FTA – Âmbito

A Análise de Árvore de Falhas FTA é aplicada em diversos âmbitos para melhorar a segurança e a confiabilidade de sistemas complexos.

Aeroespacial: utilizada para garantir a segurança de aeronaves e sistemas espaciais, identificando possíveis falhas que poderiam levar a acidentes.

Energia Nuclear: empregada para avaliar a segurança de reatores nucleares e prevenir acidentes catastróficos.

Indústria Automóvel: usada para analisar falhas em componentes críticos de veículos, como sistemas de travões e airbags.

Indústria Química: aplicada para identificar riscos em processos químicos e prevenir fugas ou explosões.

Tecnologia da Informação: utilizada para avaliar a confiabilidade de sistemas de TI e prevenir falhas que poderiam causar perdas por dados ou interrupções de serviço.

A FTA é uma ferramenta versátil que pode ser adaptada a praticamente qualquer setor onde a segurança e a confiabilidade são críticas.

FTA – Estrutura

A estrutura da Análise de Árvore de Falhas FTA é composta por vários elementos que ajudam a identificar e analisar as causas de falhas em sistemas complexos.

Evento Topo: este é o evento de falha principal que se deseja evitar. É o ponto de partida da análise.

Portas Lógicas: utilizadas para combinar eventos de falha. As portas mais comuns são:

Porta E (AND): indica que todos os eventos de entrada devem ocorrer para que o evento de saída ocorra.

Porta OU (OR): indica que qualquer um dos eventos de entrada pode causar o evento de saída.

Eventos Básicos: são as causas primárias de falha que não podem ser decompostas em eventos menores.

Eventos Intermediários: resultam da combinação de eventos básicos e/ou outros eventos intermediários através de portas lógicas.

Eventos Condicionais: representam condições que podem influenciar a ocorrência de eventos de falha.

Símbolos de Transferência: utilizados para ligar diferentes partes da árvore de falhas, facilitando a leitura e a organização do diagrama.

A FTA utiliza uma abordagem dedutiva, partindo do evento topo e decompondo-o nas suas causas subjacentes através de uma série de eventos intermediários e básicos.

FTA – Ferramentas

A Análise de Árvore de Falhas utiliza diversas ferramentas e técnicas para identificar e analisar as causas de falhas em sistemas complexos:

Diagramas de Árvore de Falhas: representações gráficas que mostram a relação entre os eventos e as suas causas. Estes diagramas ajudam a visualizar e a compreender as possíveis falhas e as suas origens.

Software de FTA: existem várias ferramentas de software que facilitam a criação e análise de diagramas de árvore de falhas. Estes programas ajudam a automatizar o processo de análise e a calcular probabilidades de falhas.

Análise de Causa Raiz (RCA)): métodos como o 5W2H e o Diagrama de Ishikawa são frequentemente utilizados em conjunto com a FTA para aprofundar a investigação das causas raízes.

Dados Históricos e Estatísticos: a análise de dados históricos de avarias e a aplicação de métodos estatísticos ajudam a identificar padrões e tendências que podem ser críticos para a análise de avarias.

Simulações e Modelação: as ferramentas de simulação, como o Monte Carlo, são utilizadas para modelar diferentes cenários de falhas e avaliar a probabilidade de ocorrência de eventos indesejados.

FTA – Desafios

Análise de Árvore de Falhas enfrenta vários desafios que podem ter impacto na eficácia e precisão da análise:

Complexidade do Sistema: os sistemas complexos podem ter muitas interações e dependências entre componentes, tornando difícil a construção e análise da árvore de falhas. A complexidade pode levar a erros ou omissões na modelação.

Dados Insuficientes ou Incompletos: a falta de dados históricos de avarias ou de dados incompletos pode dificultar a estimativa precisa das taxas de avaria e a determinação das distribuições de probabilidade adequadas.

Subjetividade na Construção da Árvore: a construção da árvore de falhas pode ser subjetiva, dependendo do conhecimento e da experiência dos analistas. Diferentes analistas podem construir árvores diferentes para o mesmo sistema, levando a resultados variados.

Manutenção e Atualização: manter e atualizar a árvore de falhas à medida que o sistema evolui ou novos dados se tornam disponíveis pode ser desafiante. Isto é especialmente verdade para os sistemas que sofrem modificações frequentes.

Interpretação dos Resultados: a interpretação dos resultados da FTA pode ser complexa, especialmente para aqueles sem formação técnica. É importante comunicar os resultados de forma clara e compreensível a todas as partes interessadas.

Integração com Outras Técnicas: A integração da FTA com outras técnicas de análise de risco, como a FMEA (Análise de Modo e Efeito de Falha) ou a HRA (Análise de Fiabilidade Humana), pode ser desafiante, mas é necessária para uma avaliação abrangente dos riscos.

FTA – Superar desafios

Formação e Capacitação: investir em formação contínua para os analistas pode ajudar a reduzir a subjetividade e melhorar a precisão da construção da árvore de falhas.

Utilização de Software Especializado: as ferramentas de software podem automatizar partes do processo de FTA, facilitando a construção, análise e atualização das árvores de falhas.

Recolha e Gestão de Dados: a implementação de sistemas de recolha e gestão de dados robustos pode ajudar a garantir que dados completos e precisos sejam disponibilizados para a análise.

Comunicação Eficaz: desenvolver competências de comunicação para apresentar os resultados da FTA de forma clara e compreensível para todas as partes interessadas.

FTA – Exemplo

Analisemos como pode ser desenvolvida uma FTA – Fault Tree Analysis a partir da constatação de falha no sistema hidráulico de um torno automático

Falha de Topo: “Falha do Sistema Hidráulico do Torno Automático”

Nível 1 (Principais Causas):

Falha na Bomba Hidráulica

Desgaste mecânico dos componentes da bomba

Falha no motor da bomba

Insuficiência de lubrificação interna

Perda de Fluído Hidráulico

Fuga em o-rings ou juntas

Danos nas tubulações ou mangueiras

Falha nas válvulas de retenção

Obstrução nos Circuitos Hidráulicos

Acumulação de detritos ou partículas

Deformação nas tubagens que limita o fluxo

Obstrução nas válvulas de controlo de fluxo

Contaminação do Fluído Hidráulico

Nível 2 (Causas de 2ª ordem)

Introdução de partículas ou sedimentos externos

Deterioração do fluído por temperatura excessiva

Nível 3 (Causas de 3ª ordem)

Problemas no Sistema de Arrefecimento

Nível 4 (Causas de 4ª ordem)

Falha na ventoinha ou no ventilador de arrefecimento

Nível 5 (Causas de 5ª ordem)

Desgaste dos rolamentos do ventilador, o que reduz a rotação.

Mau contacto elétrico no motor da ventoinha, causando falhas intermitentes.

Quebra da correia de transmissão (caso a ventoinha seja acionada mecanicamente).

Obstrução no radiador ou trocador de calor

Acumulação de detritos ou partículas nas aletas do radiador devido à sujidade do ambiente de trabalho.

Bloqueio causado por óleo ou resíduos aderentes no radiador.

Deficiente limpeza periódica, permitindo acumulação excessiva de sujidade.

Deficiência no termóstato que controla a temperatura do fluído

Termóstato preso numa posição aberta ou fechada, desregulando o fluxo de arrefecimento.

Deficiência de calibração do termóstato que leva a leituras incorretas.

Falha elétrica ou mecânica que impede o funcionamento correto do termóstato.

Sobrecarga do Sistema Hidráulico

Ciclo de operação prolongado sem pausas para arrefecimento

Programação incorreta de operações consecutivas sem intervalos.

Excesso de produção ou operação contínua que ultrapassa os limites do torno.

Falta de supervisão e planeamento de pausas regulares para arrefecimento.

Pressão excessiva de trabalho devido a erros de calibração

Calibração incorreta das válvulas de pressão, que ficam acima do valor de operação recomendado.

Deficiente afinação dos reguladores de pressão.

Manipulação inadequada dos parâmetros de pressão por pessoal não qualificado.

Atuadores hidráulicos com resistência excessiva (ex.: desgaste ou obstruções)

Desgaste nas guias dos atuadores, aumentando a resistência.

Obstrução interna nos cilindros por depósitos ou partículas.

Deficiências de lubrificação nos êmbolos, que aumenta o atrito e o esforço.

Utilização de Fluído Inadequado

Fluído com viscosidade inadequada para a operação (ex.: viscosidade demasiado baixa que leva ao aquecimento)

Escolha incorreta do tipo de fluído por falta de consulta das especificações do equipamento.

Variações de temperatura ambiente que afetam a viscosidade (por exemplo, fluído com viscosidade baixa a altas temperaturas).

Alteração da viscosidade devido a diluição com outros fluídos durante a manutenção.

Fluído sem características aditivas de resistência térmica (ex.: ausência de estabilizadores de temperatura)

Falta de aditivos no fluído, como estabilizadores térmicos, antioxidantes ou anti espuma.

Utilização de fluído recondicionado ou de qualidade inferior, sem propriedades de resistência ao calor.

Substituição inapropriada de fluído durante a manutenção por um não compatível com as exigências de temperatura.

Baixo Nível de Fluído Hidráulico

Fugas que causam perda de fluído e pressão adicional na bomba

Desgaste dos vedantes das válvulas, causando fugas.

Rachaduras ou fissuras nas tubagens devido a vibração e uso prolongado.

Aperto inadequado das ligações hidráulicas, criando pequenas fugas.

Insuficiente reabastecimento após manutenção

Erros de medição de fluído, levando a níveis inferiores aos recomendados.

Falta de verificação do nível após o processo de purga de ar na linha.

Procedimentos de manutenção incompletos, negligenciando o reenchimento do fluído.

Sucção de ar na linha, o que aumenta o esforço da bomba e a temperatura

Fuga nas juntas de conexão, que permite a entrada de ar.

Dificuldades na purga do sistema, deixando bolhas de ar na linha.

Entrada de ar devido a baixo nível de fluído no reservatório, causando cavitação.

Falta de filtragem adequada

Falha nos Atuadores Hidráulicos

Desgaste dos o-rings dos cilindros

Deformação do êmbolo ou do cilindro

Deficiência no curso dos atuadores

FTA – Interpretação da Análise

Este esquema permitiu observar que a falha no sistema hidráulico do torno automático pode ter múltiplas causas, que podem ser classificadas em cinco categorias principais. Em cada uma, as causas subjacentes ajudam a identificar pontos de manutenção preventiva, como a inspeção de tubagens, filtragem de fluído e verificação de componentes da bomba e atuadores.

Como foi possível identificar, este exemplo permite compreender como evitar o impacto da deterioração do fluído hidráulico que pode gerar os seguintes efeitos em cadeia: deterioração do fluído hidráulico por temperatura excessiva como uma causa provável da falha no sistema hidráulico, podemos aprofundar a análise FTA para identificar o motivo primeiro do aumento de temperatura.

Este nível de detalhe, no desdobramento das causas secundárias, permite direcionar medidas preventivas altamente específicas. Desta forma, é possível implementar rotinas de inspeção e manutenção muito mais eficazes para evitar o sobreaquecimento e garantir que o fluído hidráulico mantém as suas propriedades adequadas para o funcionamento do torno automático.

Este exemplo permite compreender como evitar o impacto da deterioração do fluído hidráulico que pode gerar os seguintes efeitos em cadeia:

Redução da Lubrificação: a viscosidade do fluído deteriorado baixa, afetando a lubrificação dos componentes, o que causa mais desgaste.

Acumulação de Depósitos: o fluído aquecido gera depósitos e resíduos que obstruem filtros e válvulas, reduzindo o fluxo.

Perda de Eficiência nos Atuadores: o aumento da temperatura e os resíduos do fluído deteriorado reduzem a eficiência dos cilindros e pistões, o que leva a falhas nos movimentos.

Conclusões e Recomendações

A análise sugere que é essencial:

Verificar o sistema de arrefecimento regularmente, limpando obstruções e inspecionando ventiladores e termóstatos.

Monitorizar os níveis de fluído hidráulico e proceder a reabastecimentos sempre que necessário para evitar sobrecarga.

Utilizar fluído hidráulico com as especificações corretas, assegurando que tem resistência a altas temperaturas.

Estabelecer ciclos de manutenção preventiva para controlar a pressão de trabalho e evitar sobrecargas.

Este aprofundamento da FTA fornece um diagnóstico mais específico e permite ações preventivas detalhadas para mitigar futuras falhas devido à deterioração do fluído hidráulico por temperatura.

FTA – Objetivos

Identificar Causas de Falhas: determinar as causas raiz de falhas em sistemas complexos, permitindo a implementação de medidas corretivas eficazes.

Avaliar Riscos: estimar a probabilidade de ocorrência de falhas e os riscos associados, ajudando à tomada de decisões informadas.

Prevenir de Falhas: identificar potenciais falhas antes que ocorram, permitindo a implementação de medidas preventivas para evitar problemas futuros.

Melhorar a Segurança: aumentar a conformidade com normas de segurança e ajudar a mapear a relação entre falhas e subsistemas.

Planear a Manutenção: estabelecer prioridades para a manutenção com base na probabilidade e no impacto das falhas identificadas.

Apoiar a Tomada de Decisões: fornecer uma base quantitativa para decisões relacionadas à segurança e confiabilidade dos sistemas.