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Análise de Árvore de Falhas (AAF) – Fault Tree Analysis (FTA)

re Tree Analysis – FTA) foi desenvolvida por H. A. Watson, nos anos 1960, para os Laboratórios Bell Telephone, no âmbito do projeto do míssil Minu- teman, sendo posteriormente aperfeiçoada e uti- lizada em outros projetos aeronáuticos da Boeing.

A AAF é um método excelente para o estu- do dos fatores que poderiam causar um evento indesejável (falha) e encontra sua melhor aplica- ção no estudo de situações complexas.

A Análise de Árvores de Falhas é uma téc- nica dedutiva que tem por objetivo identificar as

causas potenciais de acidentes e de falhas (even- tos indesejáveis – topo) num determinado siste- ma, a partir da combinação lógica das falhas dos diversos componentes do sistema, além de per- mitir a estimativa da probabilidade ou frequência de ocorrência de uma determinada falha ou aci- dente (obtenção da probabilidade de ocorrência do evento indesejado).

Portanto, é um método que possibilita uma

Análise Quantitativa e Qualitativa.

A AAF consiste na construção de um pro- cesso lógico dedutivo que, partindo de um even- to indesejado predefinido (hipótese acidental), busca as suas possíveis causas. O processo segue investigando as sucessivas falhas dos componen- tes até atingir as chamadas falhas (causas) bási- cas, que não podem ser desenvolvidas, e para as quais existem dados quantitativos disponíveis. O evento indesejado é comumente chamado de “Evento-Topo”.

A construção do processo lógico dedutivo é efetuada com o auxílio da Álgebra Booleana.

Para a construção da árvore de falhas, a partir de um determinado “evento-topo”, três perguntas são consideradas fundamentais para a identificação dos eventos intermediários e bási- cos e de suas relações lógicas; são elas:

ƒ

ƒ Que falhas podem ocorrer? ƒ

ƒ Como essas falhas podem ocorrer? ƒ

ƒ Quais são as causas dessas falhas? Dicionário

Dicionário

Álgebra Booleana: ramo da matemática que des- creve o comportamento de funções lineares ou variáveis binárias: on/off; aberto/fechado; verda- deiro/falso. Todas as árvores de falhas coerentes podem ser convertidas numa série equivalente de equações “booleanas”. Para proceder ao estudo quantitativo da AAF, é necessário conhecer e re- lembrar algumas definições da Álgebra de Boole. A Álgebra Booleana foi desenvolvida pelo mate- mático George Boole para o estudo da lógica.

Pode-se também determinar caminhos crí- ticos, sequências de eventos com maior probabili- dade de levar ao evento indesejado (denominado evento-topo, por situar-se no topo, ou no tronco de uma árvore invertida, cujas bifurcações são as raízes).

Observações: pode ser realizada em dife-

rentes níveis de complexidade. Ótimos resulta- dos podem ser conseguidos apenas com a forma qualitativa de análise. Completa-se excelente- mente com a Análise de Modos de Falhas e Efei- tos (AMFE).

Alguns significados básicos: ƒ

ƒ Evento: desvio, indesejado ou espera-

do, do estado normal de um compo- nente do sistema;

ƒ

ƒ Evento-Topo: evento indesejado ou hi-

pótese acidental. Localizado no topo da árvore de falhas, é desenvolvido até que as falhas mais básicas do sistema sejam identificadas, por meio de relações lógi- cas que estabelecem as relações entre as falhas;

ƒ

ƒ Evento Intermediário: evento que

propaga ou mitiga um evento iniciador (básico) durante a sequência do aciden- te;

ƒ

ƒ Evento Básico: um evento é considera-

do básico, quando nenhum desenvolvi- mento a mais é julgado necessário; ƒ

ƒ Evento Não Desenvolvido: evento

que não pode ser desenvolvido porque não há informações disponíveis.

ƒ

ƒ Porta Lógica (Comporta Lógica): for-

ma de relacionamento lógico entre os eventos de entrada (input-lower) e o evento de saída (output-higher). Esses relacionamentos lógicos são normal- mente representados como portas E (AND) ou OU (OR).

A diagramação lógica da árvore de falhas com bifurcações sucessivas é feita utilizando-se símbolos e comportas lógicas, indicando o rela-

cionamento entre os eventos considerados. As duas unidades básicas ou comportas lógicas en- volvidas são os operadores E e OU, que indicam o relacionamento casual entre eventos dos níveis inferiores que levam ao evento-topo. As combi- nações sequenciais desses eventos formam os di- versos ramos da árvore.

A relação lógica entre os eventos-topo, in- termediários e básicos é representada por símbo- los lógicos, cujos principais são:

Figura 13 – Símbolos lógicos utilizados em uma árvore de falhas.

Fonte: Amorim (2013).

De forma geral, a sequência para o desen- volvimento de uma árvore de falhas contempla as seguintes etapas:

ƒ

ƒ Seleção do evento indesejável ou falha, cuja probabilidade de ocorrência deve ser determinada. Seleção do “Evento-To- po” (na aplicação em estudos de análise de riscos, normalmente o evento-topo é definido a partir de uma hipótese aci- dental, identificada anteriormente, pela aplicação de técnicas específicas, como Análise Preliminar de Perigos, HazOp, Análise de Modos de Falhas e Efeitos e What-If, entre outras;

ƒ

ƒ Revisão dos fatores intervenientes: am- biente, dados do projeto, exigências do sistema etc., determinando as condi-

ções, eventos particulares ou falhas que possam vir a contribuir para ocorrência do evento-topo selecionado;

ƒ

ƒ Construção da árvore de falhas, deter- minando os eventos que contribuem para a ocorrência do evento-topo, esta- belecendo as relações lógicas entre os mesmos;

ƒ

ƒ Montagem, através da diagramação sistemática, dos eventos contribuintes e falhas levantadas na etapa anterior, mostrando o inter-relacionamento en- tre esses eventos e falhas, em relação ao evento-topo. O processo inicia com os eventos que poderiam, diretamente, causar tal fato, formando o primeiro ní- vel – o nível básico.

ƒ

ƒ Seguir esse procedimento para os even- tos intermediários até a identificação dos eventos básicos em cada um dos “ramos” da árvore;

ƒ

ƒ À medida que se retrocede, passo a pas- so, até o evento topo, são adicionadas as combinações de eventos e falhas contribuintes. Desenhada a árvore de falhas, o relacionamento entre os even- tos é feito através das comportas lógi- cas;

ƒ

ƒ Realizar uma avaliação qualitativa da ár- vore elaborada, dando especial atenção para a ocorrência de eventos repetidos; ƒ

ƒ Através de Álgebra Booleana são de- senvolvidas as expressões matemáticas adequadas, que representam as entra- das da árvore de falhas. Cada comporta lógica tem implícita uma operação ma- temática, podendo ser traduzidas, em última análise, por ações de adição ou multiplicação;

ƒ

ƒ Aplicação das probabilidades ou fre- quências nos eventos básicos;

ƒ

ƒ Cálculo das frequências dos eventos intermediários, de acordo com as rela- ções lógicas estabelecidas, ou seja, de- terminação da probabilidade de falha de cada componente;

ƒ

ƒ A probabilidade de ocorrência do even- to-topo será investigada pela combina- ção das probabilidades de ocorrência dos eventos que lhe deram origem.

Entre os principais benefícios do uso da AAF, em estudos de análise de riscos pode-se destacar:

ƒ

ƒ Conhecimento detalhado de uma insta- lação ou sistema;

ƒ

ƒ Estimativa da confiabilidade de um de- terminado sistema;

ƒ

ƒ Cálculo da frequência de ocorrência de uma determinada hipótese acidental; ƒ

ƒ Identificação das causas básicas de um evento acidental e das falhas mais pro- váveis que contribuem para a ocorrên- cia de um acidente maior;

ƒ

ƒ Detecção de falhas potenciais, difíceis de ser reconhecidas;

ƒ

ƒ Tomada de decisão quanto ao controle dos riscos associados à ocorrência de um determinado acidente, com base na frequência de ocorrência calculada e nas falhas contribuintes de maior signi- ficância.

Figura 14 – Estrutura de uma árvore de falhas.

Fonte: Campos (2012).

Figura 15 – Exemplo genérico de uma árvore de falhas.

Fonte: Campos (2012).

Exemplo 1

A falha catastrófica de uma luminária é: “Fa- lha da luminária em acender”; logo, esse será o “evento-topo” da árvore de falhas.

Considerando que os componentes desse sistema (luminária) são, de forma simplificada, a lâmpada, o fio, o interruptor e a corrente elétrica, o analista deve procurar identificar cada uma das possíveis causas (falhas) desses componentes, de

para subsidiar a elaboração da árvore de falhas; assim, as possíveis causas (falhas) que podem le- var ao evento-topo (falha da luminária em acen- der) incluem:

Figura 16 – Esquema para elaboração da árvore de falhas para falha de uma luminária.

Fonte: Amorim (2013).

Tomando por base a identificação desses eventos (falhas), vamos estruturar a árvore de fa- lhas para o evento-topo definido, conforme mos- tra a Figura 17.

Figura 17 – Árvore de falhas para falha de uma luminária.

Exemplo 2

Evento indesejado para um congressista que não consegue chegar a tempo à conferência.

Figura 18 – Árvore de falhas para um congressista que não consegue chegar a tempo à conferência.

Fonte: Campos (2012).

Exemplo 3

Evento indesejado para falha em um siste- ma de alarme de fogo domiciliar.

Figura 19 – Árvore de falhas para sistema de alarme de fogo domiciliar.

A Análise da Árvore de Eventos (AAE) é um método lógico-indutivo para identificar as várias e possíveis consequências resultantes de um cer- to evento inicial.

É composta por um diagrama que descreve a sequência de eventos para que ocorra um aci- dente.

Cada ramificação desse diagrama possui apenas duas possibilidades: Sucesso ou Fracasso.

A técnica busca determinar as frequências das consequências decorrentes dos eventos in- desejáveis, utilizando encadeamentos lógicos a cada etapa de atuação do sistema.

Como observado nas técnicas já apresen- tadas e nos exemplos anteriores, nas aplicações de análise de risco, o evento inicial da árvore de eventos é, em geral, a falha de um componente ou subsistema, sendo os eventos subsequentes determinados pelas características do sistema.

Para o traçado da árvore de eventos as se- guintes etapas devem ser seguidas:

a) Definir o evento inicial que pode con- duzir ao acidente;