM II se basear no completo conhecimento das funções e tipos de avarias dos equipamentos. Na secção 2.2 é descrita a história da metodologia RCM no sentido de se conhecerem as suas origens. Ainda neste capítulo é realizada uma análise de trabalhos relacionados com a aplicação de metodologias RCM a sistemas de distribuição ou transmissão de energia elétrica, a subestações, e a equipamentos de potência. Essa análise consistirá numa avaliação crítica desses trabalhos.

2.1 - Introdução à Metodologia “Reliability Centered

Maintenance”

A metodologia “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), é uma metodologia com o objetivo de otimizar a relação custo/benefício da manutenção aplicada a um dado equipamento ou sistema. A metodologia RCM baseia-se em critérios de fiabilidade para determinar as técnicas de manutenção mais apropriadas a cada modo de falha de um equipamento que prioritariamente conduzam a elevados níveis de segurança de pessoas e bens, à proteção do meio ambiente, assim como a uma adequada disponibilidade do equipamento. Esta metodologia de RCM foi inicialmente concebida pela indústria aeronáutica e a partir dos anos 80 foi aplicada a diversos setores indústrias, como por exemplo a indústria química ou de transportes.

Existem diversos tipos de metodologias de manutenção baseada em fiabilidade. Umas aplicam rigorosamente e sistematicamente os métodos de análise de avarias e seus efeitos, “Failure Modes and Effects Analysis”, (FMEA), e utilizam árvores lógicas de decisão para determinar a política de manutenção de um equipamento, como é o caso do RCM II. Várias

6 “Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia

metodologias recorrem a análises de avarias pouco rigorosas, outras usam métodos probabilísticos para determinar índices de fiabilidade e até existem metodologias RCM que usam métodos populacionais para decidir a técnica de manutenção a atribuir a cada modo de falha do equipamento. Porém, todas elas promovem a manutenção baseada na fiabilidade.

2.2 - A História da Metodologia “Reliability Centered

Maintenance”

Na década de 50 do século XX, com a melhoria das condições económicas nos Estados Unidos da América e na Europa, houve um aumento significativo da procura de viagens aéreas por todo o mundo, pelo que a indústria aeronáutica civil, nomeadamente as transportadoras aéreas necessitaram de aumentar as suas frotas, construindo aviões tecnologicamente mais complexos e com maior capacidade. Devido à escalada em armamentos relacionada com a guerra fria, a indústria aeronáutica militar também sofreu uma evolução acentuada. Ainda na década de 50, a “Federal Aviation Agency” (FAA), entidade responsável por regular as práticas de manutenção das companhias aéreas, requeria às companhias planos de manutenção preventiva muito extensos, sendo que as companhias não conseguiam obter lucros com a sua utilização, pois os custos operacionais dos aviões eram elevadíssimos [1].

Os programas de manutenção preventiva eram baseados no conceito que todos os componentes dos equipamentos que constituíam os aviões tinham uma idade em que uma revisão completa ou substituição era necessária para garantir segurança e fiabilidade na operação do equipamento. Porém, com o passar dos anos, a experiência mostrou que muitos tipos de falhas desses equipamentos complexos não eram possíveis de prevenir ou serem reduzidas eficientemente com as atividades de manutenção preventiva aplicadas. Consciente desta situação, em 1960, a FAA, juntamente com responsáveis de manutenção de várias companhias aéreas uniram esforços para reavaliar as estratégias de manutenção preventiva aplicadas aos aviões. Cada companhia aérea envolvida no grupo de trabalho foi autorizada a desenvolver e a implementar programas de manutenção baseados em fiabilidade. Os resultados revelaram que a manutenção preventiva, concretamente as revisões e substituições programadas, tinham pouco efeito na fiabilidade de um equipamento complexo, a menos que ele tivesse um modo de falha dominante. Além disso, foram identificados muitos equipamentos onde a manutenção preventiva calendarizada não era eficiente.

A partir dos vários programas de manutenção baseados em fiabilidade foi possível desenvolver uma nova metodologia de manutenção, onde a função que um equipamento exerce no sistema em que está inserido foi considerada. Essa metodologia foi materializada em árvores de decisão, em 1968, sendo definida num documento, conhecido por “MSG-1: Maintenance Evaluation and Program Development” e aplicada ao Boeing 747. A aplicação do programa de manutenção apoiado nos princípios da manutenção centrada na fiabilidade ao Boeing 747 foi um sucesso, tornando-se um avião economicamente viável, com grande sucesso comercial [1].

O programa de manutenção do Boeing 747 permitiu melhorar a metodologia, sendo as alterações incorporadas num novo documento, o ”MSG-2:Airlane Manufacturer Maintenance Program Planning Document”, em 1970. Este documento foi usado para desenvolver programas de manutenção para os aviões Lockheed 1011, Douglas DC 10 e aviões militares. Estes programas também tiveram bastante sucesso.

A História da Metodologia “Reliability Centered Maintenance” 7 manutenção que assegurassem máxima segurança e fiabilidade dos aviões com o menor custo possível. Esses objetivos de redução de custos foram alcançados, por exemplo, um programa de manutenção exclusivamente preventiva ao avião Douglas DC 8 requeria revisões programadas a 330 componentes, sendo que o programa de manutenção do Douglas DC 10 exigia revisões programadas a 7 componentes. Através de um conhecimento detalhado dos processos de falha do avião, reduziu-se as revisões programadas, reduzindo-se trabalho e consequentemente os custos de manutenção, sem diminuir a fiabilidade.

Em 1974 o departamento de defesa dos Estados Unidos da América, sabendo da metodologia de manutenção programada que estava a revolucionar a aviação comercial e com o objetivo de controlar os seus custos de manutenção encomendou à United Airlines a elaboração de um relatório sobre os processos usados na aviação civil para preparar programas de manutenção para os aviões. Este relatório da autoria de F. Stanley Nowlan e Howard F. Heap foi publicado em 1978, intitulado “Reliability Centered Maintenance”, pois as transportadoras aéreas tinham como objetivo aumentar a fiabilidade dos aviões. Desde então, o exército, a marinha e força aérea dos Estados Unidos da América começaram a aplicar a metodologia RCM.

Em 1983, o Electric Power Research Institute (EPRI) iniciou estudos pilotos de RCM em centrais nucleares nos Estados Unidos da América. A indústria nuclear acreditava que possuía adequados níveis de segurança e de fiabilidade, porém o esforço dedicado à manutenção dos equipamentos era elevadíssimo. Portanto, o principal objetivo era reduzir os custos de manutenção, em vez de aumentar a fiabilidade, daí modificaram o processo RCM original descrito por Nowlan e Heap. Atualmente o processo RCM é utilizado em diversas centrais nucleares Americanas, Francesas e Alemãs.

O relatório “Reliability Centered Maintenance” é considerado um dos documentos mais importantes da história da manutenção centrada na fiabilidade [1]. Este descreve os resultados obtidos pela aplicação do MSG-2 e apresenta um processo sistemático para identificar todos os eventos que causam falhas de funções de um equipamento [2]. A cada um dos eventos identificados é atribuída uma consequência. No relatório, Nowlan e Heap definem quatro categorias de consequências: ”hidden”, ”safety”, “operational” e “non-operational”. A metodologia permite decidir qual a técnica de manutenção mais apropriada a cada modo de falha, em função das suas consequências. No final do processo cada modo de falha é sujeito a uma técnica de manutenção que deve ser aplicável e eficaz em termos da eliminação das consequências dos modos de falha. As técnicas de manutenção consideradas foram definidas como proativas (“on-condition”, “scheduled restoration” e “scheduled discard”) ou reativas (“failure-finding”, “redesign” e “ no scheduled maintenance”).

O relatório de Nowlan e Heap é a base do documento “MSG-3: Airlane Manufacturer Maintenance Program Planning Document” que foi aprovado em 1980, tendo sido revisto pela última vez em 2002. Este documento é usado atualmente para desenvolver programas de manutenção antes da entrada em serviço de novos tipos de aviões comerciais nos Estados Unidos da América.

Em 1991, John Moubray publica no Reino Unido a primeira edição do seu livro sobre o RCM II. Esse livro é reconhecido como um clássico para formulação de estratégias de gestão da manutenção baseadas na fiabilidade. O RCM II introduz algumas alterações à versão original da metodologia RCM de Nowlan e Heap.

Na década de 80 várias organizações começaram a ter consciência da importância do meio ambiente, sendo aconselhadas a analisar os impactos das falhas dos seus equipamentos

8 “Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia

no meio ambiente do mesmo modo que os impactos das falhas dos seus equipamentos na segurança. Em 1988, John Moubray começou a trabalhar com várias organizações de modo a desenvolver uma metodologia mais precisa para os modos de falha que afetam o meio ambiente [1].

Uma das alterações foi então a adição das consequências ambientais à árvore de decisão do relatório de Nowlan e Heap. Além disso, define sete questões essenciais como as etapas necessárias a seguir para implementar a metodologia RCM e incorpora outras mudanças, como a substituição de termos usados no processo original. Por exemplo, os termos “aplicáveis” e “eficazes” para descrever as técnicas apropriadas aos modos de falha são substituídos respetivamente pelas frases “tecnicamente praticáveis” e “valham a pena fazer-se”. No processo de seleção das técnicas de manutenção mais adequadas aos modos de falha, assim com a frequência dessas técnicas, foram desenvolvidas regras de seleção mais precisas e na determinação da frequência da técnica de manutenção “failure-finding” foi incorporado quantitativamente o critério de risco [1].

As alterações efetuadas por John Moubray foram realizadas com o objetivo de tornar mais robusta a metodologia RCM definida por Nowlan e Heap e facilitar a sua utilização prática junto das empresas. O RCM II já foi aplicado em mais de 41 países. Os setores onde os projetos de RCM II têm sido aplicados são indústrias petroquímicas, de manufaturação, de exploração mineira, empresas de utilidades (eletricidade, gás e água), indústria de transportes, serviços de construções e empresas militares (marinha, exercito e força aérea) [1].

Em 1999, a “Society of Automotive Engineers” (SAE) publicou o primeiro documento que nomeia os critérios mínimos que um processo deve incluir para ser chamado um processo de “RCM” [3]. O RCM II cumpre esse standard. Este introduz uma estrutura de gestão por equipas, onde os operadores e pessoal da manutenção encontram-se para compartilhar os seus conhecimentos e experiências práticas sobre o recurso físico em análise e para decidir que recomendações devem ser feitas a respeito da manutenção.

2.3 - Tipos de Metodologias Contidas no “Reliability Centered

Maintenance”

A metodologia “Reliability Centered Maintenance”, (RCM), combina as técnicas de manutenção proativas e reativas. As técnicas de manutenção proativas são realizadas antes da ocorrência de avarias, de modo a evitar a sua ocorrência ou pelo menos reduzir a sua probabilidade. As técnicas de manutenção reativas são executadas após a avaria ocorrer. Esta combinação permite extrair os pontos fortes de cada uma destas técnicas.

As condições de operação de um equipamento variam ao longo da sua vida útil, a metodologia RCM é um processo contínuo, sendo os resultados de fiabilidade e de custo da manutenção obtidos constantemente analisados. O processo visa sempre responder aos problemas funcionais dos equipamentos com técnicas de manutenção cada vez mais melhoradas.

O objetivo da metodologia RCM é determinar a política de manutenção mais vantajosa e económica que deve ser aplicada a um equipamento. Essa política é estabelecida com base em critérios de fiabilidade, procurando alcançar elevados níveis de segurança das pessoas e bens diretamente relacionados com o equipamento e uma adequada disponibilidade do equipamento para a produção. A proteção do meio ambiente também é uma prioridade.

Tipos de Metodologias: “Reliability Centered Maintenance II” 9 A implementação da metodologia RCM é usual que seja realizada por grupos de trabalho, formados por operadores dos equipamentos e pessoal da manutenção. Estes grupos multidisciplinares e multifuncionais efetuam uma análise aos equipamentos e criam programas de manutenção e alguns procedimentos de operação que possibilitam que o equipamento cumpra a sua função no seu contexto operacional.

Na subsecção 2.3.1 é então descrita a metodologia RCM II. A metodologia RCM II é uma metodologia rigorosa e é uma versão modificada, proposta por John Moubray, da metodologia RCM clássica, proposta e documentada por Nowlan e Heap. Na subsecção 2.3.2. são descritas as características das metodologias RCM, designadas por intuitivas [4].

2.3.1 - Tipos de Metodologias: “Reliability Centered Maintenance II”

Os programas de RCM II são baseados em rigorosas análises sistemáticas de modos de falha e seus efeitos. Ou seja, aplicam métodos de “Failure Modes and Effects Analysis”, (FMEA). As probabilidades dos modos de falha ocorrerem são calculadas matematicamente, sendo fundamentadas por registos do histórico de vida do equipamento e pelos métodos de FMEA. São estudadas as funções e falhas funcionais do equipamento, as causas dessas falhas e seus efeitos, sendo determinadas as consequências de cada modo de falha. O equipamento está no centro de todas as decisões sobre a estratégia de manutenção a aplicar no seu contexto de funcionamento.

O processo de atribuição de uma técnica de manutenção a um modo de falha é baseado em árvores de decisão. Mediante o conhecimento das consequências de cada modo de falha, juntamente com um conjunto de informação relativa às condições que as técnicas de manutenção devem possuir para “valerem a pena fazerem-se” e “serem tecnicamente praticáveis” é determinada a técnica de manutenção mais apropriada a cada modo de falha [1]. Este processo de seleção implica dados de fiabilidade dos modos de falha do equipamento, assim como custos das técnicas de manutenção, custos das consequências operacionais das falhas e de reparação das falhas.

O RCM II fornece informação detalhada e completa sobre o funcionamento do equipamento no seu contexto operacional. Assim, permite avaliar a criticidade do equipamento e perceber qual a sua importância no sistema no qual se encontra integrado. Porém, a elaboração de rigorosos FMEA é extremamente trabalhosa, requerendo tempo, e aprendizagem por parte dos operadores da manutenção. Os registos históricos dos equipamentos também exigem tempo e esforço na implementação de técnicas de monitorização dos equipamentos.

A aplicação deste tipo de RCM é adequada para equipamentos cujas consequências das falhas resultam em elevados riscos para a segurança das pessoas e bens, determinam o fim de um negócio ou conduzem a riscos catastróficos para o meio-ambiente. Além disso, quando um equipamento é novo, a execução desta metodologia possibilita o conhecimento das funções e das falhas funcionais do equipamento ainda desconhecidas.

2.3.2 - Tipos de Metodologias: Metodologias “Reliability Centered

Maintenance II” Intuitivas

Existem diversos programas de RCM caracterizados por análises menos rigorosas dos modos de falha e seus efeitos. Nestes programas de manutenção baseados em fiabilidade, os índices de fiabilidade dos equipamentos e seus componentes são obtidos ou previstos através de

10 “Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia

métodos probabilísticos, dados experimentais com modelização e informações intuitivas ou de senso comum fornecidas pelos operadores que lidam diariamente com os equipamentos.

A atribuição de uma técnica de manutenção a um modo de falha pode ser baseada em vários critérios. Entre eles, destacam-se as consequências das falhas, a probabilidade das falhas, a tolerância ao risco e a disponibilidade de recursos humanos e/ou financeiros. Existem programas que usam apenas um critério isoladamente, ou utilizam combinações destes critérios. Existem diversos métodos para atribuir uma técnica de manutenção a um modo de falha, desde árvores de decisão a métodos populacionais.

Uma vez que as análises dos modos de falha e seus efeitos são realizadas com pouco detalhe, é dado ênfase aos modos de falha do equipamento mais evidentes e comuns, sendo estes modos considerados como críticos. As técnicas de manutenção definidas no processo de RCM procuram apenas prevenir ou evitar estes modos de falha. Existem modos de falha do equipamento com menores impactos, que não são conhecidos, sendo puramente ignorados, não se aplicando nenhuma técnica de manutenção a estes.

Geralmente, estes programas permitem reduzir o tempo inicial de implementação do RCM. Os custos da elaboração dos “Failure Modes and Effects Analysis”, (FMEA’s), são minimizados, bem como os custos com as tarefas de inspeção da condição dos equipamentos para se realizarem os seus registos históricos. Todavia os dados de fiabilidade, obtidos por métodos de simulação probabilística ou empiricamente podem induzir erros no processo RCM.

A aplicação de programas RCM intuitos é apropriada para equipamentos em que as suas funções são claramente conhecidas e as falhas funcionais do equipamento não têm consequências graves na segurança das pessoas ou bens, impactos catastróficos no meio ambiente ou no sucesso de um negócio.

2.4 - Metodologias “Reliability Centered Maintenance “

Aplicadas ao Sector Elétrico

Desde a década de 80, a metodologia ”Reliability Centered Maintenance” tem sido aplicada em várias indústrias. Começou por ser implementada na indústria aeronáutica civil e militar e perante os resultados obtidos, foi desenvolvida em centrais nucleares e em outras instalações de geração de energia elétrica. Seguiram-se as indústrias de distribuição de produtos ou serviços (eletricidade, gás, água), a indústria química, a indústria mineira, transportes ferroviários, e empresas de manutenção de edifícios.

Um sistema de proteção, comando e controlo de uma subestação AT/MT é responsável por funções de proteção, de automatismo e comando de todos os órgãos da instalação. Este sistema interage com equipamentos de Alta Tensão (AT) ou Média Tensão (MT) da subestação. Entre os quais se destacam os disjuntores AT ou MT e transformadores AT/MT. O sistema de proteção, comando e controlo pode incluir unidades de painel (proteções numéricas, proteções estáticas), unidades centrais (equipamentos do tipo PC industrial), postos de comando local (equipamentos do tipo PC industrial), e equipamentos da rede local de comunicação (fibra ótica, routers, switches).

Nos parágrafos que se seguem são descritos trabalhos relacionados com a aplicação da metodologia ”Reliability Centered Maintenance” a sistemas de distribuição ou transmissão de energia elétrica, a subestações, e a equipamentos de potência.

Metodologias “Reliability Centered Maintenance “ Aplicadas ao Sector Elétrico 11

• Trabalho 1: "RCM application for Turkish National Power Transmission System"; Em [5] é apresentado um estudo sobre a aplicação da metodologia RCM ao sistema de transmissão de energia da Turquia. Esse sistema foi dividido em três subsistemas: transformadores, linhas e disjuntores. A metodologia RCM implementada consistiu numa análise muito simples, para cada subsistema, das suas funções, falhas funcionais, modos de falha e seus efeitos. A definição da técnica de manutenção mais adequada a cada modo de falha foi realizada usando uma árvore de decisão. Os critérios de decisão foram as consequências das falhas, o custo das técnicas de manutenção e as probabilidades das falhas. No final do processo para cada um dos subsistemas foi definido um plano de manutenção personalizado. Antes de implementar a metodologia RCM, estes subsistemas eram sujeitos a técnicas de manutenção preventiva sistemática. Após a implementação da metodologia RCM, o estudo concluiu que modos de falha com pouca importância na operação dos subsistemas não necessitavam de manutenção proativa. Outra conclusão foi que as falhas resultantes de condições atmosféricas adversas e fenómenos imprevisíveis deviam ser tratadas com técnicas de manutenção corretiva. Este estudo permitiu eliminar tarefas desnecessárias de manutenção, tornando a manutenção do sistema de transmissão de energia mais eficiente.

• Trabalho 2: "A Reliability-Centered Approach to an Optimal Maintenance Strategy in Transmission Systems Using a Genetic Algorithm";

Em [6] é exposto um método populacional, nomeadamente um algoritmo genético para encontrar a estratégia de manutenção ótima, que minimiza o custo total de manutenção, de entre um conjunto de vários cenários de estratégias de manutenção possíveis de aplicar a um sistema de transmissão de energia. Os equipamentos em estudo foram uma linha aérea, um isolador e um apoio. Os indivíduos que constituem a população, ou seja, o vetor decisão, são os possíveis estados de deterioração dos componentes que constituem cada equipamento. O algoritmo determina quais os estados de detioração do componente que devem ser sujeitos a manutenção. Os padrões de falha dos equipamentos foram simulados com o método de Monte Carlo sequencial. A estratégia de manutenção ótima resultante foi comprovada ser eficaz quando comparada com a anterior estratégia de manutenção baseada no tempo.

• Trabalho 3: "Implementation of reliability-centered maintenance for circuit breakers";

Os disjuntores interagem diretamente com os Sistemas de Proteção, Comando e Controlo das subestações. Um exemplo de um estudo de implementação da metodologia RCM a estes equipamentos é apresentado no artigo “Implementation of Reliability Centered Maintenance for Circuit Breakers” [7]. O objetivo do estudo foi determinar qual a técnica de manutenção mais apropriada a cada disjuntor de uma subestação. Todos os disjuntores foram classificados relativamente a dois critérios. A condição técnica e a importância da falha do equipamento no sistema de transmissão de energia. O índice de condição técnica foi avaliado definindo-se as funções do disjuntor, falhas funcionais, modos de falha e seus efeitos e posterior monitorização. Este índice é diferente para os vários disjuntores, pois cada disjuntor tem o seu próprio contexto de operação. O índice de importância foi definido pelo cálculo do custo da energia não fornecida pela subestação, em caso de falha do disjuntor. O processo de seleção da técnica de manutenção mais apropriada a cada disjuntor foi baseado num mapa de decisão de duas dimensões. Esse mapa foi dividido em quatro regiões, cada uma correspondendo a uma técnica de manutenção diferente. As regiões foram separadas por

12 “Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia

limites correspondentes a valores numéricos. Consequentemente o índice de condição técnica foi transformado num número. A seleção foi realizada de tal forma que caso a falha do disjuntor tivesse reduzidos impactos na energia não fornecida da subestação, independentemente da sua condição técnica era sujeito a manutenção corretiva. Caso a falha do disjuntor tivesse consideráveis impactos na energia não fornecida e uma condição técnica fraca, devia ser substituído. Neste processo de decisão existe sempre alguma subjetividade dos agentes de decisão na determinação dos limites de separação das regiões.

• Trabalho 4: "Reliability-centered maintenance model to managing power distribution system equipment";

Em [8] é descrito um método iterativo para determinar o intervalo de manutenção ótimo que assegure uma elevada disponibilidade de equipamentos do sistema de distribuição de energia ao mínimo custo. O método é baseado na taxa de falhas dos equipamentos, que varia com o tempo, na taxa de reparação e nos custos de energia não fornecida aos consumidores. Foi proposto um modelo de Markov para a manutenção desenvolvido a partir do modelo tradicional, de modo a considerar a taxa de falhas dependente do tempo. Este artigo refere um método de manutenção baseada em fiabilidade em que não é realizada qualquer análise de modos de falha do equipamento e seus efeitos, sendo que à partida a técnica de manutenção do equipamento já encontra definida, pelo que o método iterativo apenas possibilita determinar a frequência ótima da técnica de manutenção já aplicada.

• Trabalho 5: "Reliability centered maintenance program initiation on electric distribution networks";

Em [9] são definidas as etapas necessárias para criar uma simples e adequada base de dados para iniciar a metodologia RCM em redes elétricas de distribuição. Segundo este artigo, a informação a recolher divide-se em características técnicas e eventos de avaria dos componentes. Os indicadores de fiabilidade dos componentes a obter são a taxa de avarias e a taxa de reparação. Ainda nesse artigo é referido um caso de estudo de aplicação prática do RCM a uma pequena rede de distribuição de energia da Suécia. Os eventos de avaria dos componentes foram registados desde 1990 a 2005. Os resultados obtidos mostraram que o recurso a técnicas de manutenção preventiva sistemática aos equipamentos da rede de distribuição não se justificava, uma vez que a implementação da metodologia RCM reduziu os custos de manutenção e manteve os níveis de fiabilidade da rede.

• Trabalho 6: "Application of RCM to high voltage substations";

Existem vários trabalhos desenvolvidos no âmbito da implementação de manutenção baseada em fiabilidade em subestações de MAT e de AT. No artigo [10] é documentada a aplicação do RCM a uma subestação da “Électricité de France” (EDF), nomeadamente a uma linha de 400 kV. Durante dois anos foi analisada a viabilidade do RCM, sendo realizados testes de fiabilidade. Neste artigo é referido que a metodologia RCM está orientada para a prevenção das falhas críticas, permitindo avaliar a criticidade e a frequência dessas falhas. A realização de tarefas de manutenção apropriadas aos modos de falha da linha permitiu melhorar a fiabilidade global da subestação. Porém, também é referido que a aplicação do processo RCM envolveu um elevado investimento em recursos humanos. Mediante os resultados alcançados, a EDF decidiu alargar a aplicação da metodologia RCM a outros equipamentos.

“Reliability Centered Maintenance II”: Vantagens 13

2.5 - “Reliability Centered Maintenance II”: Vantagens

Em [1] o autor apresenta vantagens resultantes da implementação do RCM II em inúmeros projetos, em vários setores indústrias e em diferentes países nos quais esteve envolvido. Essas vantagens são descritas a seguir.

• Segurança de pessoas e bens e proteção do meio ambiente;

Todos os modos de falha evidentes são sistematicamente revistos em relação às suas implicações na segurança e meio ambiente. O processo de decisão determina técnicas de manutenção que reduzam significativamente ou se possível eliminem todos os riscos na segurança das pessoas e bens ou no meio ambiente relacionados com os equipamentos.

O conceito de modos de falha não evidentes associados aos sistemas de proteção e a utilização de técnicas de deteção de falhas permite melhorar substancialmente a manutenção dos sistemas de proteção, reduzindo-se a probabilidade de falhas múltiplas, cujas consequências de segurança são muito graves. Uma situação de falha múltipla ocorre caso uma função de proteção se encontre num estado de falha e o equipamento protegido falhe, devido a um defeito, por exemplo.

Os operadores dos equipamentos e o pessoal da manutenção são diretamente envolvidos na análise dos riscos na segurança e no meio ambiente dos equipamentos. Ao adquirirem uma maior sensibilidade a esses riscos, em situações de avaria, encontram-se mais habilitados a tomarem decisões corretas e não cometerem erros.

• Melhora a disponibilidade e fiabilidade dos equipamentos;

A disponibilidade e fiabilidade de um equipamento podem ser melhoradas a partir da redução das falhas com consequências operacionais, antecipadamente. A redução das falhas com antecedência pode ser alcançada de várias maneiras no RCM II. Nomeadamente:

- Todos os modos de falha são sistematicamente revistos em relação às suas consequências operacionais, sendo usados critérios rigorosos para selecionar a técnica de manutenção mais eficiente para tratar o modo de falha.

- O RCM II privilegia as técnicas de manutenção preventivas condicionadas. Estas permitem que potenciais falhas sejam detetadas antes de se tornarem em falhas funcionais. Assim, os problemas podem ser retificados minimizando os efeitos das paragens das máquinas e os equipamentos só são sujeitos a manutenção quando a sua condição assim o exige, pelo que são colocados fora de serviço menos vezes.

- Os quadros de informação RCM II são ferramentas que permitem rapidamente relacionar uma falha funcional com um modo de falha e daí os tempos de reparação são mais curtos.

- O processo RCM II envolve um grupo de pessoas que conhecem bem o equipamento. Estas conseguem identificar, através de análises sistemáticas de modos de falha, modos de falha difíceis de serem detetados. Daí é possível eliminar estes modos de falha tomando uma ação de manutenção apropriada.

• Custos de manutenção mais reduzidos;

Em sistemas, cuja manutenção era exclusivamente baseada em trabalhos preventivos sistemáticos, a aplicação do RCM II tem resultado em reduções de 40% a 70% da carga de trabalho de manutenção que era exigida ser realizada, conduzindo a otimizações do custo de

14 “Reliability Centered Maintenance”: Fundamentos da Metodologia

manutenção. A implementação do RCM II elimina algumas tarefas de manutenção por serem consideradas desnecessárias, como por exemplo, as tarefas de manutenção que não conduzem ao aumento da fiabilidade dos equipamentos. As principais razões da redução de carga de trabalho são a diminuição do número de tarefas de manutenção que são necessárias cumprir e o aumento do intervalo de tempo entre a realização dessas tarefas. Por outro lado, a redução de atividades de manutenção, que impliquem paragens de sistemas de produção ou de fornecimento de um serviço, também conduz a poupanças relacionadas com os custos de inoperacionalidade desses sistemas.

O RCM II permite aprender como uma instalação ou um equipamento deve ser operado e identificar falhas pouco evidentes, conduzindo a uma redução do número de falhas e da sua severidade. Daí, é possível diminuir os gastos na reparação de falhas, bem como o tempo, devido aos diagnósticos rápidos de falhas permitidos pelo RCM II.

• Maior vida útil dos equipamentos;

De todas as técnicas de manutenção, o processo de decisão do RCM II dá sempre preferência às técnicas de manutenção condicionada. Estas técnicas de manutenção são privilegiadas e consistem no controlo do estado real dos equipamentos, monitorizando constantemente o seu funcionamento e na presença de sintomas de avaria são realizadas intervenções de manutenção. Este tipo de manutenção permite maximizar a vida útil dos equipamentos.

• Maior motivação dos indivíduos;

Um conhecimento profundo das funções de um dado equipamento e do que deve der feito para o manter a funcionar corretamente permite aos indivíduos envolvidos no processo do RCM II aumentar as suas competências, autoconfiança e responsabilidades. O processo RCM II compreende análise e decisão e promove o trabalho em equipa, a comunicação e cooperação entre os indivíduos envolvidos no processo e entre estes e os fabricantes dos equipamentos, operadores dos equipamentos e utilizadores.

• Uma base de dados de manutenção;

O contexto de funcionamento de um equipamento pode sofrer alterações, como por exemplo, mudanças ao nível das suas consequências operacionais, ambientais ou a introdução de novas tecnologias. A base de dados de manutenção possibilita facilmente identificar as tarefas de manutenção que são afetadas por essas alterações e efetuar a sua revisão de acordo com as novas circunstâncias de operação do equipamento. Do mesmo permite identificar as tarefas que não são afetadas não se desperdiçando tempo com a sua revisão.

A base de dados permite que os utilizadores do equipamento demonstrem que o seu programa de manutenção é construído com base em fundamentações racionais. Assim, constitui uma forma lógica de justificar a manutenção aplicada.

A informação dos requisitos de manutenção de todos os equipamentos de uma organização armazenada na base de dados torna uma qualquer organização menos vulnerável a saídas de pessoal com experiência, conhecimento e perícia da organização.

Sumário 15

2.6 - Sumário

A metodologia RCM pode ser aplicada a sistemas constituídos por vários equipamentos interrelacionados ou simplesmente a apenas um equipamento. Da análise dos vários trabalhos relacionados com a implementação da metodologia RCM verificou-se que nesses trabalhos foram obtidos resultados satisfatórios, apesar de algumas dificuldades sentidas na aplicação da metodologia, devidas à sua complexidade. O sucesso da metodologia está diretamente relacionado com a qualidade da informação existente numa organização sobre as especificações técnicas dos equipamentos, registos de fiabilidade dos equipamentos, indicadores de custo de manutenção e com o trabalho desenvolvido pelas equipas.

Nos trabalhos analisados foi também possível encontrar uma grande variedade de metodologias de manutenção centrada na fiabilidade, cada uma delas com a sua própria forma de conduzir o processo RCM. No entanto, todas elas procuram integrar as várias técnicas de manutenção de modo a reduzir ou se possível eliminar as consequências dos modos de falha de um equipamento ou sistema, garantindo que estes possuam uma elevada fiabilidade, utilizando a menor quantidade de recursos financeiros possível.

Ao longo deste capítulo foi dada enfâse ao RCM II. Esta forma estruturada de manutenção apresenta-se fiel à metodologia de Nowlan e Heap usada na formulação de planos de manutenção na indústria aeronáutica. Dados os seus benefícios, será esta a metodologia seguida e implementada aos Sistemas de Proteção, Comando e Controlo de subestações AT/MT.

17

Capítulo 3

Manutenção de Equipamentos: Conceito

e Técnicas

Este capítulo tem como objetivo descrever as técnicas utilizadas por empresas na manutenção dos seus equipamentos e infraestruturas. Ao longo do tempo, a manutenção tornou-se numa das áreas mais importantes de uma empresa, contribuindo para a sua produtividade, segurança, qualidade dos seus produtos e para a sua própria imagem.

A manutenção melhora o desempenho e a disponibilidade de um equipamento, porém contribui para o aumento do custo da sua operação. Assim, a gestão da manutenção procura encontrar o ponto ótimo entre o custo e os benefícios da manutenção. Uma boa gestão da manutenção permite reduzir os custos relacionados com as falhas dos equipamentos, controlar stocks, melhorar a qualidade de produtos ou serviços e promove o trabalho em equipa.

De modo a medir o desempenho de uma política de manutenção definida por uma empresa, são utilizados indicadores de fiabilidade. No sentido de quantificar globalmente os esforços despendidos por uma empresa com a sua política de manutenção são calculados valores de custos de manutenção. Estas variáveis são bastante úteis na gestão da manutenção e ajudam a corrigir a política de manutenção decidida e implementada numa empresa. Os indicadores de fiabilidade e os custos de manutenção serão estudados neste capítulo.

3.1 - Definição de Manutenção

Há várias definições de manutenção de equipamentos, segundo diversos autores:

• Em [11], a manutenção de equipamentos “constitui o conjunto de atividades destinadas a garantir que um determinado equipamento, ao longo da sua vida útil espetável, se comporte com níveis de desempenho ótimos e ofereça níveis máximos de segurança na sua utilização e operação”.

• Em [12], a manutenção é definida como a “combinação de todas as ações técnicas, administrativas e de gestão, durante o ciclo de vida de um bem, destinadas a mantê-lo ou a repô-mantê-lo num estado em que possa desempenhar a função requerida”.

18 Manutenção de Equipamentos: Conceito e Técnicas

• Em [13], a manutenção é apresentada como o “conjunto das ações destinadas a assegurar o bom funcionamento das máquinas e das instalações, garantindo que elas são intervencionadas nas oportunidades e com o alcance certos, por forma a evitar que avariem ou baixem de rendimento e, no caso de tal acontecer, que sejam repostas em boas condições de operacionalidade com a maior brevidade, tudo a um custo global otimizado”.

3.2 - Evolução da Manutenção

A revolução industrial, iniciada em meados do século XVIII em Inglaterra, conduziu à substituição progressiva do trabalho do homem por máquinas. Nesse sentido, surgiu o conceito de manutenção associado a máquinas utilizadas na indústria mineira, metalúrgica e têxtil. A manutenção realizada era baseada em técnicas reativas. Ou seja, a manutenção era realizada depois da ocorrência de uma avaria (ver subsecção 3.3.2).

Desde o século XVIII até ao início do século XX, a manutenção foi sempre caracterizada por uma forte componente reativa. Porém, a partir do século XX, devido ao desenvolvimento tecnológico e económico, surgiram novos equipamentos, cada vez mais complexos, e consequentemente a manutenção teve necessidade de evoluir. Apareceram novas técnicas de manutenção e a manutenção passou a ser vista como uma das atividades mais importantes numa empresa. O autor em [1] caracterizou a evolução da manutenção desde 1930 até à atualidade. Essa evolução é apresentada ao longo de três gerações:

• A primeira geração (1930 - 1939);

A primeira geração diz respeito ao período até à 2ª guerra mundial. Uma vez que a indústria não era muito automatizada e como ainda não existiam grandes cadeias de produção, os tempos de paragem não eram muito importantes, e daí a manutenção preventiva não constituir uma prioridade. Como os equipamentos eram simples, a manutenção era baseada em ações de limpeza e de lubrificação, sendo também fáceis de reparar quando avariavam.

• Segunda geração (1940 - 1975);

A segunda geração inclui o período desde a década de 40 até meados da década de 70. Neste período de tempo, a gestão da manutenção sofreu mudanças significativas, devido à crescente automatização dos processos de produção. Na indústria, o número de máquinas aumentou e tornaram-se cada vez mais complexas. No sentido de evitar avarias, na década de 60, a manutenção preventiva atingiu uma grande popularidade, sendo baseada em revisões e realizada em intervalos de tempo fixos. Porém, o custo das empresas com a manutenção começou a aumentar, iniciando-se o planeamento e controlo da manutenção. O objetivo da manutenção era possibilitar uma elevada disponibilidade das máquinas, e assim diminuir os seus tempos de paragem, ao menor custo.

• Terceira geração (1975 - Atualidade);

A terceira geração compreende o período desde meados da década de 70 até à atualidade. Ao longo deste período foram realizadas novas pesquisas sobre os padrões de avaria dos equipamentos, surgiram novas técnicas de manutenção e novos objetivos associados à manutenção. As novas pesquisas sobre os padrões de avaria dos equipamentos,