Leise Kelli de Oliveira

Willam Guachalla

Universidade Federal de Minas Gerais

No Brasil, grande parte da produção de minério de ferro é transportada através do transporte ferroviário. Sendo um produto primário, é importante entender os gargalos do transporte para encontrar formas de minimizar dos custos logísticos, tornando o produto competitivo no mercado internacional. Este artigo apresenta um modelo genérico para aplicação à cadeias integradas de minério de ferro, baseadas em trens de ciclo, com aplicação em um estudo de caso de uma grande mineradora Brasileira. O objetivo é avaliar os reflexos operacionais quando simuladas melhorias de desempenho no virador de vagões − principal gargalo de uma cadeia integrada mina-ferrovia-porto. O modelo quantifica as variações do volume de produto descarregado e fila de trens para descarga, a partir da redução das falhas do gargalo. Os resultados obtidos permitem mensurar os reflexos de cada tipo de paralisação do sistema em produção e fila de trens para descarga. Com base nos cenários propostos foi possível identificar o plano de melhoria que proporciona melhores benefícios para o desempenho da mineradora

Palavras-chave: Simulação,Transporte Ferroviário, Descarga, Filas, Minério de Ferro.

Abstract

In Brazil, most of the production of iron ore is transported by railway transport. Being a primary product, it is important to understand the transport bottlenecks to find ways to minimize logistics costs, making the product competitive in the international market. This paper presents a generic model for application to integrated chains of iron ore, based cycle trains, with application in a case study of a large Brazilian miner. The objective is to evaluate the consequences when simulated operational performance improvements in car dumper - main bottleneck of a chain integrated mine-railroad-port. The model quantifies the variations in the volume of product unloaded and trains queue for unloading, from reducing failures of the neck. The results obtained allow us measure the consequences of each type of system downtime in production and queue for unloading trains. Based on the proposed scenarios was possible to identify the improvement plan that provides the best benefit to the performance of mining company.

Keywords: Simulação,Transporte Ferroviário, Descarga, Filas, Minério de Ferro.

1. Introdução

As principais matérias-primas utilizadas na indústria siderúrgica são o minério de ferro e seus subprodutos. A produção mundial, em quase sua totalidade, é consumida na produção de aço. Dessa forma, seu preço está diretamente relacionado ao setor siderúrgico e é fortemente influenciado pelo crescimento econômico mundial.Para atender essa demanda, as mineradoras brasileiras necessitam de uma logística eficiente de exportação de minério de ferro, da origem ao destino final, atendendo às expectativas dos clientes em relação a qualidade, custos e prazos.O mercado induz as cadeias produtivas ao limite de operação dos seus ativos, sendo que a agilidade na identificação e a correta tomada de decisão para eliminação ou redução dos gargalos operacionais garantem melhores resultados em uma operação de larga escala. Esse processo envolve milhões de toneladas em transporte através, principalmente, do modo ferroviário, atuando como um elo entre as minas e os portos.

Contudo, a degradação da rede ferroviária aliada à priorização de investimentos em rodovias restringiu a participação do modo ferroviário na matriz de transporte brasileira.Do volume total transportado pelas ferrovias no Brasil, o minério de ferro é o produto com maior representatividade. De 1997 a 2010, quatorze anos após o início das privatizações, o transporte deste produto cresceu 85% e representou 73% do total de carga movimentada no Brasil (ANTF, 2011). Os altos preços de venda do minério de ferro aliado à modernização de infraestrutura ferroviária sugerem a maximização da utilização dos sistemas de descarga de minério de ferro. As mineradoras tendem a operar seus viradores de vagões no limite da capacidade minimizando ociosidades e evitando filas para a descarga.

Em sistemas de mineração integrados mina-ferrovia-porto, são inúmeras as possibilidades de gargalos operacionais, da produção à expedição do minério para o cliente. Podem ocorrer no processo produtivo do minério, na carga, no transporte ferroviário, na descarga ou na logística portuária.A partir da revisão da literatura, observou-se uma lacuna referente a modelos integrados para resolver problemas relacionados à descarga do transporte ferroviário. É importante destacar a importância de compreender os impactos gerados pelos problemas e identificar soluções que auxiliem as empresas no processo de decisão.

Neste contexto, este trabalho abordará  os problemas relacionados ao virador de vagões, equipamento mundialmente utilizado para a operação de descarga de vagões com minério de ferro. Os viradores de vagões são equipamentos de grande porte e forma tubular podendo acondicionar simultaneamente de um a três vagões carregados. As viradas são realizadas girando o vagão em torno de um eixo central, descarregando o minério em um silo, que  segue para o pátio de estocagem ou diretamente para o embarque dos naviosatravés de correias transportadoras. Os viradores possuem taxas diferentes de operação, variando de cinco a noventa vagões por hora. Esses equipamentos são interligados a uma complexa rede que pode ter a operação comprometida por falhas diretas ou indiretas, paralisando ou restringindo sua taxa operacional, impactando em perdas de tonelagem descarregada e acréscimo de filas de trens para descarga.

Assim, este artigo apresenta um modelo de simulação para analisar a operação de descarga de uma cadeia integrada mina-ferrovia-porto de uma grande mineradora brasileira e avaliar os reflexos na volume. Para tanto, após esta breve introdução, será apresentado conceitos referentes a cadeia mina-ferrrovia-porto, a metodologia empregada neste trabalho, os resultados e a conclusão.

2. Cadeia Integrada Mina-Ferrovia-Porto

O transporte ferroviário brasileiro de minério de ferro, que parte das minas em direção aos portos é denominado Heavy Haul. Nesta modalidade, os trens são dimensionados e alocados para atender uma demanda específica, em uma operação de grande escala, através de fluxos (rotas), sempre retornando vazios ao ponto de carga, denominados trens de ciclo.

Segundo Fioroni (2007),este movimento caracteriza um ciclo carrega-movimenta-descarrega-movimenta, de diversas composições semelhantes, realizando operações nos mesmos pontos de carga/descarga. Este tipo de ciclo sofre interferências do sistema, sobretudo quando há vários pontos de carga e um único ponto de descarga, como o caso que será analisado. “Por exemplo, caso haja atraso no carregamento de uma composição, haverá formação de fila no ponto de carga. Em um segundo momento, ao carregar seguidamente essas composições, poderá haver fila no ponto de descarga. Ou seja, as interferências se propagam dentro do ciclo” (FIORONI, 2007, p. 33).

Os trens de ciclo operam com um único tipo de produto que, neste trabalho, é o minério de ferro. Esse produto é transportado pela ferrovia por meio de vagões, carregados a partir de cinco pontos de origem para um único ponto de descarga. Após essa operação, eles retornam vazios aos pontos de origem, caracterizando um ciclo fechado e contínuo, conforme representado na Figura 1.

FIGURA 1- Representação de trens de ciclo

As vantagens deste tipo de operação no desempenho do sistema são a “padronização dos equipamentos de carga e descarga e, pouca ou nenhuma necessidade de manobras de formação, aliada a alta capacidade de transporte” (FIORONI, 2007, p. 34).

A operação acima descrita necessita de equipamentos específicos, tais como viradores de vagões, empilhadeiras, correias transportadores, alimentadores, recuperadoras e carregador de navios.Estes equipamentos interligados formam uma complexa rede que se inicia com a descarga do trem e termina com o carregamento do navio, cujo detalhamento da operação está descrito a seguir.

O trem é, basicamente, composto de vagões e locomotivas, com características próprias dependentes do tipo de mercadoria a ser transportada. No caso em estudo, cada trem tipo é formado pelo conjunto de 134 vagões tipo gôndola e 2 locomotivas. Para que seja possível a descarga do produto no porto, é necessária a utilização de um virador de vagões, composto pelo giro e pelo braço posicionar que operam sincronizados para realizar a descarga dos vagões carregados de minério. O giro é responsável por tirar o minério do vagão, girando-o em torno de um eixo central e, encaminhar para o silo. Obraço posicionador é composto por um cilindro hidráulico associado a um braço mecânico, que se encaixa entre os vagões sendo responsável pela movimentação do trem durante o processo de descarga, empurrando os vagões vazios e posicionando mais vagões carregados para que o giro possa dar início a um novo ciclo de descarga.

Uma vez completado o giro do virador de vagões, o minério cai por gravidade em um silo, que é uma estrutura metálica, subterrânea, que atua como um funil, canalizando o minério para os alimentadores, que funcionam como esteiras rolantes e são responsáveis por posicionar o minério na correia transportadora.

As correias transportadoras são o elo entre o virador de vagões, o carregador de navios e os pátios de estocagem. A depender da necessidade, as mesmas podem conduzir o minério do virador para os pátios, para o carregador ou dos pátios para o carregador através de diferentes rotas. Esta seleção é possível em função da existência de equipamentos de empilhamento/recuperação nos pátios, denominados stacker reclaimer, e cabeçotes móveis de transferência, localizados nas intercessões das correias transportadoras. Os destinos finais das correias transportadoras são os carregadores ou os pátios.

O stacker reclaimertem o como função empilhar o minério que chega através das correias ou retomar/recuperar o produto estocado por meio da roda de caçamba. Quando a máquina está funcionando como um Stacker (empilhar), a roda de caçambas não gira, sendo o material então lançado diretamente da correia para o pátio. Quando se trabalha como um Reclaimer (retomar/recuperar), a roda de caçambas gira e o material é recuperado.

O carregador de navios, ou ship loader, é o equipamento responsável por acondicionar a carga nos porões do navio, destino final do minério no porto. É formado pela ponte giratória, sistema de lança, conjunto do transportador e sistema elétrico, cujos movimentos conjugados entre si permitema distribuição da carga nos porões dos navios conforme plano de carga, sem a necessidadeda movimentação dos mesmos. Uma vez carregados, os navios conduzem o minério acondicionado para os clientes da mineradora.

3.Metodologia

Esta seção apresenta a descrição das etapas necessárias para analisar a operação de descarga de uma cadeia integrada mina-ferrovia-porto de uma grande mineradora brasileira e avaliar os reflexos na volume, utilizando simulação computacional.

3.1Coleta de dados

A seguir são descritas a metodologia utilizada para a obtenção, coleta e tratamento dos dados, além da apresentação da ferramenta Input Analyzer do Arena para a estimação dos parâmetros das distribuições de probabilidade representativas do sistema e a realização de testes de aderência. Foram utilizados dados do período de 1º de janeiro a 31 de dezembro de 2011, ou seja, o período de um ano de operação. Salienta-se que a operação de transporte de minério de ferro pode ser considerada sem sazonalidade, não interferindo no intervalo de coleta de dados. Segue abaixo o processo de obtenção de dados do sistema de descarga e ciclo dos trens.

3.1.1 Dados da descarga de minério de ferro

As informações referentes à operação de todos os equipamentos podem ser acessadas através de um sistema online da mineradora, denominado Sistema de Gestão de Operações Portuárias. As consultas ao banco de dados, de acesso restrito, são parametrizáveis e permitem extrair resultados da operação portuária no horizonte máximo de um mês.

As informações relativas a operação ou paralisação do sistema de descarga são transmitidas via rádio diretamente dos operadores do virador de vagõespara a sala de controle, que fazem os apontamentos no sistema em tempo real. Cada evento é apontado conforme classificação prévia, que possibilita as estratificações dos resultados.

Foram obtidas informaçõesrelativas ao equipamento, o horário, a descrição e a duração de cada evento responsável pela paralisação do sistema de descarga. Neste sentido, foi possível obter o histórico de todas as interrupções “Diretas”, cujas origens estão relacionadas às falhas do virador de vagões, ou “Indiretas”, cujas origens estão relacionadas às falhas dos demais equipamentos. Além disso, foram obtidas através do mesmo sistema, informações relativas ao tipo de falha (mecânica ou elétrica), o volume horário de operação do virador de vagões, em toneladas/hora.

No período analisado foram identificadas 106 falhas elétricas ou mecânicas. As falhas elétricas totalizaram 63; destas, 24 diretas e 39 indiretas. As falhas mecânicas totalizaram 43, sendo 17 diretas e 26 indiretas.

3.1.2 Dados de ciclo de trens

O minério de ferro da mineradora é transportado por ferrovia através da concessionária MRS, que controla, opera e monitora a Malha Sudeste da Rede Ferroviária Federal, interligando os estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo. O foco das atividades da MRS está no transporte ferroviário de minério de ferro, cujo rastreamento dos trens é atualizado em tempo real através de equipamentos modernos que operam por GPS (Global Positioning System – localização via satélite). As informações relativas à movimentação de trens para a mineradora podem ser acessadas através de um sistema de banco de dados denominado SISLOG, de acesso restrito aos clientes da concessionária.

Em 2011, a MRS movimentou em torno de 150 milhões de toneladas, o que a torna a maior concessionária em termos de carga transportada, sendo o minério de ferro responsável pela produção de cerca de 80% deste total através de trens de ciclo. O ciclo dos ativos ferroviários é medido diariamente e consiste do somatório de tempo de diferentes etapas, representado na Figura 2.

FIGURA 2 - Ilustração das etapas do ciclo dos ativos ferroviários

A cadeia em estudo possui cinco terminais de carga e um terminal de descarga. Em cada um destes fluxos serão obtidos, através de consulta ao sistema, os valores correspondentes de ciclo e o peso médio carregado por trem em cada origem. Durante a construção do modelo também será respeitada a proporcionalidade do envio de trens para cada origem, denominada “Mix de carga”. A Figura 3 permite observar o esquema dos fluxos de transporte de uma cadeia integrada mina-ferrovia-porto e, os gargalos provenientes desta operação.

Figura 3 - Esquema do fluxo de transporte de uma cadeia integrada

3.2 Tratamento de dados

Após a obtenção dos dados, para a análise da consistência da base de dados,  é necessário plotar o histograma das informações, para identificar o padrão de repetição. Para tanto, foi utilizada a ferramenta Input Analyser do Arena.

3.3 Parâmetros de distribuição

Para estimar os parâmetros de distribuiçãoé necessário definir a distribuição de probabilidade a ser utilizada. Diferentes distribuições de probabilidade foram obtidascom os dados, sugerindo comportamentos distintos para cada tipo de falha. Dentre elas estão a distribuição “normal”,que apresenta fenômenos simétricos em torno da média, a “triangular”que possui boas estimativas dos seus limites inferior e superior, bem como seu valor mais provável, e a lognormal, adequada principalmente quando a variável possui boa aderência a distribuições não simétricas.

Os resultados estão apresentadas na Tabela1.Observa-se que todos os valores de p-value foram todos superiores à 0,10, que sugerem bases consistentes de dados. Conclui-se que, em média, os tempos de paradas do sistema de descarga ocasionadas por falhas mecânicas diretas,elétricas diretas, elétricas indiretas e mecânicas indiretas são de respectivamente 1,93, 0,51, 0,65 e 0,45 horas.

TABELA 1 - Resultados estatísticos das falhas do virador

3.4 Testes de aderência

Foram realizados testes de aderência para validar a qualidade dosajustes de cada distribuição aos dados. Para isso, utilizaram-se a ferramenta Input Analyzerdo softwareArena, cuja limitaçãoé de gerar relatório de testes de aderência somente para ajustes automáticos, que foi o caso do modelo em estudo. Para cada distribuição apresentada, foi aplicado o teste de Kolmogorov-Smirnov(K-S), que averiguar se umaamostra pode ser considerada como proveniente de uma população com uma determinada distribuição.

A Tabela 2 apresenta os resultados das situações, onde se pode observar um bom ajustamento dos parâmetros, pois todos os valores calculados de K-S são menores do que os valores críticos tabelados para um nível de significância α de 5%. Os resultados indicam que, para todos os casos, a hipótese H0 não foi rejeitada.

TABELA 2 - Teste de aderência

4. Modelo de Simulação

Para se analisar a operação ferroviária utilizou-se de simulação, sendo escolhido o software Arena, lançado em 1993 pela Systems Modelling Corporation, por ser um dos pacotes mais utilizados dentre os disponíveis no mercado, além de apresentar uma interface amigável e possuir um conjunto de ferramentas bastante úteis à análise estatística dos dados.

4.1 Modelagem conceitual

A modelagem conceitual da lógica da cadeia integrada será feita a partir do ponto de vista dos trens de ciclo, conjunto fixo de vagões e locomotivas, que circulam vazios para os terminais de carregamento, são carregados de minério, circulam carregados até o porto onde seguem uma sequência de eventos até a sua liberação. A sequência de atividades é apresentada na Figura 4. A modelagem computacional deste fluxograma é apresentado a seguir.

4.2 Modelagem computacional

Antes de iniciar a construção lógica com os blocos do Arena, é preciso definir alguns elementos envolvidos no modelo. Estes elementos são classificados no software como:

·        Entidades: cada trem de ciclo é uma entidade diferente. Os mesmos circulam pelo modelo em um circuito fechado no período de um ano;

·        Atributos: para individualização, cada uma das entidades recebe os seguintes atributos: destino (indica a rota do trem) e tipo de minério (indicando sua capacidade);

·        Recursos: há dois tipos de recursos – o virador e os trechos que compõem o porto. Cada recurso é individualizado por sua capacidade. No caso estudado, existe apenas um virador de vagões e todos os trechos são singelos, logo possuem capacidade com valor igual a um.

4.3 Criar entidades – Trens de ciclo

Para criar as entidades até o limite desejado, no modelo é utilizado um artifício que duplica as entidades (Separate) do Template Basic Process. À medida que as entidades vão entrando no modelo, a entidade duplicada retorna até que o limite estabelecido seja atingido, encaminhado pelo módulo Decide do Template Basic Process para o módulo Dispose do Template Basic Process, eliminando a entidade duplicada.

O módulo Assigndo TemplateBasic Process garante a individualidade de cada entidade que entra no sistema, bem como sorteia o terminal de carga para o qual a entidade deve se dirigir através de parâmetros pré-definidos.

4.4 Terminais de carga

Os terminais de carga são representados no modelo pelo módulo “Estação” (Station) do Template Advanced Transfer. A operação de carga é representada pelo módulo “Atraso” (Delay) do Template Advanced Process. Por uma questão de simplificação, não foram criados recursos associados aos terminais de carga. Entende-se que não são gargalos operacionais e podem absorver mais de um trem de forma simultânea, com tempos de carga distintos para cada terminal.

O processo de medição de tempos e intervalos é possível através do módulo “Gravação” (Record) do Template Basic Process. Nesta etapa do processo são medidos os tempos de carga e o tempo de circulação dos trens vazios. O módulo “Atribuir” (Assign) marca o início de viagem do trem carregado em direção ao porto.

4.5 Entrada dos trens no porto

Uma vez na Station Porto, as entidades devem percorrer o trajeto até chegar ao virador de vagões. Ao passarem por um novo módulo Assign, é registrado o instante “tnow” (time now), em que a entidade passa pelo bloco, possibilitando o cálculo do tempo de trânsito carregado através de uma funcionalidade de cálculo de intervalo do modulo Record. Em seguida, a entidade ocupa a entrada do porto, através do bloco “Ocupar” (Sieze) do TemplateAdvanced Process, nomeado “Porto_chave1”. Este recurso é único pelo fato de ser uma linha singela e impede dupla ocupação em caso de simultaneidade. Os recursos só podem ser ocupados caso estejam liberados.

Importante ressaltar que para cada Route é atribuído um tempo de percurso. Ao final do segundo trecho percorrido a entidade libera o primeiro trecho ocupado, habilitando sua ocupação por uma nova entidade.

4.6 Descarga

O início da permanência da entidade em descarga no virador é registrado através de novo bloco Assign. Acompanhando a sequência lógica dos templates, em seguida é realizada a liberação do trecho 2 e a ocupação do recurso “Virador”, quando se inicia o processo de descarga do trem e ocupação dos trechos 3 e 4 do porto. É importante destacar o fato de que o quarto trecho só é ocupado se completar 75% da descarga.Ao se completar a descarga o terceiro trecho é liberado, bem como o recurso “Virador”. O tempo de permanência de cada trem em descarga possui relação inversa à taxa de operação do equipamento, que pode ser interrompida por falhas elétricas e mecânicas, diretas ou indiretas.

4.7 Módulo de falhas

A configuração das falhas usadas no modelo é feita no módulo de dados Failure, localizado no Template Advanced Process. Dentro de Failure devem ser especificados o tipo de falha, o tempo entre falhas, ou MTBF (mean time between failure) e o tempo de reparo, ou MTTR (mean time to repair). Feita a configuração da falha, esta deve ser referenciada dentro do módulo Resource, associando, assim, a falha com o recurso correspondente, no caso o virador de vagões.

4.8 Saída do porto e retorno dos trens para terminais de carga

Ao término de cada descarga, quatro módulos Record possibilitam o cálculo dos tempos de descarga, permanência no porto, ciclo dos trens e do volume total descarregado. Estas medições são importantes para a calibração e validação do modelo proposto. Também são inseridos quatro módulos Assign: os dois primeiros registram o tnow para novas medições de circulação dos trens vazios e ciclo total; o terceiro realiza a soma acumulada da capacidade de transporte de cada entidade e o quarto sorteia o próximo terminal de destino entidade, finalizando o ciclo fechado do modelo.

4.9 Fila total

A fila total é somatório das parcelas aguardando circulação nos trechos singelos e descarga. Como simplificação, o modelo descarta outras variáveis que possam impactar no processo de descarga, como avarias da ferrovia e qualidade do minério.

5. RESULTADOS

5.1 Validação do modelo

A validação do modelo de simulação é um passo bastante importante sendo, de acordo com Pegden et al. (1995), o processo para alcançar um nível aceitável de confiança nas premissas adotadas no modelo. Em geral, as premissas são validadas comparando-se os resultados obtidos com as correspondentes medidas reais do sistema através dos testes estatísticos apropriados (Pegden et al.,1995).

A validação do modelo em questão neste artigo se deu devido a disponibilidade de informações diárias para o ano de 2011 sobre as falhas do virador de vagões e o ciclo dos trens.Foram realizadas 50 replicações, com duração de 375 dias e eliminação dos dados de uma fase de aquecimento warm up de 10 dias, período necessário para colocar as entidades em regime em função do ciclo dos ativos, totalizando um período útil de simulação de 365 dias, que correspondem ao ano de 2011. Os resultados gerados pelo modelo, quantidade de minério descarregada e fila de trens para descarga, foram analisados e comparados com os valores reais.

O modelo foi validado em termos de quantidade de minério descarregado, com uma variação superior de 0,9%. A fila de trens obteve resultado simulado superior de 0,3% da situação real. Pode-se inferir, assim, queno conjunto, os parâmetros analisados possuíram boa aderência com a realidade, com variações inferiores a 1%. Estas análises garantem que os dados de entrada são confiáveis e podem ser utilizados como base para criação de cenários de redução de falhas do virador e, consequente, aumento de tonelagem descarregada e fila de trens para descarga, objetivo deste trabalho.

5.2 Cenários Analisados

Neste trabalho será analisada a disponibilidadeem relação ao tempo disponível para produção em que a operação não é afetada pelo mau funcionamento, ou outro acontecimento não planejado, que provoque a sua paralisação. Assim sendo, a disponibilidade é obtida pela razão entre o somatório de horas disponíveis e o somatório de horas de calendário. As horas disponíveis é a subtração do somatório das horas de manutenção do somatório das horas de calendário. Ainda, o somatório das horas de manutenção é obtido pela soma dos somatórios das horas de manutenção de oportunidade (MO), de manutenção preventiva (MP), de manutenção corretiva (MC) e de horas para implantação de melhorias (IM).

Neste trabalho, os valores de MO, MP e IM foram considerados fixos. Por se tratar de um sistema que opera com fila de trens para descarga, ociosidades não são desejáveis, por isso os valores de MO tendem a ser os menores possíveis, não tendo impactos relevantes no sistema. Para os valores de IM e MP foram feitas simplificações, uma vez que previsões estabelecidas para estes parâmetros não seriam assertivas, por isso não sofreram alterações. Apenas os valores de manutenção corretiva serão alterados para avaliar a disponibilidade do virador de vagões.

Dois importantes indicadores são o MTBF (Mean time between failure) e MTTR (Mean time to repair). O MTBF mede o intervalo médio entre as falhas e é obtido pela razão entre o somatório de horas de operação do virador e o somatório do número de paradas. O MTTR mede o tempo médio de reparo, obtido pela razão entre o somatório do número de horas paradas pelo somatório do número de paradas.

A Tabela3 apresenta os valores reais de MTBF e MTTR, obtidos através do sistema para 2011. Ao todo foram 1.681 paralisações corretivas que totalizaram 1.377 horas de paradas do sistema de descarga. Os valores foram convertidos em minutos para compatibilização de unidades com o modelo.

TABELA 3 - MTTR e MTBF das falhas do virador de vagões para o Cenário Base

5.2.1 Cenário 1

O cenário 1 considerou avaliar o impacto da redução de 5% do número de paralisações corretivas. Esta hipótese pode ser viabilizada pela mineradora através da elaboração de um plano de ação de melhoria global, cuja abrangência incorpore o virador de vagões e todos os equipamentos a ele interligados, devido à melhoria das paradas corretivas tanto diretas quanto indiretas.Os dados referentes a este cenário estão apresentados na Tabela 4. É importante ressaltar que o MTTR se manteve inalterado devido a premissa de que o tempo médio de reparo não se alterou.

TABELA 4 - MTTR e MTBF das falhas do virador de vagões para o Cenário 1

Os resultados obtidos com o Cenário 1 indicam que o volume transportada (em toneladas) por trem não foi alterado. A redução nas paralisações corretivas simuladas no cenário 1 propiciou um incremento de 2,1% no número de descargas realizadas comparado ao cenário base.Assim, os resultados do cenário 1 indicam uma forte influência não linear da disponibilidade do equipamento de descarga na fila de trens para descarga e apontam que a redução de 5% da quantidade global de manutenções corretivas do virador de vagões implicou em uma redução média de 2,5% do tempo de permanência, 9,4% da fila para descarga e 2,2% do ciclo total dos trens.

5.2.2 Cenário 2

O cenário 2 foi obtido considerando que 63% do total de horas paradas são corretivas, devido a falhas mecânicas ou elétricas no virador de vagão. Neste sentido, a empresa mineradora poderia desenvolver um plano de melhorias com objetivo de reduzir as falhas diretas relacionadas ao virador de vagões. Assim, o cenário 2 considera a hipótese de um plano de melhorias que reduza em 5% as falhas diretas, cujos quantitativos estão apresentados na Tabela 5. O objetivo deste cenário é comparar a eficiência de um plano de melhoria focado, com esforços concentrados, em relação a um plano de melhoria genérico, com maior escopo de equipamentos.

Os resultados obtidos através da simulação para o cenário 2 indicam um incremento de 1,1% no volume de minério descarregado em relação ao cenário base. Além disso, um cenário com um plano de melhorias focado nas falhas diretas do virador de vagões reduz o tempo de permanência dos trens para descarga, sendo 80% do resultado obtido através do plano de melhoria global. Já as reduções na fila de trens para descarga e ciclo total foram respectivamente 56% e 54% dos resultados obtidos no primeiro cenário

TABELA 5 - MTTR e MTBF das falhas do virador de vagões para o Cenário 2

5.2.3 Cenário 3

No cenário 3, são analisados os impactos indiretos, ou seja, as paralisações do virador de vagão causadas por equipamentos interligados à ele, causadas por falhas mecânicas ou elétricas. Para a redução destes impactos indiretos, considera a existência de planos de melhorias abrangentes, que reduziriam em 10% a quantidade de paralisações corretivas indiretas em relação ao cenário base.Justifica-se a utilização do fator de 10% pela menor representatividade da quantidade de ocorrências de falhas indiretas, além do menor tempo de reparo ponderado. Os dados utilizados na simulação para o cenário 3 estão apresentados na Tabela 6. O objetivo deste cenário é avaliar os resultados de um plano de melhorias mais abrangente, com metas mais arrojadas e maiores esforços alocados, em relação ao plano de melhoria apresentado no cenário 2.

TABELA 6 - MTTR e MTBF das falhas do virador de vagões para o Cenário 3

Os resultados obtidos com a simulação do cenário 3 indicaram um incremento de 1,1% no volume de produto descarregado em relação ao cenário base, resultado similar ao cenário 2. Além disso, os resultados indicaram que a elaboração de planos de melhorias mais abrangentes, visando redução das falhas indiretas ocasionados pelos demais equipamentos do sistema, com metas mais arrojadas e maiores esforços alocados, resultam em ganhos aderentes ao segundo cenário proposto, tendo a fila para descarga apresentado o maior desvio apurado.

5.2.4 Cenário 4

No cenário 4 considerou-se uma redução do tempo médio de reparo das falhas mecânicas diretas, originalmente em 1,93 horas, sendo este o maior tempode reparo dentre os analisados. Assim, o cenário 4 avalia o impacto da redução de uma hora do tempo médio de reparo das intervenções corretivas com origem mecânica no virador de vagões. Os dados que representam esta situação estão ilustrados na Tabela 7. O objetivo deste cenário é avaliar a eficiência de um plano de melhoria focado em um único tipo de falha.

TABELA 7 - MTTR e MTBF das falhas do virador de vagões para o Cenário 4

Os resultados simulados do cenário 4 indicam um incremento de 3,0% no volume de produto descarregado, comparado ao cenário base.Os resultados também indicaram que a elaboração de um plano de melhoria específico, visando a redução de uma hora do tempo médio de reparo das falhas mecânicas diretas, ligadas ao virador de vagões, demonstra ser eficiente. Esta conclusão é possível em função dos melhores resultados obtidos quando comparado com os demais cenários, em termos de tonelagem descarregada, tempo de permanência, fila para descarga e ciclo de trens.

5.3 Impacto tarifário

Por se tratar de uma concessão ferroviária, deve ser considerado o impacto da redução do ciclo no custo de transporte da mineradora. O instrumento de precificação dos fluxos de transporte da operadora ferroviária é baseado em valores de custo orçados cujo rateio é baseado na alocação de recursos com visão anual. A precificação dos fluxos é concebida em um sistema de cost-plus, onde se calcula os custos dos fluxos de transporte e acrescentando a respectiva remuneração de capital, para atingir a referência de preços desejada.

O custo é formando pelo dispêndio com os recursos utilizados pela empresa para sua operação, estando incluído os custos com recursos materiais, financeiros, humanos, tecnológicos. Estes gastos são orçados anualmente e classificados como fixos, variáveis e de remuneração de capital.

Na operação analisada neste artigo, as variações do volume de produto transportado e o tempo total do ciclo impactam na composição das variáveis explicativas e,consequentemente, no rateio dos custos de transporte ferroviário. A Tabela 8 sintetiza as reduções de ciclo obtidos nos cenários 1, 2, 3 e 4 em relação ao cenário base e a Figura 5 apresenta o impacto das reduções de ciclo no custo de transporte ferroviário da mineradora.

Estes resultados indicam que a estratégia obtida através do cenário 4, alcançada por meio da redução de uma hora do tempo médio de reparo das falhas mecânicas diretas, atingiu as maiores reduções de ciclo e, por consequência, custo de transporte associado. Desta forma, investir em plano de melhoria focado em um único tipo de falha é considerada uma alternativa interessante para a mineradora analisada.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Esse trabalho propôs-se analisar os impactos do aumento da disponibilidade do equipamento de descarga de uma cadeia integrada mina-ferrovia-porto, cuja operação é pautada por trens de ciclo, em relação ao volume de produto descarregado, ao tempo de permanência para descarga, a fila de trens e ao ciclo total. Foram analisados diferentes cenários de redução das manutenções corretivas mecânicas e elétricas, diretas e indiretas, em relação às intervenções reais ocorridas, para dados reais obtidos de uma grande mineradora brasileira para o ano de 2011.

Para recriar a operação da cadeia integrada em ambiente virtual utilizou-se o método de simulação e optou-se pelo software Arena. O método proposto incluiu a caracterização da operação ferroviária, identificação das variáveis, coleta e análise dos dados, construção e validação do modelo de simulação, geração de cenários alternativos e análise dos resultados.

O simulador foi desenvolvido da forma mais generalista possível, para ser facilmente adaptado para outros sistemas integrados de forma simples e direta. Considera-se que em ambientes industriais, a possibilidade de avaliar diferentes cenários é fundamental para a tomada de decisão, e, espera-se o simulador desenvolvidoatenda à esta expectativa.

A análise dos cenários propostos neste trabalho indicaram o impacto direto no volume descarregado de minério de ferro com o aumento da disponibilidade do virador de vagões. Foi possível observar, por exemplo, que a relação entre o percentual de redução de falhas e a redução de fila para descarga não é linear, sendo que um pequeno aumento na disponibilidade causa uma grande redução de fila de trens para descarga.

O cenário 1 considerou a redução de 5% da quantidade de falhas diretas e indiretas para manutenções corretivas. Essa hipótese seria viabilizada pela mineradora através da elaboração de um plano de ação de melhorias que incorporasse o virador de vagões e todos os equipamentos a ele interligados. Foi comprovado que a redução de 5% da quantidade global de manutenções corretivas do virador de vagões implicou na redução média de 9,4% da fila para descarga.

No cenário 2 considerou-se a redução em 5% da quantidade de falhas diretas (mecânicas ou elétricas) ligadas ao virador de vagões, por representarem 63% do total das horas paradas. Os resultados obtidos indicaram a redução do tempo de permanência dos trens para descarga, chegando a 80% do resultado obtido em relação ao cenário 1. Já as reduções na fila de trens para descarga e no tempo de ciclo total foram respectivamente 56% e 54% dos índices obtidos no cenário 1.

No cenário 3 foram analisados os impactos causados pela redução de 10% das falhas indiretas (mecânicas ou elétricas), ou seja, de paralisações causadas por equipamentos interligados ao virador de vagões. Esse cenário seria viabilizado pela mineradora através de um plano de melhorias abrangente, envolvendomais equipamentos. Os resultados indicaram que a redução do índice de 10% das falhas ocasionada pelos demais equipamentos do sistema resulta em ganhos similares à redução de 5% das falhas diretas, obtida com cenário 2.

No cenário 4 considerou-se a redução do tempo médio de reparo das falhas mecânicas diretas. Os resultados obtidos indicaram que um plano de melhorias específico das falhas mecânicas diretas pode ser considerado o cenário mais interessante, pois obteve os melhores resultados comparado com os cenários analisados, em termos de volume descarregado, tempo de permanência, fila para descarga e ciclo de trens.

Em todos os cenários foram estabelecidas relações entre as reduções do tempo de ciclo dos trens e o custo de transporte. Como a concessionária ferroviária possui um sistema tarifário baseado em recursos alocados, foi identificado que o cenário 4 pode propiciar maiores benefícios em termos de tempo de ciclo e obteve o maior índice de redução tarifária, -2,61% em relação à tarifa vigente em 2011.

Assim, conclui-se que o objetivos propostos para este trabalho foram alcançados. Os cenários desenvolvidos para a análise permitiram também auferir que a simulação pode ser considerada uma ferramenta adequada no processo de tomada de decisão, auxiliando na definição de estratégias que aumentem a produção, maximizem o tempo e minimizem os custos associados.

Referências

ASSOCIAÇÃO NACIONAL DOS TRANSPORTADORES FERROVIÁRIOS (ANTF). As ferrovias e o futuro do País.Brasília, 2011.

FIORONI, M. M. Simulação em ciclo fechado de malhas ferroviárias e suas aplicações no Brasil: avaliação de alternativas para o direcionamento de composições. 2007. 323 p. Tese (Doutorado em Engenharia) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007.

PEGDEN, C. D.; SHANNON, R. E.; SADOWSKI, R. P. Introduction to simulation using SIMAN. New York: McGraw Hill, 1995.