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Este artigo analisa a aplicação da manutenção preditiva em desfibradores de cana de açúcar, com foco na otimização do processo de troca de martelos. O estudo aborda a importância de dados concretos para a tomada de decisão, buscando determinar o momento ideal para paradas programadas e intervenções nos equipamentos. O artigo apresenta dados coletados em uma indústria sucroenergética, incluindo análise de vibração, perda de massa dos martelos e quantidade de cana processada. Os resultados demonstram a necessidade de uma abordagem mais abrangente para a manutenção preditiva, considerando a perda de massa dos martelos como um indicador mais preciso do desgaste do equipamento do que os níveis de vibração.
Tipologia: Teses (TCC)
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Adnor Batista Rezende Érica Fonseca Garcia PROPOSTA PARA ESCOLHA DO PARÂMETRO MAIS ADEQUADO NA MANUTENÇÃO DE MARTELOS DO DESFIBRADOR DE CANA DE AÇÚCAR GOIÂNIA ABRIL DE 2015
Adnor Batista Rezende Érica Fonseca Garcia PROPOSTA PARA ESCOLHA DO PARÂMETRO MAIS ADEQUADO NA MANUTENÇÃO DE MARTELOS DO DESFIBRADOR DE CANA DE AÇÚCAR Trabalho apresentado como exigência parcial para conclusão da disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso de MBA de Engenharia de Produção das Faculdades Alves Faria, sob a orientação do Prof. Vitor Hugo Martins e Resende. GOIÂNIA ABRIL DE 2015
REZENDE, Adnor; GARCIA, Erica Fonseca. Proposal for setting choice more appropriate in the hammers shredder maintenance of sugar cane. Scientific article, 2015. 16 f. - MBA in Production Engineering of Colleges Alves Faria. Goiânia, 2015. The article is a contribution to the development of methodologies for improving the performance of the shredder Tongat type, and the cane preparation efficiency in the sugarcane industry. The study questioned methods that define the maintenance of cane preparation equipment with the proper use of predictive maintenance technology, where they are often not taken into account relevant data in decision making, as to the maintenance of such equipment. The objective of this paper is to propose the most appropriate parameter to determine the time of exchange of hammers a shredder sugarcane. The research had as objective the methodological exploratory research on the technical procedures were used bibliographical research, desk research and field research. As for the research nature is applied and as a way of addressing the problems, we used quantitative. We can conclude with the study that the most suitable parameter to determine the time for replacement of the hammers is KEYWORDS: Predictive maintenance; Sugarcane industry; Economic viability.
No preparo de cana o principal equipamento e o desfibrador, o que é mais exigido no processo de preparo da cana, sobre condições severas de rotação, variação de carga e desgaste. A perda de massa nas partes móveis do equipamento (martelos) faz com que este equipamento opere com vibrações, segundo a ISO-2372 e limites de avaliação para o comportamento vibratório de máquinas de grande porte da norma VDI – 2056, até 11,2 mm/s de aceleração, o que não é admissível na maioria dos equipamentos rotativos. O desfibrador (shredder) é um aparelho empregado para completar a preparação e a desintegração da cana, para facilitar a extração do caldo pelas moendas. Seu nome inglês vem do verbo "to shred", o que significa: cortar em pequenos pedaços, retalhar, fazer em fragmentos”. (HUGOT, 1969). Esses rotores são acionados por turbinas a vapor ou motores elétricos de forma direta ou por redutores, este processo é adotado pela indústria sucroenergética tanto para extração por moendas quanto por difusão. O principal controle da eficiência do preparo é analítico, através de coletas de amostras na esteira transportadora de cana desfibrada logo após o preparo, deve estar entre 89 e 93%, o desgaste das partes móveis do desfibrador também interferem diretamente neste resultado. Para efeito de obtenção de valores comparativos de preparação da cana, utiliza-se o chamado índice de preparo ou índice de células abertas (“open-cells”), que é obtido através de um ensaio padronizado. Os bons índices de preparo estão em torno de 90% de células abertas para extração através de moendas, enquanto que para extração por difusão esses índices devem ser ainda melhores, maiores que 90% (IPT, 1990). O processo de preparo da cana sofre interferência direta de acordo com a matéria a ser transformada, principalmente a porcentagem de fibra da cana mais as impurezas vegetais (palha) e impurezas minerais, “quanto à fibra deve ser observado o índice de preparo; a importância da preparação da cana deu origem a um meio de medir a eficiência da preparação” (HUGOT, 1969). O teor de fibra da cana mais as impurezas vegetais (palha da cana) e quantidades elevadas de impurezas minerais, são uma realidade constante deste processo e influenciam diretamente no desgaste dos martelos contribuindo com a perda de massa provocando o desbalanceamento e consequentemente o aumento da vibração do rotor. A manutenção preditiva como ferramenta define o problema e a gravidade do mesmo, mas como utilizar esta informação de forma eficiente, onde muitas vezes as variáveis de
processo interferem diretamente na definição de paradas programadas ou não. O problema decorre do aprofundamento que se deseja realizar com o trabalho. Devido à extensão do processo produtivo e das linhas de produção interdependentes na indústria sucroenergética, encontra-se dificuldade na escolha das variáveis do processo adequadas, por isso as paradas indeterminadas afetam diretamente na definição do regime de manutenção dos equipamentos. Esses são os principais agravantes em determinar uma metodologia eficaz. Desta forma é necessário avaliar de forma coerente todas as informações do programa de manutenção preditiva, onde a interpretação dos dados e a tomada de decisão serão determinantes na definição das paradas programadas. Também são fundamentais na definição de manutenção em paradas indeterminadas. 2 JUSTIFICATIVA Este estudo se propõe a contribuir sobre futuras discussões no âmbito acadêmico sobre o referido assunto, propondo implementação tecnológica a indústria sucroenergética brasileira. Como contribuição econômica tem como objetivo a sustentabilidade do negócio propondo soluções relevantes à eficiência de tempo e custos de manutenção do ponto de vista técnico da manutenção preditiva. Levantar dados concretos de operação de equipamentos que viabilizam de forma direta a eficiência do preparo de cana da indústria de açúcar e álcool, a fim de abrir caminho para o desenvolvimento de novas soluções e tecnologias que favoreçam a tomada de decisão do Planejamento e Controle da Manutenção quanto à definição de hora mais adequada para efetuar uma parada programada e intervenção nestes equipamentos. Mantendo um equilíbrio satisfatório entre eficiência de tempo, custos de manutenção, disponibilidade do equipamento e o rendimento total do processo industrial (RTC). Entende-se por controle preditivo de manutenção, a determinação do ponto ótimo para executar a manutenção preventiva num equipamento, ou seja, o ponto a partir do qual a probabilidade do equipamento falhar assume valores indesejáveis. A determinação desse ponto traz como resultado índices ideais de prevenção de falhas, tanto sob o aspecto técnico como pelo aspecto econômico, uma vez que a intervenção no equipamento não é feita durante o período que ainda está em condições de prestar o serviço, nem no período em que suas características operativas estão comprometidas (TAVARES, 1996). A deficiência de metodologias, procedimentos e estudos referentes á problemas enfrentados na definição de paradas programadas para manutenção de desfibradores no
Encontrar o parâmetro mais adequado para determinar o melhor momento para troca de martelos de um desfibrador de cana de açúcar. 3.2 Objetivos específicos Levantar dados de quantidade de cana processada por jogo de martelos; Levantar o histórico dos níveis de vibração do equipamento por jogo de martelos; Medir a perda de massa por jogo de martelos; Levantar o custo da manutenção de um jogo de martelos; Definir o momento mais viável para troca dos martelos. 4 METODOLOGIA O que diferencia o conhecimento científico das demais espécies de conhecimento (filosófico, popular e teológico) é o chamado Método Científico (Rampazzo, 2002). Ciência se faz com método (Lungarzo, 1992). De acordo com a abordagem do problema, as pesquisas poderão ser classificadas da seguinte forma, como cita Silva e Menezes (2001): a) Pesquisa quantitativa: os autores consideram como pesquisa quantitativa tudo aquilo que se podem traduzir em números, utilizando métodos estatísticos, as opiniões e informações obtidas através de pesquisa de campo ou boletins de informações, a fim de facilitar a analise dos dados encontrados. b) Pesquisa qualitativa: pode ser considerada como qualitativa tudo aquilo onde se encontra afinidade ativa entre o modo em que vivemos (real) e o sujeito, criando um vínculo entre ambas as partes e que não pode ser mensurado ou transformado em números. De acordo com Diehl (2004), apresenta um esboço acerca destas duas estratégias: a) A pesquisa quantitativa pelo uso da quantificação, tanto na coleta quanto no tratamento das informações, utilizando-se técnicas estatísticas, objetivando resultados que evitem possíveis distorções de análise e interpretação, possibilitando uma maior margem de segurança. b) A pesquisa qualitativa, por sua vez, descreve a complexidade de determinado problema, sendo necessário compreender e classificar os processos dinâmicos vividos nos grupos, contribuir no processo de mudança, possibilitando o entendimento das mais variadas particularidades dos indivíduos. Na pesquisa foram abordados e analisados dados coletados junto ao PCM desta mesma indústria referentes às manutenções do preparo de cana e as dificuldades que este departamento enfrenta em programar o melhor momento da intervenção, esse método
caracteriza uma pesquisa quantitativa, devido se fazer um levantamento de dados estatísticas do processo de paradas da empresa, as trocas de martelos, análise de vibrações e a perda de massa. As pesquisas podem ser classificadas quanto ao seu objetivo em três grupos. A pesquisa exploratória tem como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito ou a construir hipóteses. O planejamento de pesquisas exploratórias é bastante flexível, sendo que na maioria dos casos, assume a forma de pesquisa bibliográfica ou estudo de caso. Gil (1996) define a pesquisa exploratória como a que tem como principal finalidade desenvolver, esclarecer e modificar conceitos e ideias, com vistas à formulação de problemas mais precisos ou hipóteses pesquisáveis para estudos posteriores. A pesquisa descritiva tem como objetivo primordial a descrição das características de determinada população ou fenômeno, podendo também estabelecer relações entre variáveis. Assume em geral a forma de levantamento. Para Gil (1996), as pesquisas destes tipos têm como objetivo primordial a descrição das características de determinada população ou fenômeno ou o estabelecimento de relações entre variáveis. Na pesquisa explicativa, há uma preocupação central em identificar os fatores que determinam ou que contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Esse tipo de pesquisa é o que mais aprofunda o conhecimento da realidade, porque explica a razão, o porquê das coisas. Pode-se dizer que o conhecimento científico está assentado nos resultados oferecidos pelos estudos explicativos. Essa pesquisa assume um viés exploratório, devido a ser uma das pioneiras nesse campo de manutenção preditiva em desfibradores do tipo tongat, além de procurar viabilizar a troca dos martelos do mesmo. Especificamente sobre a pesquisa bibliográfica, Rampazzo (2002), afirma que: A pesquisa bibliográfica procura explicar um problema a partir de referências teóricas publicadas (em livros, revistas etc.). Pode ser realizada independentemente, ou como parte de outros tipos de pesquisa. Qualquer espécie de pesquisa, em qualquer área, supõe e exige uma pesquisa bibliográfica prévia, quer para o levantamento da situação da questão, quer para fundamentação teórica, ou ainda para justificar os limites e contribuições da própria pesquisa. Para produção dessa pesquisa, primeiramente, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o tema manutenção preditiva, que é o foco deste trabalho. Como a manutenção preditiva é uma manutenção voltada para a antecipação de falhas, correção de problemas de
também pode minimizar o número e os custos de paradas não programadas criadas por falhas da máquina. 5.2 Análise de vibração Na década de 70 os programas de manutenção preditiva por análise de vibrações, baseavam-se no vibrômetro^1. O encarregado pelas medições trazia o instrumento, volumoso e grosseiro, pendurado no pescoço de modo a usar as mãos para fazer as anotações de cada ponto medido. Nos anos 90, com desenvolvimento de novos instrumentos, sobreveio uma nova influência no acompanhamento dos equipamentos. Pinto e Xavier (2001, p. 240). Para Vital e Junior (2008, p.32) o monitoramento dos níveis vibratórios tornou-se um dos mais importantes métodos de predição. A maior ênfase do acompanhamento está concentrada nos equipamentos rotativos, para os quais tanto a metodologia de análise quanto os instrumentos e aparelhos, se encontram num estágio bastante avançado. O período entre medições depende de vários fatores, tais como o regime de funcionamento da máquina, sua carga se constante ou aleatória, tipo de equipamento, e mais uma série de detalhes com que deve ser verificado caso a caso. De acordo Nepomuceno (1989, p. 32), o movimento vibratório de uma máquina é o resultado das forças dinâmicas que a excitam. Essa vibração se propaga por todas as partes da máquina, bem como para as estruturas interligadas a ela. Geralmente um equipamento vibra em várias frequências e amplitudes correspondentes. Os efeitos de uma vibração são o desgaste e a fadiga, que certamente são responsáveis por quebras definitivas do maquinário. 5.3 Desfibrador Segundo PAYNE (1990, p. 46) O melhor equipamento consiste em desfibrador de martelos pesados, que em resumo, desfibra a cana, liberando o caldo, porém conservando uma estrutura fibrosa relativamente longa. Tal preparo fornece também a melhor pega possível. Um desfibrador bem projetado, com martelos de 20 kg, girando a uma velocidade periférica de 6.000 m/min, deve dar um índice de preparo de 88%. Ainda, segundo o autor, um aumento (^1) O vibrômetro é equipamento utilizado para medir vibrações e oscilações em muitas máquinas e instalações, assim como para o desenvolvimento de produtos.
no índice de preparo de 4% resulta num aumento de extração de 1% na mesma moenda. É mais ou menos se acrescentar um terno ao tandem. Figura 1. Desfibrador de cana de açúcar. Fonte. Arquivo pessoal (2015). Para efeito de obtenção de valores comparativos de preparação da cana, utiliza-se o chamado índice de preparo ou índice de células abertas (“open-cells”), que é obtido através de um ensaio padronizado. Os bons índices de preparo estão em torno de 90% de células abertas para extração através de moendas, enquanto que para extração por difusão esses índices devem ser ainda melhores, maiores que 90% (IPT, 1990, p. 137). 6 ANÁLISE DOS DADOS 6.1 Planejamento e Controle da Manutenção (PCM) Na empresa Delta o PCM é o responsável por impor uma rota de monitoramento dos equipamentos da indústria, inclusive o desfibrador de cana. Sendo que, na empresa o profissional responsável por efetuar as medições para manutenção preditiva é de uma empresa terceirizada, contratada especificamente para esse fim, e que trabalho em regime de tempo integral, juntamente com o processo de fabricação.
Gráfico 1: Total de paradas do desfibrador Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro^ Outubro Novembro Dezembro 0 1 2 3 4 5 6
Paradas Programadas Paradas Não Programadas Paradas por Chuva Fonte: Dados da empresa Delta (2013). No Gráfico 1 é possível perceber todas as paradas do desfibrador durante a moagem no período de safra. Os dados mostram que todos os meses houveram paradas não programadas, sendo um total de 148 horas. Apenas no mês de agosto houve uma parada programada de 20 horas. As demais paradas foram em função de chuvas. 6.3 Relação troca de martelos e quantidade de cana moída A colheita da cana de açúcar sofre grandes variações no decorrer da safra que pode iniciar no início de abril e estender-se até o fim de dezembro devido a fatores como: umidade da cana, climáticos, porcentagem de fibra, densidade por tonelada, porcentagem de impurezas e teor de sacarose da cana de açúcar. A maioria destes fatores tem relação direta com a durabilidade dos martelos do desfibrador, aliado aos materiais de revestimento dos mesmos. Para a respectiva pesquisa foi considerado que todos os jogos de martelos foram aplicados revestimento duro de alta performance e confeccionados conforme desenho em aço carbono 1020 ASI-SAE com peso unitário de 18,5Kg com uma variação máxima de 50g para mais ou para menos.
Após levantar os dados do momento da troca dos martelos do desfibrador e a respectiva quantidade moída pelos mesmos, foi possível criar o Gráfico 2: Gráfico 2: Análise da troca de martelos em quantidade e período Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro 0 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500,
ton cana Troca de martelos Fonte: Dados da empresa Delta (2013). Pode-se obsevar no Gráfico 2 a primeira troca de martelos da safra que acorreu no fim do mês de Maio/2013, com um volume até a data próximo de 500.000 toneladas de cana moída. Foi utilizada uma das paradas não programadas neste período para realizar a troca de martelos. Após a substituição foi feita pesagem dos martelos onde foi constatada média de 720g por martelo de perda de massa com variação de 40g para mais ou para menos. A segunda troca foi realizada no fim do mês de Agosto/2013 com 1.400.000 toneladas de cana moída pelo desfibrador até aquele momento, ou seja, o segundo jogo de martelos teve sua durabilidade em torno de 900.000 toneladas de cana moída e foi realizada a substituição em uma parada programada. A perda de massa na segunda troca ficou com média de 1,3Kg por martelo com variação de 70g para mais ou para menos. A terceira troca foi realizada no fim do mês de Outubro/2013 com 1.900.000 de toneladas de cana moída até aquela data, ou seja, o terceiro jogo de martelos teve uma duração de 500.000 toneladas de cana moída, atividade realizada em uma parada não programada por fatores climáticos. Na terceira troca de martelos a perda de massa ficou com média de 1,1Kg por martelo com variação de 80g para mais ou para menos. Este terceiro jogo de martelos finalizou a safra 2015 desfibrando
dentro dos padrões aceitáveis de operação não ultrapassando 6,5 mm/s. De acordo com relatos do Gerente de Manutenção da empresa, essa estabilidade se deve principalmente à manutenção adequada dos mancais e do bom funcionamento do sistema de lubrificação dos mesmos. No Gráfico 3, é apresentado o monitoramento dos níveis de vibração do desfibrador. Gráfico 3: Níveis de vibração do desfibrador 0,0 ton 140.000ton 270.000ton 405.000ton 525.000ton 700.000ton 880.000ton 1.080.000ton^ 1.215.000ton 1.410.000ton 1.530.000ton 1.655.000ton 1.760.000ton 1.870.000ton 2.050.000ton 2.250.000ton 2.410.000ton 2.500.000ton 0 2 4 6 8 10 1.5 1 2 3.5 3 4.5^5 4. 1 2 2.5 2 3
(^6) 5. 5
4
5.55.5^6 6.5 6
3
6 6.5 6 6
ACELERAÇÃO (mm/s) RELATÓRIOS/ton CANA MOIDA SUBSTITUIÇÃO DOS MARTELOS Fonte: Dados da empresa Delta (2013). Durante maior período de moagem sem paradas entre a primeira e segunda troca de martelos, ou seja, entre 450.000 toneladas e 1.300.000 toneladas apresentadas no Gráfico 2, a vibração oscilou entre 6 e 6,5mm/s. Ao final do período entre 2.050.000 a 2.500. toneladas, ou seja, durante a fase mais crítica, o equipamento se manteve dentro dos limites aceitáveis. Pode-se concluir que utilizar os níveis de vibrações para propor um cronograma de paradas não é o aspecto mais viável para essa operação, pois os níveis se mantiveram dentro dos limites aceitáveis, mas considerando a perda de massa de 1,3 kg por martelo durante o mesmo período, fica claro que a eficiência do equipamento está comprometida, prejudicando diretamente os índices de preparo de cana e consequentemente a extração de açúcares. 6.5 Custo gerado decorrentes das paradas programadas para empresa A empresa Delta possui um faturamento médio de R$ 2,4 milhões por dia, sendo que, opera em regime de turnos, 24 horas por dia. Para se realizar uma troca de martelos o tempo médio gasto é de 4 horas, o que geraria uma perda de faturamento de R$ 400.000,00.
Considerando que a empresa Delta alcance uma moagem de 2,5 milhões de toneladas de cana seriam necessários pelo menos 8 paradas programadas para troca de martelos, o que geraria um perda no faturamento de R$ 3,2 milhões por ano. 7 CONCLUSÃO Após o estudo é possível concluir que o melhor parâmetro para programar a troca dos martelos é pela quantidade de cana moída, uma vez que para os meses de junho, julho e agosto, pode-se afirmar que a quantidade de cana moída foi maior que o recomendado pelo fabricante e a perda de massa também foi maior que os outros meses, cerca de 1,3Kg. Porém, a que se dizer que é necessário um estudo voltado para obtenção da queda do percentual de índice de preparo e consequentemente a provável perda ocasionada na extração de açúcares. Conclui-se também que, a manutenção preditiva determina o momento certo da manutenção intervir, consegue-se um planejamento do setor interagindo com a produção. Na manutenção, tendo a produção como principal cliente, é imprescindível que um planejamento entre os dois setores estejam devidamente alinhados, para que uma falha inesperada não interfira na produtividade e no funcionamento excelente da planta. 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS DIEHL, Astor Antonio. Pesquisa em ciências sociais aplicadas: métodos e técnicas. São Paulo: Prentice Hall, 2004. FOLADOR, J. A.; MATTOS, M. M. S. A importância da gestão de perdas para fortalecer a competitividade e melhorar a produtividade das empresas (no século XXI). Revista Capital Científico do Setor de Ciências Sociais Aplicadas, vol.5, n.1, Guarapuava-PR. dez. 2007. p.1-
GIL, Antonio Carlos. Como Elaborar Projetos de Pesquisa. 3ª Ed. São Paulo: Atlas, 1996. HUGOT, E. Manual da engenharia açucareira. São Paulo: Mestre Jou, 1977. vol.1. p. 77. HUGOT, E. Manual da engenharia açucareira. São Paulo: Mestre Jou, 1977. vol.1. p. 89. INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS. Manual de Recomendações: Conservação de Energia na Indústria do Açúcar e Álcool. São Paulo: IPT. 1990. 796p.