árvore de falhas como subsídio na implementação da manutenção
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1 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE DE CARGA FERROVIÁRIO MARCELO ANDRÉ DE SOUZA GAEDE ÁRVORE DE FALHAS COMO SUBSÍDIO NA IMPLEMENTAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA EM CONFIABILIDADE Rio de Janeiro 2008
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ESPECIALIZAO EM TRANSPORTE DE CARGA FERROVIRIO
MARCELO ANDR DE SOUZA GAEDE
RVORE DE FALHAS COMO SUBSDIO NA IMPLEMENTAO DA
MANUTENO CENTRADA EM CONFIABILIDADE
Rio de Janeiro
2008
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
MARCELO ANDR DE SOUZA GAEDE
RVORE DE FALHAS COMO SUBSDIO NA IMPLEMENTAO DA
MANUTENO CENTRADA EM CONFIABILIDADE
Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Transporte Ferrovirio de
Carga
Orientador: Prof. Marcelo P. Sucena - D. C
.
Tutor: Marclio Eustquio de Oliveira Rocha
Rio de Janeiro
2008
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
MARCELO ANDR DE SOUZA GAEDE
RVORE DE FALHAS COMO SUBSDIO NA IMPLEMENTAO DA
MANUTENO CENTRADA EM CONFIABILIDADE
Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Transporte de Carga
Ferrovirio do Instituto Militar de Engenharia.
Orientador: Prof. Marcelo P. Sucena - D. C.
Tutor: Marclio Eustquio de Oliveira Rocha.
Aprovada em de outubro de 2008 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Prof. Marcelo P. Sucena - D. C.
_______________________________________________________________
Profa Maria Cristina de Fogliatti Sinay PhD.
_______________________________________________________________
Profa Vnia Gouveia Barcelos Campos D. C.
_______________________________________________________________
Rio de Janeiro
2008
-
4
AGRADECIMENTOS
A Deus por me conceder sade e paz.
Aos meus pais e irmos pelas lies de vida.
A Mariana pela compreenso e apoio..
minha famlia.
A MRS Logstica pela oportunidade.
Aos colegas de trabalho pelo companheirismo e profissionalismo.
Aos colegas de curso pelos grandes momentos vividos.
Ao meu orientador Marcelo Sucena e o meu tutor Marclio Eustquio de Oliveira
Rocha pelo apoio no desenvolvimento do trabalho.
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5
SUMRIO
AGRADECIMENTOS.............................................................................................. 04
SUMRIO ............................................................................................................. 05
LISTA DE ILUSTRAES ..................................................................................... 07
LISTA DE TABELAS .............................................................................................. 10
RESUMO ............................................................................................................... 11
CAPTULO 1 CONSIDERAES INICIAIS ....................................................... 12
1.1 INTRODUO .............................................................................................. 12
1.2 OBJETIVO ..................................................................................................... 13
1.3 - JUSTIFICATIVA ............................................................................................ 13
1.4 - METODOLOGIA PROPOSTA ...................................................................... 15
CAPTULO 2 SUBSISTEMAS FERROVIRIOS ............................................... 16
2.1 O SISTEMA FERROVIRIO ......................................................................... 16
2.2 LOCOMOTIVAS ............................................................................................ 21
2.2.1 MOTOR DIESEL E SISTEMA DE COMBUSTVEL ................................... 24
2.2.2 GOVERNADOR ......................................................................................... 31
2.2.3 SISTEMA DE ADMISSO DE AR ............................................................. 34
2.2.4 SISTEMA DE LUBRIFICAO .................................................................. 35
2.2.5 SISTEMA DE REFRIGERAO ................................................................ 39
2.2.6 SISTEMA ELTRICO ................................................................................ 40
2.2.7 SISTEMA PNEUMTICO .......................................................................... 44
2.2.8 TRUQUES .................................................................................................. 46
CAPTULO 3 A ATIVIDADE MANUTENO .................................................... 48
3.1 IMPORTNCIA DA MANUTENO NO TRANSPORTE FERROVIRIO ... 48
3.2 DEFINIO DE MANUTENO E SUA EVOLUO ................................. 48
3.3 DEFINIO DE CONFIABILIDADE, DISPONIBILIDADE E SEGURANA ..52
3.3.1 CONFIABILIDADE ..................................................................................... 52
3.3.2 DISPONIBILIDADE .................................................................................... 53
3.3.3 SEGURANA ............................................................................................ 54
3.4 MANUTENO CENTRADA EM CONFIABILIDADE .................................. 55
-
6
3.5 RVORE DE FALHAS .................................................................................. 56
CAPTULO 4 ESTUDO DE CASO ..................................................................... 62
4.1 LOCAL DO ESTUDO DE CASO ................................................................... 62
4.2 ANLISE DOS DADOS ................................................................................ 65
4.3 ESCOLHA DO COMPONENTE .................................................................... 70
4.4 TURBO ALIMENTADOR GM ........................................................................ 72
4.4. 1 - CONJUNTO CAVILHADO DO TURBO ..................................................... 75
4.4.2 SEO DAS ENGRENAGENS DE ACIONAMENTO ............................... 75
4.4.3 SEO DO COMPRESSOR ..................................................................... 76
4.4.4 ROTOR OU CONJUNTO ROTATIVO ....................................................... 77
4.4.5 SEO DA TURBINA ................................................................................ 78
4.4.6 CONJUNTO DA EMBREAGEM DE SOBREVELOCIDADE ...................... 78
4.5 SINOPSE DO FUNCIONAMENTO DO TURBO ALIMENTADOR GM ......... 80
4.6 O LOCAL DA APLICAO: OFICINA DE RECUPERAO DE
COMPONENTES DE LOCOMOTIVAS .................................................................. 81
4.7 O OBJETO DO ESTUDO DE CASO: LOCOMOTIVAS SD40-2 E SD40-3 ..81
4.8 ESTUDO DE CASO ...................................................................................... 83
CAPTULO 5 CONCLUSES E RECOMENDAES ...................................... 90
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... 92
-
7
LISTA DE ILUSTRAES
Figura 01: Principais componentes de uma locomotiva SD40-2. Fonte: KITAMURA
(2006) ..................................................................................................................... 22
Figura 02: Ciclo de trabalho de um motor diesel dois tempos. Fonte: BORBA (2008)
................................................................................................................................ 25
Figura 03: Lavagem do cilindro. Fonte: KITAMURA (2006) ................................... 26
Figura 04: Compresso do ar dentro do cilindro. Fonte: KITAMURA (2006) ......... 26
Figura 05: Tempo motor. Fonte: KITAMURA (2006) ............................................. 27
Figura 06: Exausto dos gases queimados. Fonte: KITAMURA (2006) ................ 27
Figura 07: Funcionamento de um motor dois tempos turboalimentado. Fonte:
KITAMURA (2006) ................................................................................................. 28
Figura 08: Ciclo de trabalho de um motor diesel quatro tempos. Fonte: BORBA
(2008) ..................................................................................................................... 28
Figura 09: Ciclos de um motor quatro tempos. Fonte: KITAMURA (2006) ............ 30
Figura 10: Sistema de Combustvel do motor GM. Fonte: BORBA (2008) ............ 31
Figura 11: Governador do motor diesel GM. Fonte: Manual GM .......................... 33
Figura 12: Dispositivo de velocidade do motor diesel GM. Fonte: KITAMURA (2208)
................................................................................................................................ 34
Figura 13: Sistema de admisso de ar da locomotiva SD40. Fonte: KITAMURA
(2006) ..................................................................................................................... 36
Figura 14: Desenho esquemtico do caminho percorrido pelo ar em um motor turbo
alimentado. Fonte: BORBA (2008) ........................................................................ 37
Figura 15: Sistema de Lubrificao. Fonte: BORBA (2008) .................................. 38
Figura 16: Sistema de Lubrificao do turbo alimentador. Fonte: BORBA (2008)
................................................................................................................................ 39
Figura 17: Sistema de Refrigerao de uma locomotiva GM. Fonte: KITAMURA
(2006) ..................................................................................................................... 41
Figura 18: Alternador de uma locomotiva GM. Fonte: Manual GM ........................ 42
Figura 19: Modelo de motor de trao GM. Fonte: Manual GM ............................ 42
Figura 20: Gerador Auxiliar de uma locomotiva GM. Fonte: Manual GM .............. 43
Figura 21: Grade de Resistncias de Freio Dinmico de uma locomotiva. Fonte:
Manual GM ............................................................................................................. 44
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8
Figura 22: Compressor refrigerado a ar ................................................................. 45
Figura 23: Estrutura tpica de um truque de locomotiva Fonte KITAMURA (2006)
................................................................................................................................ 46
Figura 24: Curva da banheira. Fonte: SUCENA (2008) ......................................... 50
Figura 25: Padres de falhas nas trs geraes. Fonte: SUCENA (2008) ............ 50
Figura 26: Smbolos de eventos da rvore de falhas. Fonte: Anlise de Falhas
(Aplicao dos Mtodos de FMEA FTA) Fonte: HELMAN et al.(1995) ........... 59
Figura 27: Smbolos de portas lgicasda rvore de falhas. Fonte: Anlise de Falhas
(Aplicao dos Mtodos de FMEA FTA) - Fonte: HELMAN et al.(1995)
................................................................................................................................ 60
Figura 28: Matriz para determinao dos cortes mnimos. Fonte: SUCENA (2008)
................................................................................................................................ 61
Figura 29: Malha Ferroviria da MRS Logstica S.A. Fonte: MRS Logstica S.A.
(2006) ..................................................................................................................... 62
Figura 30: Evoluo do transporte anual de cargas da MRS e projeo de
expanso. Fonte: MRS Logstica S.A. (2008) ........................................................ 63
Figura 31: Produo Ferroviria em Bilhes de TKU. Fonte: ANTF. (2008) ......... 64
Figura 32: Volume transportado Milhes de TU. Fonte: ANTF (2008) .................. 64
Figura 33: Trem Hora Parado Devido a Falhas e Falta de Locomotivas X Meses
(setembro de 2007 a agosto de 2008. Fonte: MRS Logstica S.A. (2008) ............ 66
Figura 34: Nmero de Defeitos entre os dias 01/07 e 24/07/08. Fonte: MRS
Logstica S.A. (2008) .............................................................................................. 67
Figura 35: Nmero de Reboques entre os dias 01/07 e 24/07/08. Fonte: MRS
Logstica S.A. (2008) .............................................................................................. 68
Figura 36: KMED entre os meses de novembro de 2007 e julho de 2008. Fonte:
MRS Logstica S.A. (2008) ..................................................................................... 69
Figura 37: MKBF entre os meses de novembro de 2007 e julho de 2008. Fonte:
MRS Logstica S.A. (2008) ..................................................................................... 70
Figura 38: Retrabalho em turbo alimentadores GM durante os anos de 2007 e 2008
................................................................................................................................ 71
Figura 39: Arranjo tpico de turbo alimentador. Fonte: Manual GM ....................... 73
Figura 40: Vista em corte do turbo alimentador. Fonte: Manual GM ..................... 74
Figura 41: Conjunto cavilhado do turbo. Fonte: Manual GM ................................. 75
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Figura 42: Seo de engrenagens de acionamento. Fonte: Manual GM .............. 76
Figura 43: Seo do compressor. Fonte: Manual GM ........................................... 77
Figura 44: Rotor ou conjunto rotativo. Fonte: Manual GM ..................................... 78
Figura 45: Seo da turbina. Fonte: Manual GM ................................................... 79
Figura 46: Conjunto da embreagem de sobrevelocidade. Fonte: Manual GM ...... 80
Figura 47: Locomotiva SD40-2. Fonte: MRS Logstica S.A ................................... 82
Figura 48: Detalhe das orelhas de elefante. Fonte: MRS Logstica S.A ............. 83
Figura 49: Pareto das falhas do turboalimentador GM ocorridas durantes os anos
de 2007 e 2008 ...................................................................................................... 85
Figura 50: Diagrama de causa e efeito das falhas do turboalimentador GM
ocorridas durantes os anos de 2007 e 2008 .......................................................... 86
Figura 51: rvore de Falhas do turbo alimentador GM para o evento topo
vazamento de leo lubrificante .............................................................................. 87
Figura 52: Matriz de determinao dos cortes mnimos da rvore de Falhas ....... 88
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LISTA DE TABELAS
Tabela 01: Categoria de vages e caractersticas especiais de cada categoria.
Fonte: ABNT .......................................................................................................... 19
Tabela 02: Classificao de vages de acordo com peso mximo admissvel para
cada bitola. Fonte: ABNT ....................................................................................... 20
Tabela 03: Numerao dos vages. Fonte: ABNT ................................................ 20
Tabela 04: Regionais as quais os vages pertenciam. Fonte: ABNT .................... 21
Tabela 05: Levantamento das falhas do turboalimentador GM ocorridas durantes os
anos de 2007 e 2008 ............................................................................................. 84
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RESUMO
O modal ferrovirio no Brasil, nos ltimos anos, tem apresentado um grande
crescimento em volume de transporte de cargas. A tendncia deste crescimento
se manter para os prximos anos. E para atender tal demanda faz-se necessrio
que as ferrovias estejam preparadas no que tangem os seus processos e grupos
de ativos.
A Manuteno dos Ativos tem um papel fundamental no cenrio de
crescimento da demanda, principalmente, no que est relacionado qualidade da
manuteno, j que ela est diretamente ligada s questes de segurana,
confiabilidade e disponibilidade dos grupos de ativos.
Objetivando isto, pode-se utilizar a Manuteno Centrada em Confiabilidade
(MCC), pois uma metodologia voltada para maximizao da confiabilidade e
segurana operacional, por intermdio de planejamento sistmico e com foco na
funo do sistema, alm da possibilidade de minimizao dos custos e impactos
ambientais. A MCC prope intervenes baseadas na condio do equipamento,
ao invs de intervenes baseadas no tempo de operao do mesmo.
A MCC pode utilizar diversas ferramentas para auxiliar o seu desenvolvimento,
dentre elas destacam-se a Anlise da rvore de Falhas (FTA Fault Tree
Analysis), Anlise dos Modos e Efeitos de Falhas (FMEA Failure Modes and
Effect Analysis) e Anlise dos Modos, dos Efeitos e da Criticidade das Falhas
(FMECA Failure Modes, Effects and Criticality Analysis).
Sendo assim, este trabalho tem como objetivo a anlise de utilizao da
tcnica rvore de Falhas como subsdio para implementao da MCC na MRS.
Pretende-se ainda avaliar este processo, sob os aspectos pertinentes
restaurao dos componentes mecnicos da Oficina de Recuperao de
Componentes de Locomotivas.
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CAPTULO 1 CONSIDERAES INICIAIS
1.1 - INTRODUO
O sistema ferrovirio brasileiro, desde a primeira ferrovia inaugurada em
1852 por Baro de Mau, passa por constantes modificaes institucionais. Por
exemplo, CAIXETA-FILHO et al. (2001) registra trs ciclos distintos do sistema
ferrovirio brasileiro:
Primeiro Ciclo: incio, no final do sculo XIX, com a instalao das
primeiras ferrovias financiadas pelo capital privado ingls e mediante
concesses do governo;
Segundo Ciclo: caracterizou-se pelo processo de nacionalizao das
ferrovias. Para se ter uma idia, em 1929 o Estado detinha 67% das
companhias ferrovirias brasileiras e era responsvel pela administrao
de 41% da rede;
Terceiro Ciclo: o estgio atual em que se encontram as ferrovias
brasileiras aps o processo de desestatizao da Rede Ferroviria
Federal S.A (RFFSA).
O processo de desestatizao do setor ferrovirio foi iniciado com a incluso
da RFFSA no Plano Nacional de Desestatizao (PND).
Em princpio, os principais objetivos da desestatizao do sistema ferrovirio
eram:
Desonerar o Estado: a RFFSA apresentava dficit operacional de cerca
de R$300.000.000,00 que eram cobertos com recursos do Tesouro
Nacional;
Melhorar a alocao de recursos j que os atrasos sistemticos no
atendimento aos compromissos eram constantes e a frota de ativos
operacionais estava em processo continuado de degradao;
Aumentar a eficincia operacional ante um cenrio de incapacidade de
investimento;
Fomentar o desenvolvimento do mercado de transportes: a legislao
vigente, na poca, para as empresas estatais era um entrave agilidade
e a uma poltica comercial mais agressiva;
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13
Melhorar a qualidade dos servios.
importante salientar que o modelo adotado para a desestatizao do setor
ferrovirio priorizou a linha de negcios de transporte de cargas, deixando o
transporte de passageiros em segundo plano.
Assim sendo, o sistema ferrovirio brasileiro foi desestatizado mediante leiles
pblicos e a malha subdividida em malhas regionais com concesso do governo
para a explorao dos servios de transporte ferrovirio e o arrendamento dos
bens operacionais pelas concessionrias.
Dentre os ativos includos neste processo destaca-se o material rodante,
fundamental para a existncia do transporte. Esse subsistema de relativa
importncia para a qualidade e a segurana do transporte ferrovirio de carga, haja
vista que qualquer falha pode resultar em degradao operacional, impactos
ambientais e aumento do custo do transporte.
1.2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho a anlise da utilizao da tcnica rvore de
Falhas (AF) como subsdio para a implementao da Manuteno Centrada em
Confiabilidade (MCC) em oficinas de material rodante ferrovirio. Como forma de
validar o emprego da AF pretende-se realizar estudo de caso desta tcnica sob os
aspectos pertinentes recuperao de componentes mecnicos da oficina de
Recuperao de Componentes de Locomotivas, na MRS Logstica S.A.
1.3 JUSTIFICATIVA
Sabe-se que os veculos so parte integrante dos sistemas de transporte, e
que sem utilizao correta deles, o nvel de servio produtivo deve ser degradado.
Algumas partes destes veculos apresentam particularidades quanto ao seu
grau de criticidade perante o sistema como um todo. Visto isso e avaliando-se os
dados de manuteno da MRS Logstica, detectou-se alto ndice de retrabalho
durante os anos de 2007 e 2008 devido s falhas prematuras na operao,
caracterizando uma baixa confiabilidade dos ativos.
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14
Alm disso, nota-se tambm que o retrabalho afeta diretamente, de forma
negativa, o ambiente de trabalho das oficinas de campo, das clulas de trabalho da
oficina de recuperao de componentes e o moral de todos os seus colaboradores.
Tais falhas propiciam um grande transtorno para as oficinas, principalmente
para aquelas voltadas para manuteno de veculos ferrovirios, pois influenciam
na disponibilidade dos veculos para a operao ferroviria, impactando
diretamente nos seus indicadores e, conseqentemente, nas suas metas.
Para vencer o desafio de minimizar as falhas crticas em veculos
ferrovirios, aumentando a sua disponibilidade, pretende-se, neste trabalho, utilizar
a Anlise da rvore de Falhas (FTA Fault Tree Analysis).
Com a implantao da rvore de Falhas no processo de recuperao de
componentes crticos de locomotivas esperam-se alguns ganhos, tais como:
Aumento da confiabilidade dos componentes;
Aumento da disponibilidade das locomotivas;
Eliminar os retrabalhos;
Otimizar o atendimento aos clientes;
Melhorar o clima das clulas e o moral dos colaboradores;
Aumento do volume transportado em relao s falhas em locomotivas;
Reduo de indicadores de operao da empresa, tais como Trem Hora
Parado (THP), Locomotiva Hora Parada (LHP), Nmero de Defeitos,
Nmero de Reboques, KMED e MKBF.
O THP tem como finalidade medir o tempo total que o trem ficou parado
devido a algum evento. Estes eventos sero definidos no captulo 4.
O indicador LHP tem como objetivo medir o valor financeiro total de uma
locomotiva imobilizada devido alguma falha.
O KMED o indicador que considera a quilometragem total dividida pelo
somatrio do nmero de defeitos e o nmero de reboques.
O MKBF o indicador que considera a quilometragem total dividida pelo
nmero de reboques.
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15
1.4 - METODOLOGIA PROPOSTA
Para se atingir o objetivo deste trabalho, pretende-se seguir a seguinte
metodologia:
Desenvolver pesquisa bibliogrfica sobre os temas Material Rodante,
Manuteno Centrada em Confiabilidade e rvore de Falhas a fim de
obter embasamento terico sobre a tcnica utilizada;
Identificar a base de dados sobre ndice de retrabalho de componentes
mecnicos na MRS, para estudo de caso, a fim de selecionar os
componentes crticos, ou seja, aqueles componentes que apresentaram,
nos ltimos tempos, um elevado ndice de retrabalho e
conseqentemente uma baixa confiabilidade;
Detectar a base de dados sobre as falhas que o componente crtico eleito
no tpico anterior apresentou para que se tenha todas as informaes
necessrias montagem da rvore de falhas;
Desenvolver estudo sobre a metodologia rvore de Falhas baseando-se
nas informaes referentes s falhas com intuito de adquirir maior
conhecimento sobre AF e as suas frmulas de anlise;
Avaliar os resultados obtidos.
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16
CAPTULO 2 SUBSISTEMAS FERROVIRIOS
2.1 O SISTEMA FERROVIRIO
O transporte ferrovirio destaca-se entre todos os modais como sendo o que
possui menor consumo de energia, garantindo um alto desempenho e eficincia no
transporte tanto de cargas como de passageiros. Esta caracterstica se deve ao
baixo nvel de atrito entre a roda e o trilho.
Alm disso, a ferrovia destaca-se por ser um modal rpido, econmico,
seguro e com menor impacto ambiental, quando comparada ao modal rodovirio.
O sistema ferrovirio constitui-se em dois grupos principais que so o grupo
relacionado s operaes ferrovirias, centro de controle operacional, equipagem,
ptios, terminais e o grupo de ativos ferrovirios.
As operaes ferrovirias so responsveis, como o prprio nome j diz, por
todas as operaes ferrovirias desde o dimensionamento (trem ideal, quadro e
perfil de trao), a classificao (trens de carga, passageiros, expressos, servio,
mistos), o desempenho (velocidade, elementos restritivos, indicadores de
desempenho), a movimentao, o planejamento, a programao, o clculo dos
trens, clculo dos ciclos e a capacidade da via.
O controle do trfego realizado pelo Centro de Controle Operacional
(CCO), que concentra em uma s unidade os controles dos sistemas de
sinalizao, comunicao e a liberao de rotas para que os trens possam se
movimentar por toda a malha, sendo esta sinalizada ou no.
A equipagem composta pelos maquinistas, que so responsveis pela
conduo dos trens. Para que a conduo dos trens seja eficiente e segura, os
maquinistas so treinados em simuladores de trens, na regulamentao da
operao ferroviria, nas normas certificadoras da empresa, entre outros.
As funes dos ptios e terminais so:
Cruzamento de trens;
Recepo e formao de trens;
Centralizao e distribuio de cargas de uma determinada regio;
Transbordo de cargas entre bitolas diferentes ou troca de truques;
Carregamento e descarregamento de cargas;
Armazenagem e estocagem de cargas;
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Circulao interna, manobras e estacionamento de veculos ferrovirios.
Dentre os ativos fundamentais para o funcionamento de um sistema
ferrovirio esto a via permanente (trilhos, dormentes, fixaes, lastro, sub-lastro e
infra-estrutura), a eletro-eletrnica (sinalizao, comunicao e controle de trfego)
e o material rodante (vages e locomotivas).
A via permanente composta por:
Trilhos: so a pista de rolamento dos rodeiros ferrovirios. So
constitudos de boleto, alma e patim. Sua estrutura em ao deve suportar
a solicitaes de toro, flexo, fadiga e atrito. Os trilhos so ligados aos
dormentes atravs das fixaes e transmitem as tenses causadas pelo
peso dos veculos ferrovirios aos dormentes;
Dormentes: so responsveis por receberem e distriburem a carga
recebida dos trilhos para o lastro. Podem ser feitos de madeira, concreto,
ao e polmeros;
Fixaes: so grampos, tirefes e pregos que possuem a funo de fixar
os trilhos aos dormentes garantindo a bitola, que a distncia interna
entre os trilhos;
Lastro: responsvel pela drenagem da gua, distribuio de tenses
recebidas dos dormentes, travamento dos dormentes e diminuio das
irregularidades do sub-lastro para nivelamento dos dormentes;
Sub-lastro: suas funes so evitar o bombeamento dos finos do solo e
diminuir a altura de lastro necessrio, evitando assim o maior custo da
construo da ferrovia;
Infra-estrutura: formada pelas obras de arte, obras especiais,
terraplanagem e drenagem.
A sinalizao, comunicao e controle do trfego possibilitam uma operao
ferroviria segura e eficiente.
Sinalizao o conjunto formado por sinais luminosos, sonoros, manuais e
placas cuja finalidade regulamentar a circulao dos veculos ferrovirios por
toda malha garantindo a segurana e a eficincia operacional.
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18
Segundo VENNCIO (2008) sistema de comunicao um conjunto de
mecanismos que possibilita processar e transportar a informao entre estaes e
equipamentos diversos.
O sistema de comunicao responsvel pela intercomunicabilidade entre
todos os equipamentos envolvidos no sistema ferrovirio. Ele controla, enderea e
gerencia todo o fluxo de dados trocados no sistema.
Vages so veculos ferrovirios responsveis pelo transporte de cargas,
no possuindo trao prpria.
Podem ser classificados de acordo com a sua finalidade, tais como:
Tipo de produto a ser transportado;
Tipo de terminal de carga e descarga;
Tipo de proteo exigida para a carga;
Condies geomtricas e operacionais das ferrovias onde ir circular;
Interao com os demais veculos existentes na frota.
Os vages brasileiros possuem uma codificao padronizada pela ABNT
que permite identificar cada vago e a sua funo por intermdio de letras.
A codificao formada por:
Trs letras: onde as duas primeiras identificam o tipo e o subtipo do
vago e a terceira indica o peso mximo (tara + lotao) de acordo com a
bitola da ferrovia;
Seis dgitos: para numerao nica no Brasil identificando a ferrovia;
Um dgito verificador: permite ao computador rejeitar erros por distrao
e de digitao;
Uma letra opcional: na RFFSA indicava a regional onde o vago estava
lotado.
A tabela 01 demonstra a classificao dos vages de acordo com as
categorias e as caractersticas especiais de cada categoria segundo classificao
da ABNT.
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Tabela 01 Categoria de vages e caractersticas especiais de cada categoria. Fonte: ABNT.
A tabela 02 ilustra a classificao dos vages de acordo com o peso mximo
admissvel para cada bitola segundo classificao da ABNT.
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20
Tabela 02 Classificao de vages de acordo com peso mximo admissvel para cada bitola.
Fonte: ABNT.
A tabela 03 ilustra a numerao dos vages de acordo com a ferrovia a qual
ele pertence segundo classificao da ABNT. Pela tabela possvel perceber que
a classificao refere-se ao perodo anterior da desestatizao do sistema
ferrovirio, pois menciona a RFFSA.
Tabela 03 Numerao dos vages. Fonte: ABNT.
A tabela 04 ilustra a codificao dos vages, utilizada pela RFFSA, com a
letra indicativa da regional a qual o vago estava lotado.
Com relao ao grupo de ativos locomotivas, este trabalho as destacar no
prximo tpico como foco de ateno, pois sero alvo da aplicao da tcnica
rvore de Falhas.
-
21
Tabela 04 Regionais as quais os vages pertenciam. Fonte: ABNT.
2.2 LOCOMOTIVAS
Atualmente a maior parte das locomotivas utilizadas para transporte de
carga utilizam a trao diesel-eltrica, ou seja, um motor diesel gera energia
mecnica atravs do calor gerado pela queima da mistura ar e combustvel dentro
dos cilindros do motor. A energia mecnica transferida a um alternador/gerador
acoplado a este motor transformando-a em energia eltrica que transferida para
os motores de trao acoplados aos rodeiros, conjunto formado por eixo, rodas e
rolamentos, a fim de tracionar as locomotivas.
As locomotivas ainda podem utilizar somente a energia eltrica como fonte
de energia para trao. Este tipo de trao bastante empregado no Brasil para
transporte de passageiros.
Para exemplificar a complexidade de ligaes e a quantidade de
componentes envolvidos em uma locomotiva, a figura 01 ilustra um desenho
esquemtico de uma locomotiva SD40-2.
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22
Figura 01 - Principais componentes de uma locomotiva SD40-2. Fonte: KITAMURA (2006).
De forma simplificada, pode-se resumir o funcionamento bsico de uma
locomotiva por intermdio da descrio dos seus principais componentes:
A bomba de combustvel acionada por um motor eltrico que utiliza a
corrente do banco de baterias. A bomba transfere combustvel do tanque
para as bombas injetoras do motor-diesel;
Em algumas locomotivas a partida do motor-diesel realizada pelo
gerador, acoplado ao motor, que neste caso funciona como se fosse um
motor de arranque. J as locomotivas fabricadas General Motors (GM)
possuem motor de arranque para dar a partida no motor-diesel. Existem
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23
ainda modelos de locomotivas que utilizam o gerador-auxiliar ou a
excitatriz para dar partida no motor;
Com o motor diesel em funcionamento, a energia mecnica fornecida,
por intermdio de eixos e acoplamentos, acionando diretamente
geradores eltricos e tambm, na maioria das locomotivas, o
compressor;
O gerador auxiliar carrega as baterias, fornecendo corrente contnua em
baixa voltagem para os circuitos de controle, de iluminao e de
excitao do gerador principal. Alguns modelos de locomotivas utilizam a
excitatriz para excitar o gerador principal;
O gerador principal/alternador, dependendo do modelo da locomotiva,
converte a energia mecnica do motor diesel em energia eltrica,
fornecendo corrente contnua ou alternada, que retificada
posteriormente, em alta voltagem aos motores de trao para o
tracionamento da locomotiva;
Pelo uso dos comandos localizados na cabine, vrios circuitos de baixa
tenso so estabelecidos para acionar o governador do motor diesel, os
contatores, as chaves e rels do armrio de controle. Estes
equipamentos eltricos ao funcionarem, completam outros circuitos ou
produzem os efeitos desejados para a operao da locomotiva;
Os motores de trao esto acoplados aos truques da locomotiva, cada
um engrenado a um eixo trator diferente. Eles recebem a energia eltrica
do gerador principal atravs de circuitos estabelecidos pelos contatores
localizados no armrio de controle;
Os truques recebem e distribuem o peso da locomotiva s rodas
motrizes;
A alavanca de acelerao comanda eletricamente o governador, que
est instalado no motor diesel, controlando sua velocidade e potncia.
Em locomotivas com motor diesel com injeo eletrnica o comando da
acelerao do motor diesel no realizado pelo governador, e sim por
uma unidade governadora eletrnica (EGU);
Nas locomotivas cuja rotao do motor diesel controlada pelo
governador, existe um regulador de carga, cuja funo evitar
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24
sobrecarga ou subcarga eltrica do motor diesel. Como o prprio nome j
diz, ele regula a carga eltrica sobre o motor diesel em todas as posies
da alavanca de acelerao. J nas locomotivas mais modernas esta
funo desempenhada por um controle microprocessador;
O compressor fornece ar, sob presso, aos reservatrios de ar para freiar
o trem.
A seguir sero descritos os principais componentes de uma locomotiva.
2.2.1 MOTOR DIESEL E SISTEMA DE COMBUSTVEL
A queima do combustvel dentro dos cilindros proporciona um movimento
alternado dos pistes. Esse movimento gera energia mecnica transferida para o
eixo virabrequim, por intermdio das bielas, descrevendo um movimento circular
contnuo e gerando a energia mecnica necessria para movimentar o gerador
principal
A quantidade de cilindros no motor varia com o modelo e a finalidade da
locomotiva. As mquinas de manobra possuem um motor diesel de menor porte,
tendo entre 6 e 8 cilindros. J os motores das locomotivas utilizadas no transporte
de cargas podem ter 12, 16 e 20 cilindros. A frota da MRS utilizada no transporte
de cargas possui motores com 12 e 16 cilindros.
Os pistes possuem um curso e em cada extremidade deste est o ponto
morto. O ponto morto pode ser superior (PMS), quando junto do cabeote e inferior
(PMI) quando prximo ao eixo virabrequim.
As vlvulas de admisso e escape permitem a entrada de ar e a sada dos
gases da combusto respectivamente. Nos motores quatro tempos as vlvulas se
abrem e fecham por meio dos eixos de comando de vlvulas, ou eixo cames. Os
motores dois tempos possuem janelas que so destampadas com o movimento do
pisto.
O motor possui um reservatrio de leo lubrificante, na parte inferior,
denominado crter, mais adiante ser descrito o sistema de lubrificao de uma
locomotiva.
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25
Os motores de combusto interna podem ser de dois ou quatro tempos
possuindo ciclos de trabalho que so um conjunto de fases sucessivas necessrias
para transformar a energia calorfica do combustvel em energia mecnica.
A frota da MRS composta por locomotivas GM que possuem motores
diesel de dois tempos e locomotivas GE com motores de quatro tempos.
Os motores dois tempos possuem dois cursos e necessitam apenas de uma
revoluo do eixo virabrequim para completar o seu ciclo de trabalho que tem seu
incio no PMI e uma exploso a cada PMS.
A figura 02 ilustra o ciclo de trabalho de um motor diesel dois tempos em
funo da energia calorfica do combustvel.
Figura 02 Ciclo de trabalho de um motor diesel dois tempos. Fonte: BORBA (2008).
No primeiro tempo do motor, quando o pisto se encontra no PMI, as janelas
de admisso esto destampadas, o ar entra sob presso devido ao turbo
alimentador (ou blower que desempenha a mesma funo do turbo alimentador em
locomotivas de menor potncia) expulsando dos cilindros os gases queimados na
combusto, que saem atravs da abertura das vlvulas de escape que so
comandadas pelos eixos de comando de vlvulas. Este processo denominado
lavagem do cilindro. A figura 03 ilustra a lavagem do cilindro em um motor dois
tempos com blower.
Quando o pisto se desloca do PMI para o PMS, fecham-se as janelas de
admisso localizadas na camisa do cilindro, as vlvulas de escape e tem-se incio
a uma nova compresso de ar. A figura 04 ilustra este processo.
No segundo tempo do motor, a mistura ar-combustvel injetada no interior do
cilindro, ao final da compresso, inflama-se alta presso e empurra o pisto para
o PMI. Esta ao chamada de tempo motor. A figura 05 ilustra o tempo motor.
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Figura 03 Lavagem do cilindro. Fonte: KITAMURA (2006).
Figura 04 Compresso do ar dentro do cilindro. Fonte: KITAMURA (2006).
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Figura 05 Tempo motor. Fonte: KITAMURA (2006).
Um pouco antes de se destamparem as janelas de admisso, as vlvulas de
escape se abrem provocando uma descompresso no cilindro. Assim que as
janelas esto destampadas, novamente o ar de admisso invade os cilindros
promovendo o fenmeno da lavagem do cilindro. Quando o pisto atinge o PMI
tem-se o incio de um novo ciclo. A figura 06 ilustra este processo.
Figura 06 Exausto dos gases queimados. Fonte: KITAMURA (2006).
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A figura 07 ilustra o funcionamento de um motor dois tempos turbo
alimentado.
Figura 07 Funcionamento de um motor dois tempos turboalimentado. Fonte: KITAMURA (2006).
Os motores quatro tempos possuem quatro cursos e necessitam de duas
revolues do eixo virabrequim para completarem o seu ciclo de trabalho.
A figura 08 ilustra o ciclo de trabalho de um motor diesel quatro tempos em
funo da energia calorfica do combustvel.
Figura 08 Ciclo de trabalho de um motor diesel quatro tempos. Fonte: BORBA (2008).
No primeiro tempo do motor, que conhecido como tempo de admisso, o
pisto parte do PMS, acionado pela biela e pelo eixo virabrequim, em direo ao
PMI. Este movimento promove a aspirao de ar, que entra no cilindro atravs da
abertura da vlvula de admisso. A vlvula se mantm aberta durante todo o curso
do pisto.
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Quando pisto atinge o PMI e parte deste em sentido ao PMS, tem-se o
segundo tempo do motor, tambm conhecido como tempo de compresso.
Neste momento a vlvula de admisso fecha-se e o ar comprimido no
interior do cilindro sofre uma forte compresso.
Ao final deste tempo o cilindro encontra-se novamente no PMS, as vlvulas
de admisso e escape esto fechadas e o ar est comprimido em um espao
reduzido denominado cmara de combusto ou cmara de compresso. Neste
exato momento o eixo virabrequim j executou uma revoluo completa.
O terceiro tempo do motor, ou tempo de combusto, inicia-se com a injeo
de combustvel pressurizado alguns graus antes do pisto atingir o PMS.
A mistura ar-combustvel inflama-se, aumentando a presso ainda mais, e
empurra o pisto em direo ao PMI, transmitindo ao eixo virabrequim uma fora
motriz favorvel a rotao. Este fenmeno conhecido como tempo motor.
Ao se aproximar do fim do terceiro tempo, a vlvula de escape comea a se
abrir e os gases queimados so expulsos do interior do cilindro por intermdio do
movimento de retorno do pisto para o PMS. Este o quarto tempo, ou tempo de
exausto.
Ao final do movimento de retorno do cilindro para o PMS, a vlvula de
escape se fecha e a vlvula de admisso se abre dando incio a um novo ciclo.
A figura 09 ilustra o que foi descrito sobre os ciclos de um motor quatro
tempos.
Para alimentar com combustvel o motor diesel faz-se necessria a
utilizao de uma bomba de suco para sugar e bombear o leo diesel contido no
tanque de combustvel at o motor.
O combustvel bombeado passa por tubulaes, mangueiras e filtros at
chegar s bombas injetoras, onde apenas uma quantidade de combustvel ser
injetada a uma alta presso dentro do cilindro, o restante do combustvel escorre
internamente pelo injetor, lubrificando-o e refrigerando-o, at a linha de retorno de
combustvel.
Este combustvel chega vlvula de contrapresso, localizada no visor do
combustvel de retorno. Quando a vlvula se abre o combustvel circula pelo visor e
segue para o tanque de combustvel.
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Figura 09 Ciclos de um motor quatro tempos. Fonte: KITAMURA (2006).
O leo diesel que passa pelo visor deve estar limpo e isento de bolhas de ar
para garantir que o seu fornecimento ao motor seja satisfatrio. Se surgirem bolhas
de ar no visor, durante a passagem de combustvel, um indcio da entrada de ar
ou gases no sistema, o que ir comprometer a alimentao do motor.
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Alm do visor de retorno existe outro denominado visor de desvio, ou visor
de by-pass. Dentro dele est instalada a vlvula de alvio.
O visor de desvio dever permanecer sempre vazio. Quando o combustvel
atingir este visor, a vlvula de alvio ir atuar permitindo o retorno do leo diesel ao
tanque sem alimentar o motor.
A figura 10 ilustra um diagrama tpico do sistema de combustvel de um
motor GM.
Figura 10 Sistema de Combustvel do motor GM. Fonte: BORBA (2008).
2.2.2 GOVERNADOR
O governador um componente eletro-hidrulico responsvel por regular a
rotao do motor diesel atravs do controle da quantidade de combustvel
fornecida aos cilindros. Para qualquer ponto de rotao do governador mantida
constante a rotao do motor diesel independente das condies variveis da
carga.
Alm desta funo o governador regula a potncia constante de sada do
motor diesel para cada posio especfica de rotao, controlando a carga do
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32
motor. O controle da carga possvel atravs do controle da intensidade da
corrente de excitao no campo do gerador principal para compensar as variaes
de cargas eltricas aplicadas no mesmo e mais aquelas que resultam das cargas
auxiliares variveis.
O governador caracteriza-se por ser uma unidade independente possuindo
seu prprio suprimento de leo e a sua prpria bomba de presso de leo. O
governador controlado pelo acelerador instalado no painel principal de operao.
Alm das funes descritas anteriormente, o governador possui algumas
funes auxiliares que sero descritas a seguir:
Controle remoto do acelerador para os oito pontos de rotao e uma
posio de desligamento do motor diesel;
Sobrepassagem de operao normal do controle de patinao das rodas
e na frenagem dinmica;
Para locomotivas GE U20C e U23CA o governador possui dispositivos
moduladores de carga e de desligamento automtico do motor diesel em
caso de falha por baixa presso de leo lubrificante e de gua;
Dispositivo de controle de carga e limitador de combustvel por equilbrio
de presso do ar do turbo alimentador fornecido ao motor diesel;
O controle de carga por equilbrio de presso reduz a carga do motor
diesel atravs do reostato de controle de carga, quando a presso de ar
fornecida pelo turbo alimentador cai abaixo de um valor predeterminado,
evitando assim temperaturas excessivas dos gases de exausto;
O controle de limite de combustvel por equilbrio de presso funciona
durante as mudanas de rotao e as alteraes de carga do motor
diesel. Ele limita a quantidade de combustvel entregue ao motor at que
exista presso do ar suficiente para perfeita combusto, reduzindo assim
o excesso de fumaa na exausto e conseqente consumo de
combustvel;
A figura 11 ilustra um modelo de governador do motor diesel GM.
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Figura 11 Governador do motor diesel GM. Fonte: Manual GM.
No governador est incorporado um dispositivo para desligamento do motor
diesel por baixa presso de leo lubrificante. Este dispositivo atua quando h
ausncia de presso na linha sensvel.
As locomotivas GM possuem dispositivos de baixa presso de gua e
presso positiva no crter. Estes dispositivos so dotados de dois botes que
devem permanecer armados durante toda a operao da locomotiva. Quando
algum destes botes acionado a linha sensvel despressurizada e o motor
diesel desligado.
O dispositivo de baixa presso de gua possui uma torneira de teste que
utilizada quando o dispositivo apresenta atuao indesejvel durante a partida do
motor diesel ou se durante o funcionamento deste, houver bolhas no sistema.
Na sada da bomba principal de leo lubrificante est instalada uma vlvula
termosttica para deteco de leo lubrificante excessivamente aquecido. Quando
a temperatura do leo chega a 124 C a vlvula comea a se abrir e a 135 C a
vlvula est totalmente aberta.
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A abertura gradual da vlvula despressuriza a linha sensvel de presso de
leo do governador e conseqentemente desliga o motor diesel. Este dispositivo
auto resetvel, ou seja, aps a reduo da temperatura o dispositivo volta sua
condio normal.
Existe ainda um dispositivo de sobrevelocidade do motor diesel que impede
o excesso de rotao, cerca de 10% acima da rotao de oitavo ponto
considerado como excesso.
Este dispositivo quando acionado trava todos os bicos injetores impedindo
que o combustvel alcance a cmara de combusto dos cilindros.
O funcionamento deste dispositivo se d atravs de contrapesos giratrios e
um mecanismo de mola.
A figura 12 ilustra o dispositivo de sobrevelocidade do motor diesel GM.
Figura 12 Dispositivo de velocidade do motor diesel GM. Fonte: KITAMURA (2208).
2.2.3 SISTEMA DE ADMISSO DE AR
O ar necessrio para o funcionamento da locomotiva aspirado da
atmosfera e ao entrar em alta velocidade no sistema de admisso de ar, o mesmo
vai de encontro ao filtro inercial.
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O sistema de construo do filtro obriga o ar a mudar de trajetria
bruscamente, as partculas pesadas contidas no ar no conseguem acompanhar
esta mudana de trajetria na mesma velocidade, devido sua inrcia, e sendo
assim prosseguem na mesma trajetria at atingirem um obstculo. As partculas
se chocam contra o obstculo e descem para uma caixa onde sero coletadas
atravs de um exaustor e expelidas para o ambiente externo da locomotiva.
Cerca de 1/3 do ar isento de partculas pesadas aspirado pelo motor
diesel, onde o ar novamente filtrado por um filtro tipo sacola.
O restante do ar aspirado pelos sopradores dos motores de trao e do
gerador principal.
O soprador dos motores de trao aspira o ar dentro de um compartimento
selado e o direciona para as galerias existentes no estrado da locomotiva, onde o
ar vai ser dividido e encaminhado para arrefecer os motores de trao, o armrio
eltrico e os mancais dos ventiladores de resfriamento das resistncias do freio
dinmico.
O soprador do gerador principal aspira o ar e o direciona para o interior do
gerador principal para arrefecer o mesmo e o alternador companheiro que est
localizado no mesmo eixo. Ao sair do gerador principal, o ar ir pressurizar o
compartimento interno da locomotiva, desde que a mesma esteja com todas as
portas laterais trancadas, impedindo que a sujeira externa entre.
O ar que pressuriza o compartimento interno da locomotiva tambm ser
aspirado pelo compressor de ar para atuar no sistema de frenagem do trem.
As figuras 13 e 14 ilustram o sistema de admisso de ar de uma locomotiva
SD40 e o desenho esquemtico que o ar percorre em um motor turbo alimentado.
2.2.4 SISTEMA DE LUBRIFICAO
O leo lubrificante que est no crter do motor diesel aspirado, pela
bomba de limpeza, para o alojamento dos coadores, atravs de um coador de
malha grossa.
O leo ento forado a passar por um filtro de 7 elementos e tambm pelo
resfriador de leo antes de alcanar outro compartimento do conjunto de coadores.
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Figura 13 Sistema de admisso de ar da locomotiva SD40. Fonte: KITAMURA (2006).
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Figura 14 Desenho esquemtico do caminho percorrido pelo ar em um motor turbo alimentado.
Fonte: BORBA (2008).
Em seguida uma bomba de ao dupla aspira o leo por meio de um coador
de malha fina e o impulsiona para os tubos do leo de refrigerao dos pistes e
para o coletor principal de leo que se localiza acima do eixo virabrequim, se
estendendo ao longo de todo o motor. Parte deste leo ir lubrificar os mancais
principais do eixo virabrequim e os mancais de biela. Esta lubrificao se d
atravs da passagem do leo pelos furos existentes no eixo virabrequim.
Outra parte do leo contido no coletor principal ir lubrificar os mancais dos
eixos de comando de vlvulas e demais mancais, eixos, balancins e pontes.
O lubrificante passa pelo filtro de leo do turbo alimentador para em seguida
alimentar a linha sensvel de presso de leo lubrificante, lubrificar os mancais das
engrenagens intermedirias 1 e 2, lubrificar o eixo de acionamento do gerador
auxiliar e lubrificar e refrigerar o turbo alimentador. O leo lubrifica ainda os dentes
das engrenagens planetrias, intermedirias e de acionamento auxiliar.
Uma parte do leo ir alimentar a vlvula piloto de controle de carga
localizada no governador do motor diesel e na engrenagem de acionamento do
governador.
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A figura 15 ilustra o sistema de lubrificao descrito acima.
Figura 15 Sistema de Lubrificao. Fonte: BORBA (2008).
Existe ainda um sistema auxiliar para lubrificao e refrigerao do turbo
alimentador. Este sistema proporciona uma pr-lubrificao do turbo que est
engrenado mecanicamente ao motor diesel desde a partida do mesmo. Aps o
desligamento do motor o sistema auxiliar ir refrigerar o turbo.
A presso mxima do leo lubrificante no sistema principal de lubrificao
chega a 125psi que limitada por meio de uma vlvula de alvio de presso.
A figura 16 ilustra o sistema de lubrificao do turbo alimentador em uma
locomotiva GM.
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Figura 16 Sistema de Lubrificao do turbo alimentador. Fonte: BORBA (2008).
2.2.5 SISTEMA DE REFRIGERAO
Para refrigerar o motor diesel, duas bombas centrfugas succionam a gua
contida no tanque de gua e a faz circular pelo sistema. Dois tubos principais de
distribuio se estendem atravs da caixa de ar em ambos os lados do motor. No
final de cada tubo existe uma sada de gua para arrefecer os resfriadores de ar,
ou aftercoolers, do sistema de admisso.
Para atingir as camisas e os cabeotes e refriger-los, a gua circula por
meio de tubos individuais, que so ligados aos tubos principais.
Atravs dos tubos cotovelos dos cabeotes a gua encaminhada para a
galeria do bloco onde ir refriger-lo e seguir para o banco de radiadores.
A gua passa pelos radiadores e circula pelo resfriador de leo lubrificante,
onde troca calor com o leo e se dirige ao tanque de expanso, onde ser
succionada pelas bombas dgua.
Para completar o sistema de refrigerao existem trs ventiladores dos
radiadores, que so acionados pelas chaves termostticas TA, TB e TC (uma para
cada ventilador) para controlar a temperatura da gua. Existem ainda as chaves
termostticas RS e ETS.
A chave RS comanda o funcionamento do sistema spray do radiador, logo
aps a entrada do ltimo ventilador.
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40
A chave ETS ir alertar o operador quando altas temperaturas forem
atingidas e ir reduzir a potncia do motor diesel para proteg-lo.
Para locomotivas microprocessadas as chaves termostticas so
substitudas por um sensor de temperatura.
A figura 17 ilustra o sistema de refrigerao de uma locomotiva GM.
2.2.6 SISTEMA ELTRICO
O sistema eltrico de uma locomotiva dividido em alta potncia e baixa
potncia.
Fazem parte do sistema eltrico de alta potncia o gerador principal e/ou
alternador (dependendo do modelo da locomotiva), a excitatriz, o painel retificador,
a chave reversora, a chave BKT e os motores de trao
O gerador principal e/ou alternador est acoplado ao motor diesel e
acionado por este por meio de um eixo. A sua funo transformar a energia
mecnica fornecida pelo motor diesel em energia eltrica que ir alimentar os
motores de trao.
O alternador fornece energia eltrica em corrente alternada e para
locomotivas que possuem este componente faz-se necessrio a utilizao do
painel retificador que ir transformar a corrente alternada em corrente contnua.
A figura 18 ilustra um modelo de alternador de uma locomotiva GM.
A excitatriz, assim como o gerador principal, tambm est acoplada ao
motor diesel, s que por meio de engrenagens. Sua funo fornecer energia
eltrica ao circuito de excitao do campo do gerador principal. As locomotivas GM
no possuem excitatriz.
Os motores de trao esto acoplados aos rodeiros atravs de
engrenagens. Eles recebem a energia eltrica do gerador principal ou alternador e
a transforma em energia mecnica para tracionar a locomotiva.
Pela chave BKT possvel saber, atravs do seu posicionamento, se a
locomotiva est tracionando ou se est em frenagem dinmica.
A chave reversora define o sentido em que a locomotiva ir se deslocar.
A funo do sistema de baixa fazer o controle automtico da locomotiva e
fornecer energia eltrica aos circuitos de iluminao e acessrios.
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Figura 17 Sistema de Refrigerao de uma locomotiva GM. Fonte: KITAMURA (2006).
Para comandar a locomotiva existem alavancas responsveis por definir o
sentido de deslocamento, o ponto de acelerao e o modo de atuao da frenagem
dinmica. O conjunto destas alavancas denominado Conjunto Mestre.
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Figura 18 Alternador de uma locomotiva GM. Fonte: Manual GM.
A figura 19 ilustra um modelo de motor de trao das locomotivas GM.
Figura 19 Modelo de motor de trao GM. Fonte: Manual GM.
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O gerador auxiliar se localiza ao lado da excitatriz (nas locomotivas GE) e
tambm est acoplado ao motor diesel por meio de engrenagens. Sua funo
fornecer energia eltrica para o sistema de baixa tenso e recarregar as baterias.
Estas fornecem energia eltrica ao circuito de baixa potncia na partida do motor.
A figura 20 ilustra um modelo de gerador auxiliar de uma locomotiva GM.
Figura 20 Gerador Auxiliar de uma locomotiva GM. Fonte: Manual GM.
No controle automtico das locomotivas esto os rels e contatores que a
partir de um sinal eltrico abrem ou fecham contatos, acionando ou desligando os
componentes eltricos.
Os sinais eltricos de baixa potncia so enviados de vrios pontos da
locomotiva e process-los funo dos painis eletrnicos, que tambm possuem
a funo de acionar componentes do circuito de baixa potncia.
As locomotivas diesel-eltricas possuem dois sistemas de frenagem: o
eltrico, mais conhecido como freio dinmico e o pneumtico que ser descrito no
prximo tpico.
O freio dinmico utiliza a energia cintica do trem para girar os motores de
trao contra a sua resistncia eltrica, fazendo com que eles trabalhem como
geradores (o gerador principal ou alternador no gera energia). A energia gerada
ser dissipada em forma de calor pelo banco de resistncias da locomotiva.
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A figura 21 ilustra uma grade de resistncias de freio dinmico.
Figura 21 Grade de Resistncias de Freio Dinmico de uma locomotiva. Fonte: Manual GM.
Com as armaduras dos motores de trao ligadas s resistncias e com seus
campos excitados pelo gerador, haver uma tenso e uma corrente, que iro criar
um conjugado de oposio ao conjugado produzido pela aderncia das rodas nos
trilhos.
2.2.7 SISTEMA PNEUMTICO
A principal funo do ar comprimido em uma locomotiva a operao de
frenagem de todo o trem. Alm disso, o ar comprimido aciona a buzina, o sino, os
areeiros, os limpadores de parabrisa, dentre outros.
Para fornecer o ar comprimido necessrio para o sistema de frenagem de
toda a composio utiliza-se um compressor instalado em toda locomotiva, que
acionado pelo eixo virabrequim do motor diesel atravs de um acoplamento. Em
locomotivas mais modernas o compressor acionado por um motor eltrico.
Os compressores so de dois estgios e dependendo do modelo da
locomotiva podem possuir dois, trs ou seis cilindros. Em cada cilindro temos uma
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ou duas vlvulas de admisso e uma ou duas vlvulas de descarga, a quantidade
de vlvulas no cilindro depende do modelo do compressor.
Para os compressores de trs cilindros, dois so de baixa presso
localizados nas laterais e um de alta, localizado no centro. Para os de seis
cilindros, quatro so de baixa e so localizados nas laterais e dois so de alta e
so localizados no centro do compressor. J para os compressores de dois
cilindros, um cilindro de alta e o outro de baixa presso. Os pistes dos
cilindros so acionados por um eixo virabrequim do prprio compressor, que se
localiza no interior da carcaa.
O sistema de lubrificao independente e do tipo forado atravs de uma
bomba. O compressor pode ser refrigerado a gua ou a ar.
O ar da atmosfera aspirado e passa por filtros. Ao chegar aos cilindros de
baixa, ele comprimido a uma presso de cerca de 55psi. O ar ento passa por
um resfriador, cuja funo dissipar parte do calor gerado durante a compresso.
Ar frio ocupa menor espao do que o ar quente, sendo assim o rendimento do
compressor ser maior devido ao aumento da capacidade volumtrica. O resfriador
possui ainda uma vlvula de alvio que ir atuar caso a presso ultrapasse o limite
de 60psi. Ao passar pelo resfriador o ar se dirige ao cilindro de alta, onde ser
comprimido a uma presso que varia entre 125 e 140psi. Aps esta etapa o ar
entregue ao reservatrio principal.
Quando a presso no reservatrio principal atingir um valor pr-
estabelecido, uma chave eletro-pneumtica comandar um circuito eltrico para
que o ar do reservatrio principal chegue at as vlvulas de admisso, colocando-
as abertas e fazendo o compressor trabalhar em vazio.
A figura 22 ilustra um modelo de compressor refrigerado a ar.
Figura 22 Compressor refrigerado a ar.
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O sistema pneumtico formado ainda por vlvulas pneumticas que
controlam o fluxo de ar do sistema, reservatrios de ar que armazenam o ar
comprimido gerado pelo compressor, cilindro de freio que aciona as sapatas de
freio, tubulaes e mangueiras que conduzem o ar por todo o sistema, alm dos j
mencionados areeiro, buzina, limpador de parabrisa e sino.
2.2.8 - TRUQUES
Os truques recebem o peso da locomotiva e o distribuem entre os rodeiros e
a via permanente.
A estrutura do truque composta por duas laterais fundidas que so unidas
por meio de outra estrutura fundida composta por duas transversais. Esta estrutura
interligada plataforma da locomotiva por meio de uma travessa flutuante ou
bolster.
A figura 23 ilustra um esquema tpico de um truque de uma locomotiva.
Figura 23 Estrutura tpica de um truque de locomotiva Fonte KITAMURA (2006).
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No bolster est localizado o prato do pio. Entre o bolster e a estrutura do
truque esto instalados molas ou coxins de borracha e ao, cujas funes so
absorver os impactos provenientes da plataforma.
O movimento entre o truque e o bolster limitado por batentes com chapas
de desgaste, que evitam o excesso de solicitaes ao cisalhamento.
O truque recebe a timoneira de freio que so alavancas que multiplicam o
esforo resultante na haste do cilindro de freio at as sapatas que freiam as rodas.
Os pedestais das laterais do truque limitam o movimento dos eixos e
possuem chapas de desgaste que guiam os movimentos das caixas de rolamento.
Os motores de trao se apoiam sobre o eixo por meio de mancais de
suspenso e na estrutura do truque por meio dos coxins de borracha e ao, que
absorvem os choques oriundos do torque do motor de trao.
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CAPTULO 3 A ATIVIDADE MANUTENO
3.1- IMPORTNCIA DA MANUTENO NO TRANSPORTE FERROVIRIO
Com o aumento progressivo da demanda pelo transporte ferrovirio de
cargas, aliado s necessidades, tambm progressivas, dos clientes finais, as
operadoras tm tentado atingir um patamar elevado de eficincia, produtividade,
confiabilidade, disponibilidade e segurana do sistema e em conseqncia disso,
dos seus ativos.
Este cenrio exige que a Manuteno evolua cada vez mais, buscando
aperfeioar tcnicas que aumentem a qualidade dos servios prestados,
minimizando os impactos que as falhas promovem.
Assim, as empresas tm procurado metodologias que indiquem quando e
como intervir em um ativo ou equipamento, mantendo-se o funcionamento de
acordo com o planejado. Devido a isso, a atividade manuteno foi aperfeioada,
passando-se da viso da interveno temporal para a anlise da condio de
funcionamento.
Para atender essa necessidade, so necessrias ferramentas que estimem
a confiabilidade dos equipamentos. Como exemplo, a metodologia Manuteno
Centrada em Confiabilidade (MCC), que possui ferramentas capazes de estimar a
confiabilidade, para garantir uma manuteno eficiente e de qualidade,
preservando a segurana e minimizando os impactos ambientais.
Neste captulo sero discutidas as vrias metodologias de manuteno, com
foco na MCC e as suas ferramentas, em especial, a rvore de Falhas.
3.2 - DEFINIO DE MANUTENO E SUA EVOLUO
Segundo HAMAOKA (2000) a manuteno o conjunto de atividades e
recursos aplicados aos sistemas ou equipamentos, para mant-los nas mesmas
condies de desempenho de fbrica e de projeto, visando garantir a consecuo
de sua funo dentro dos parmetros de disponibilidade, de qualidade, de prazos,
de custos e de vida til adequados.
Para MOUBRAY (2000) a evoluo da manuteno pode ser analisada e
estudada atravs de trs geraes distintas.
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A primeira gerao se caracterizava por possuir mquinas simples,
superdimensionadas e de simples reparao. O tempo de imobilizao do
equipamento e a espera de reparao no eram prioridade. Alm disso, a
reparao se dava aps a falha, ou seja, a interveno no era planejada. A
concepo da falha era de que a sua ocorrncia estava relacionada com o
envelhecimento do equipamento. Este tipo de interveno conhecido como
manuteno corretiva, e justificada quando os custos envolvidos e a segurana
no so considerados como prioridade pela empresa. Diante de uma falha mais
fcil e barato trocar determinado componente do que estabelecer um plano de
manuteno para o mesmo. A primeira gerao se estendeu at a II Guerra
Mundial.
Com a II Guerra Mundial surge a segunda Gerao devido o aumento da
demanda por produtos industrializados e a escassez de mo-de-obra. Para suprir
estas necessidades foi preciso aumentar a mecanizao nas indstrias,
estabelecendo dependncia ainda maior pelas mquinas.
A partir daquele momento, o tempo de imobilizao do equipamento durante
a manuteno passou a ser importante e conseqentemente a preveno das
falhas.
Neste novo cenrio surgiu o conceito de manuteno preventiva, que se
baseava em revises planejadas realizadas em intervalos fixos. A manuteno
preventiva tem como objetivo reduzir a probabilidade de ocorrncia das falhas dos
equipamentos, melhorando o funcionamento do sistema onde o equipamento est
inserido, reduzindo a indisponibilidade e tambm o estoque de peas de reposio.
Para sua implantao, necessria a criao de rotinas, roteiros de trabalho,
procedimentos e equipes qualificadas.
Com a manuteno preventiva surgiu tambm a preocupao com os custos
da manuteno, o que proporcionou o desenvolvimento do planejamento e controle
das atividades de manuteno.
Nesta gerao a curva da banheira foi disseminada devido crescente
conscientizao da mortalidade infantil dos equipamentos.
A figura 24 ilustra a curva da banheira.
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Figura 24 - Curva da banheira. Fonte: SUCENA (2008).
A Terceira Gerao surgiu a partir da dcada de setenta, e com ela, novas
expectativas relacionadas com maiores confiabilidade, disponibilidade, segurana e
vida til dos equipamentos; melhor qualidade dos produtos e eliminao dos
impactos ao meio ambiente.
Alm disso, observou-se que a idade operacional e a probabilidade de falha
tm cada vez menos relao.
Surgiram novas tcnicas relacionadas com o monitoramento das condies,
utilizando-se de ferramentas, que facilitam o entendimento sobre os modos de
falha, e seus efeitos.
A figura 25 ilustra os padres de falhas propostos pelas trs geraes.
Figura 25 - Padres de falhas nas trs geraes. Fonte: SUCENA (2008).
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No perodo da Terceira Gerao surgiram ainda Manuteno Produtiva Total
(MPT), a Manuteno Preditiva e a Manuteno Centrada em Confiabilidade
(MCC), ou em ingls Reliability-Centred Maintenance (RCM).
A Manuteno Produtiva Total (MPT) prope envolvimento entre os
funcionrios do processo produtivo e os da manuteno, buscando a melhoria
contnua atravs de planejamento, treinamento, controle, foco na segurana,
higiene e meio ambiente.
Para que o programa da MPT seja bem sucedido necessria a
conscientizao e a capacitao dos operadores, buscando-se maior envolvimento,
interesse e o desenvolvimento de habilidades e idias com o intuito de melhorar a
qualidade da manuteno, o rendimento dos equipamentos, o sentimento de auto-
realizao, o esprito de equipe e o relacionamento entre as pessoas.
Na MPT aplica-se o programa dos oito S, onde se busca, em termos
prticos, a conscientizao de que a participao deve ser a mais ampla possvel.
Os oito S so:
Seiri: senso de organizao;
Seiton: senso de arrumao;
Seiso: senso de limpeza;
Seiketsu: senso de padronizao;
Shitsuke: senso de disciplina;
Shido: treinamento;
Seison: eliminar perdas;
Shikari yaro: realizar com determinao e unio.
Nesta fase observou-se tambm que as perdas eram entraves para o
desenvolvimento da MPT, devendo-se eliminar as seis maiores, segundos os
preceitos da Qualidade Total:
Perdas por quebra;
Perdas por demora na troca de ferramentas e regulagem;
Perdas por operao em vazio (espera);
Perdas por reduo da velocidade em relao ao padro normal;
Perdas por defeito de produo;
Perdas por queda de rendimento.
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52
Ainda neste contexto, existem alguns balizadores para considerar a quebra
zero:
Estruturao das condies bsicas;
Obedincia s condies de uso;
Regenerao do envelhecimento.
Sanar as falhas do projeto (terotecnologia);
Incrementar a capacitao tcnica.
Seguindo-se o desenvolvimento das atividades de manuteno focadas na
funo do sistema, vislumbrou-se a possibilidade de monitor-lo, durante a vida til
do componente sob observao, para se encontrar o melhor momento de intervir
preventivamente. A Manuteno Preditiva prope a realizao de intervenes em
um componente, em um determinado instante de tempo, baseando-se em medidas
e dados histricos que avaliem a sua condio operativa, visando garantir o seu
funcionamento.
Com segurana, a custos coerentes, e maximizando a sua disponibilidade.
O monitoramento pode ser efetuado pela avaliao do consumo de energia,
das anlises de vibrao, temperatura, viscosidade, composio qumica das
peas, desgastes, folgas, dentre outros.
3.3 - DEFINIO DE CONFIABILIDADE, DISPONIBILIDADE E SEGURANA
3.3.1. CONFIABILIDADE
Segundo LAFRAIA (2001) a confiabilidade est associada operao de um
sistema ou produto na ausncia de falhas. Em termos de engenharia, a
confiabilidade pode ser definida como a probabilidade de um sistema, ou produto,
de desempenhar adequadamente o seu propsito especificado, por um
determinado perodo de tempo e sob condies ambientais pr-determinadas.
Para SUCENA (2002) o conceito de confiabilidade est relacionado ao
acontecimento de situaes que prejudicam o funcionamento de um produto ou
servio e em conseqncia, ao usurio que o utiliza, podendo colocar vidas em
risco, causar prejuzos econmicos-financeiros e impactos ambientais.
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A confiabilidade est relacionada a diversas reas de aplicao, tais como:
Anlise de risco e segurana;
Proteo ambiental;
Qualidade;
Otimizao da manuteno;
Projeto de produtos.
O conceito de confiabilidade adquiriu um significado tecnolgico durante a II
Guerra Mundial onde estudos comparativos foram realizados para se medir os
sistemas utilizados.
O matemtico Robert Lusser estudou o sistema operacional de msseis V-1
alemes e elaborou a lei da probabilidade de um produto com componentes em
srie, que estabelecia que a confiabilidade de um sistema em srie igual ao
produto das confiabilidades de suas partes componentes.
Com o surgimento da Guerra Fria os EUA investiram em estudos e trabalhos
sobre confiabilidade, motivados pela corrida espacial e pelo desenvolvimento de
msseis intercontinentais.
Nesta poca comearam a construo e a operao de usinas nucleares, o
que motivaram ainda mais os estudos, as metodologias e os clculos de
confiabilidade, devido aos grandes riscos associados.
Neste cenrio surgiu a metodologia da rvore de Falhas (AF) que ser
estudada de forma detalhada no item 3.5 deste captulo.
3.3.2. DISPONIBILIDADE
Para LAFRAIA (2001) pode-se entender disponibilidade como a habilidade
de um sistema, ou produto, mediante manuteno apropriada, desempenhar sua
funo requerida em um determinado instante do tempo ou sobre um perodo pr-
determinado de tempo.
O conceito de disponibilidade pode variar de acordo com a capacidade de
reparo do sistema ou produto.
Caso o sistema seja no reparvel, a disponibilidade se equivale
confiabilidade.
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Para sistemas reparveis os estados do sistema, em um determinado
perodo de tempo, so em operao ou em manuteno e a disponibilidade
pode ser calculada pela frmula:
Disponibilidade = ____MTTF______
MTTF + MTTR
Onde:
MTTF: tempo mdio entre falhas;
MTTR: tempo mdio at a concluso dos reparos.
3.3.3. SEGURANA
Segundo MOUBRAY (2000) um modo de falha tem conseqncias na
segurana, se causar uma perda da funo ou outro dano que poderia ferir ou
matar algum.
Um modo de falha tem conseqncias ambientais se causar uma perda de
funo ou outro dano que poderia levar a romper qualquer regulamento ou padro
ambiental conhecido.
Segundo SUCENA (2008) modo de falha o modo pelo qual os elementos
do sistema falham para realizar a sua funo.
MOUBRAY (2000) sugere ainda que para modos de falha que tm
conseqncias sobre a segurana ou ao meio-ambiente, uma tarefa pr-ativa s
deve ser feita se reduzir a probabilidade de falha em um nvel baixo tolervel.
Caso esta tarefa pr-ativa no possa ser implantada, significa que os riscos
ambientais e a segurana no podem ser prevenidos antecipadamente.
Faz-se necessria alguma ao para tornar o sistema seguro. Esta ao
classificada como reprojeto e deve ser implementada com os objetivos de:
Reduzir a probabilidade de ocorrncia da falha em um nvel tolervel;
Implementar mudanas a fim de que a falha no tenha conseqncias
sobre a segurana ou o meio-ambiente.
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A segurana tambm pode se referir segurana ou ao bem-estar da
sociedade. As falhas que afetem esta segurana so classificadas como causas
ambientais.
3.4 - MANUTENO CENTRADA EM CONFIABILIDADE (MCC)
De acordo com MOUBRAY (2000) a Manuteno Centrada em
Confiabilidade (MCC) um processo usado para determinar o que deve ser feito
para assegurar que qualquer ativo fsico continue a fazer o que os seus usurios
querem que ele faa no seu contexto operacional.
A MCC se volta para questes como confiabilidade e segurana operacional,
buscando sempre a sua maximizao pelo planejamento, focando-se a funo do
sistema. Ela busca tambm a minimizao dos custos e dos impactos ambientais.
A indstria aeronutica foi a primeira a desenvolver a MCC. Na poca as
preocupaes eram assegurar que os mantenedores estivessem fazendo o
trabalho correto e que eles estivessem fazendo corretamente o trabalho.
Nos primeiros passos na MCC definem-se as funes do ativo e os padres
de desempenho pretendidos. Em seguida devem-se determinar as falhas que
podem ocorrer. Na MCC estas falhas so conhecidas como falhas funcionais.
Aps a definio das falhas funcionais, devem se definir as causas, ou
modos de falhas. Os modos de falhas contm falhas de projeto, falhas devido a
desgastes e erros humanos.
Os efeitos das falhas tambm devem ser determinados. Por eles possvel
saber o que realmente acontece na ocorrncia da falha.
As conseqncias das falhas podem ser operacionais, de qualidade, de
segurana e de meio-ambiente. As conseqncias das falhas podem ser ainda por
falhas ocultas e no operacionais.
Deve-se determinar tambm de que forma cada falha importa, o que pode
ser feito para prevenir, ou at mesmo, prever a falha por aes pr-ativas. A MCC
reconhece como aes pr-ativas as tarefas de restaurao programada, tarefas
de descarte programado e tarefas sob condio programada.
A MCC pode utilizar diversas ferramentas para auxiliar o seu
desenvolvimento, destacando-se a Anlise da rvore de Falhas (FTA Fault Tree
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56
Analysis), a Anlise dos Modos e Efeitos de Falhas (FMEA Failure Modes and
Effect Analysis) e a Anlise dos Modos, dos Efeitos e da Criticidade das Falhas
(FMECA Failure Modes, Effects and Criticality Analysis).
O presente trabalho ir utilizar a ferramenta rvore de Falhas como suporte
aplicao da MCC na manuteno dos turbo alimentadores GM utilizados nas
locomotivas SD40-2 e SD40-3 da frota da MRS. Na prxima seo esta ferramenta
ser detalhada para balizar o desenvolvimento do estudo de caso.
3.5 - RVORE DE FALHAS (AF)
A anlise da rvore de Falhas (AF), do ingls Fault Tree Analysis - FTA,
surgiu na dcada de sessenta do sculo 20, desenvolvida por H. A. Watson, da
Bell Telephone Laboratories, para avaliar o grau de segurana do sistema de
controle de lanamentos de msseis.
A sua utilizao vai desde projetos de mquinas e equipamentos at a
anlise de processos industriais e administrativos.
A AF uma metodologia que visa melhorar a confiabilidade de produtos e
processos por intermdio da anlise sistemtica das possveis falhas e suas
conseqncias.
Segundo HELMAN et al. (1995), outras finalidades da AF so:
Estabelecer mtodo padronizado de anlise de falhas, verificando sua
ocorrncia em equipamentos e processos;
Entendimento dos modos de falha de um sistema, de maneira dedutiva;
Priorizao das aes corretivas que sero tomadas;
Anlise e projeto de sistemas de segurana ou sistemas alternativos em
equipamentos;
Compilao de informaes para manuteno de sistemas e elaborao
de procedimentos;
Indicao clara e precisa de componentes mais crticos ou condies
crticas de operao;
Compilao de informaes para treinamento na operao de
equipamentos;
Compilao de informaes para planejamento de testes e inspees;
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Simplificao e otimizao de equipamentos.
Segundo SUCENA (2008) a AF proporciona:
Maior interao entre as equipes de projeto, operao e manuteno;
Maior entendimento das falhas crticas;
Aumento do domnio das caractersticas tcnicas dos equipamentos em
anlise.
As etapas para a construo da AF so:
Definio do evento topo;
Entendimento do sistema;
Construo da rvore;
Avaliao da rvore;
Implementao de aes corretivas.
Comumente utiliza-se o diagrama de causa e efeito, ou diagrama de
Ishikawa, como uma etapa inicial para a construo da AF. Vale ressaltar que o
diagrama de causa e efeito no possibilita a relao operacional entre a causa e o
efeito. Esta relao pode ser estudada utilizando-se a representao grfica rvore
de falhas pelo uso das portas lgicas E, OU e derivadas.
Conforme mencionado, o processo de anlise inicia com a identificao da
falha, classificando-a como evento de topo. Na estrutura grfica da rvore
posiciona-se este evento no nvel mais alto. A partir da a falha desdobrada, de
cima para baixo, e detalhada, enumerando-se todas as causas e combinaes que
originaram os eventos de nvel mais alto. Os eventos que possuem uma causa
mais bsica so inseridos em retngulos e todos os eventos que compem a
seqncia da rvore esto ligados pelas portas lgicas.
O desdobramento prossegue at se atingir as causas denominadas como
causas bsicas, que so inseridas em crculos. As anlises das causas bsicas
no so aprofundadas por no serem consideradas necessrias. Neste ponto tem-
se o chamado limite de resoluo da rvore.
A eliminao das causas bsicas tem como conseqncia a eliminao do
evento topo.
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As figuras 26 e 27 ilustram os smbolos utilizados para os eventos e paras
as portas lgicas respectivamente.
Aps a construo da rvore possvel avaliar qual a preciso e a
veracidade da representao grfica. Para isso podem ser utilizadas avaliaes de
forma direta, anlises qualitativas (determinao dos cortes mnimos) e anlises
quantitativas (clculo das probabilidades de ocorrncia).
A forma direta de avaliao consiste em construir a expresso lgica para o
evento de topo em termos das combinaes de todos os eventos bsicos
envolvidos, ou seja, expressa a ocorrncia do evento de topo em funo de todos
os eventos bsicos.
Segundo SUCENA (2008) a anlise qualitativa viabilizada pela
determinao dos cortes mnimos. Corte em uma rvore de falhas significa um
conjunto de falhas bsicas cuja ocorrncia implica na ocorrncia do evento topo.
Corte mnimo ocorre quando o corte no puder ser reduzido sem perder a sua
condio de corte. Os cortes mnimos so os pontos fracos do sistema sob anlise,
quanto menor a ordem do corte, maior a criticidade do mesmo.
Para se determinar o conjunto dos cortes mnimos foi desenvolvido o
Algoritmo de Vesely-Fussel que determina que portas do tipo OU aumentam o
nmero de cortes mnimos e portas do tipo E aumentam o tamanho do corte
mnimo. Deve-se partir da primeira porta antes do evento topo, representando-a
pelas suas entradas at que todas as portas tenham sido substitudas.
A figura 28 ilustra a matriz para determinao dos cortes mnimos.
A quantidade de cortes representada pelo nmero de linhas da matriz,
enquanto as colunas indicam a ordem do corte, ou seja, a criticidade das falhas
bsicas.
Se no h eventos repetidos na matriz, significa que os conjuntos de cortes
so os conjuntos de cortes mnimos.
A anlise quantitativa est relacionada ao clculo das probabilidades de
ocorrncia dos eventos superiores e est atrelada s probabilidades de ocorrncia
dos eventos bsicos e das ligaes entre estas duas categorias de eventos.
De acordo com SUCENA (2008), a anlise quantitativa pode ser efetuada
independentemente da anlise qualitativa.
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SMBOLO SIGNIFICADO
Eventos que sosadas de portas
lgicas
RETNGULO
Eventos associadosa falhas bsicas ou
primrias
CRCULO
Eventos norealizados(omitidos)
DIAMANTE
Parmetro associadoa um evento que deve
ser monitorado
CASA
Evento condicional:usado em janelas de
inibio
OVAL
Indica a conexocom outro evento
TRINGULO
SMBOLOS DE EVENTOS
Figura 26 - Smbolos de eventos da rvore de falhas. Fonte: Anlise de Falhas (Aplicao dos
Mtodos de FMEA FTA) Fonte: HELMAN et al.(1995).
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SMBOLO NOME RELAO CAUSAL
Evento de sada que s ocorre se todos osde entrada ocorrerem
Evento de sada ocorrese pelo menos um dos
de entrada ocorrer
Evento de entrada sconduz ao de sada seo condicional ocorrer
Evento de sada ocorrese os de entrada
ocorrerem na ordem da esquerda para a
direita
Evento de sada ocorrese um, mas no ambos,dos de entrada ocorrer
Evento de sada ocorrese M em N dos de entrada ocorrerem
M em N
SMBOLOS DE PORTAS LGICAS
E
OU
INIBIO (CONDICIONAL)
E DE PRIORIDADE
OU EXCLUSIVA
m
n Figura 27 - Smbolos de portas lgicasda rvore de falhas. Fonte: Anlise de Falhas (Aplicao dos
Mtodos de FMEA FTA) - Fonte: HELMAN et al.(1995).
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Figura 28 Matriz para determinao dos cortes mnimos. Fonte: SUCENA (2008).
HELMANN (1995) faz alguns comentrios sobre a AF:
A complexidade da AF aumenta medida que o equipamento ou
processo se torna cada vez mais complexo e com o nvel de
detalhamento que se deseja;
A anlise da AF permite avaliar qual o real conhecimento que a
empresa possui sobre o processo ou equipamento;
O mesmo evento de topo pode possui rvores com abordagens
diferentes porque cada pessoa possui uma compreenso distinta do
sistema. possvel combinar vrias rvores, consolidando o
conhecimento sistematizado por diferentes pessoas ou equipes;
Eventos de nvel mais bsico da rvore podero ser objeto de estudo,
utilizando-se o mtodo de soluo de problemas.
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CAPTULO 4 ESTUDO DE CASO
4.1- LOCAL DO ESTUDO DE CASO
A MRS Logstica S.A uma concessionria que atua no transporte
ferrovirio de cargas na regio sudeste, desde dezembro de 1996, interligando os
estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e So Paulo por intermdio de 1.674 km
de extenso da malha.
A MRS foi formada por um consrcio entre as empresas Usiminas,
Mineraes Brasileiras Reunidas (MBR), Companhia Siderrgica Nacional (CSN),
Ferteco, Ultrafrtil, Cosigua, Fundao Caemi e Grupo Celato.
A figura 29 ilustra o mapa da malha ferroviria da MRS.
Figura 29 Malha Ferroviria da MRS Logstica S.A. Fonte: MRS Logstica S.A. (2006).
O foco das atividades da MRS o transporte ferrovirio de cargas, onde se
destacam o minrio de ferro, o carvo, a bauxita, produtos siderrgicos, cimento,
contineres, produtos qumicos e produtos agrcolas.
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A figura 30 demonstra a evoluo da MRS no transporte anual de cargas e a
projeo do plano de expanso do transporte at o ano de 2011.
Figura 30 Evoluo do transporte anual de cargas da MRS e projeo de expanso.Fonte: MRS
Logstica S.A. (2008).
Esta tendncia motivada pelo crescimento da economia mundial e pela
demanda por produtos que vem aumentando a cada ano, fazendo com que as
ferrovias de carga vivenciem uma rotina constante de crescimento na sua
produtividade.
A figura 31 ilustra o grfico de produo ferroviria em bilhes de TKU de
todas as ferrovias brasileiras entre os anos de 1997 e 2008, sendo a produo para
o ano de 2008 uma estimativa.
A figura 32 ilustra o grfico de volume de cargas transportado em milhes de
TU de todas as ferrovias brasileiras entre os anos de 1997 e 2008, sendo o volume
transportado para o ano de 2008 uma estimativa.
Para atender a demanda de crescimento do mercado, cada vez mais a
eficincia do sistema ferrovirio dever ser maior, ou seja, a probabilidade de
falhas ocorrerem dever ser cada vez menor, resultando no aumento da
confiabilidade, da disponibilidade dos ativos e da segurana da operao.
Para se atingir este patamar necessrio a utilizao de metodologias e
ferramentas de manuteno que foquem os conceitos mencionados acima
reduzindo falhas que impactam na operao do sistema.
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Figura 31 Produo Ferroviria em Bilhes de TKU. Fonte: ANTF. (2008).
Figura 32 Volume transportado em Milhes de TU. Fonte: ANTF (2008).
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4.2 - ANLISE DOS DADOS
Conforme abordado anteriormente, o ndice de Retrabalho impacta
diretamente nos indicadores operacionais e conseqentemente nas metas da
empresa.
Como exemplo de indicadores operacionais afetados, podem ser citados:
THP: Trem Hora Parado; ou seja a mdia dos ltimos seis meses.
LHP: Locomotiva Hora Parada;
Nmero de Defeitos;
Nmero de Reboques;
KMED: quilometragem
