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Análise dos Modos de Falha e seus
Efeitos (FMEA)
Professor: Emerson Rigoni, Dr.
rigoni@utfpr.edu.br
www.rigoni.com.br/et54c.htm
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Exercício de fixação:
Entrega 23/04/2018
Equipes – 2 Pessoas
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Metodologia para analisar, de modo lógico e estruturado:
• Os mecanismos da falha
• Identificar as causas raízes da falha • Definir ações corretivas/mitigadoras
Aplicação: • Processos Produtivos • Manutenção • Análise de Risco • Segurança de Processos • Etc...
Root Cause Analysis (RCA)
Análise
das
Causas Raízes das Falhas
Ishikawa Pareto FTA PDCA Brainstorm
RCA
Porquês MASP FMEA FMECA 5W2H Matriz GUT Status Report RBD FRACASFMEA: Failure Mode and Effect Analysis
FMECA: Failure Modes, Effects and Criticality Analysis
FRACAS: Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System FTA: Fault Tree Analysis
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5 5
6 6 Planta: Subestação Sistema: Disjuntor Subsistemas: • Câmaras de Extinção • Capacitores de Equalização • Resistores de Pré-Inserção • Cárter
• Coluna de Isolação / Suporte • Unidade de Acionamento • Unidade de Comando
FMEA/FMECA
Nível da Análise
Estratificação do Sistema
Exemplo
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DJ141
Isolador Contato Fixo DJ142 Contato Móvel DJ143
DJ1 Disjuntor FA4 DJ14 Câmara de Extinção DJ17 Painel de Comando DJ12 Resistor de Pré-Inserção DJ11 Capacitor de Equalização DJ16 Unidade de Acionamento DJ13 Cárter DJ15 Coluna de Isolação DJ1421 Cesto de alumina ativada DJ1422 Suporte do contato fixo DJ1423 Pinças do contato fixo DJ1424 Contato fixo de arco
FMEA/FMECA
Nível da Análise
Nível de Análise
Estratificação do Sistema
Exemplo:
Planta (
Subestação
) → Sistema (
Disjuntor
) → Subsistema (
Câmara de
Extinção
) → Componentes (
Contato Fixo
) → Itens (
...
)
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FMEA/FMECA
Função
Aquilo que se deseja que o equipamento/sistema/subsistema faça dentro de um padrão de desempenho especificado.
Considerações Normatizadas e Bibliográficas:
SAE JA1011/1999 (Pg. 04 item 3.13) e SAE JA1012/2002 (Pg. 06 item 3.13) → Aquilo que o proprietário ou usuário do ativo físico ou sistema deseja que o mesmo faça.
Moubray, 2001 (Pg. 22 item 2.1) → A descrição da função deve consistir de um verbo, um objeto e um padrão desejado de desempenho.
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Função Primária Razão de existência do sistema Objetivo principal do sistema
Função Secundária Acrescenta objetivos ao sistema
Categorias: Integridade Ambiental: Regulamentos, leis, etc... Segurança para os operadores e terceiros
Integridade estrutural: Suportar outros subsistemas Controle: Regulação do desempenho
Contenção Conforto Aparência Proteção
Economia / Eficiência
Funções supérfluas / desnecessárias
Funções Secundárias
E
nvironment (Meio Ambiente)
S
afety (Segurança)
C
ontrol (Controle)
A
ppearance (Aparência)
P
rotection (Proteção)
E
conomy (Economia)
S
uperfluous (Supérfluo)
FMEA/FMECA
Função
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Exemplo:
Câmara de Extinção (Disjuntor SF6) → Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar.
Anel de Vedação “O-Ring” (Disjuntor SF6) → Manter o SF6 dentro dos níveis de pureza especificados pela IEC 60376.
Função Falha Funcional Pr essã o d o S F6
FMEA/FMECA
Função
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FMEA/FMECA
Falha Funcional
Estado que caracteriza a incapacidade de um equipamento/sistema/subsistema executar uma função específica dentro dos padrões desejados de desempenho.
Moubray, 2001 (Pg. 47 item 3.2) → Incapacidade de um ativo cumprir com a sua função com um padrão de desempenho aceitável pelo usuário.
• Categorias de Falha Funcional:
→ Evidente: Detectável pelo operador durante sua atividade normal.
→ Oculta: Não é detectável pelo operador durante sua atividade normal.
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FMEA/FMECA
Falha Funcional
Conceitos Correlatos
• Falha Potencial → Condição identificável e mensurável que indica uma Falha Funcional pendente ou em processo de ocorrência.
• Defeito → Desvio, das características especificadas para um sistema, o qual é detectável e não causa perda total da função requerida.
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Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6 Função:
• Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar Falha Funcional:
• Não consegue conter o SF6 Vazamento
• Faixa de pressão fora do limite aceitável (5,5 a 7 bar)
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FMEA/FMECA
Falha Funcional
Quem define ?
Consenso entre
Usuários (Operadores) e Manutentores
Definição clara do Padrão de Desempenho
Tempo
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FMEA/FMECA
Modo de Falha
Modo, Maneira com que o sistema/componente deixa de executar a sua função ou desobedece às especificações Evento ou fenômeno físico que provoca a transição do estado normal para
o estado anormal SAE JA1011 (item 3.12) e SAE JA1012 (itens 3.12 e 8).
Durante o preenchimento da planilha de FMECA a pergunta que se responde para o modo de falha é “O quê causou a Falha Funcional?” (SAE JA1012, Pg. 14 - Moubray, 2001 Pg. 53).
Normalmente associado a componentes do
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FMEA/FMECA
Modo de Falha
SAE JA1011/1999 (Pg. 06 item 5.3.5) e SAE JA1012/2002 (Pg. 18 item 8.5) Incluir:
Deterioração Erros de Projeto Falha Humana
SAE J1739/2002 (Pg. 31 item 5.2.10) Exemplos de Modo de Falha:
Empenado Torto Quebrado Curto-circuitado Colado Aterrado Gasto Sujo
Deve ser ignorado a existência de redundâncias que possam reduzir suas consequências. Listar todos os modos de falha “razoáveis” Que já aconteceram ou não.
Não combinar modos de falha.
Descrever o modo de falha com um nível de detalhamento suficiente para selecionar uma tarefa de manutenção: Causalidade, Probabilidade, Consequência, Contexto Operacional, etc...
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Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6 Função: Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar.
Falha Funcional: Não consegue conter o SF6 Modo de Falha:
• Trincas na porcelana • Porosidade da porcelana
• Baixa aderência da cimentação entre os flanges e a porcelana • Trincas na cimentação entre os flanges e a porcelana
• Porosidades na cimentação entre os flanges e a porcelana
FMEA/FMECA
Modo de Falha
Exemplo
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FMEA/FMECA
Causas do Modo de Falha
Causas descrevem por que o modo de falha do sistema/componente ocorreu, resultando na falha funcional.
Durante o preenchimento da planilha de FMECA a pergunta que se responde para as causas do modo de falha é “Por que o Modo de Falha ocorreu?”.
Considerações Normatizadas:
SAE J1739/2002 (Pg. 33 item 5.2.14) → É um indicativo de fragilidade de projeto ou de processo que resulta no modo de falha.
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Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6 Função: Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar.
Falha Funcional: Não consegue conter o SF6 Modo de Falha:
• Trincas na porcelana
Causas do Modo de Falha:
• Manuseio inadequado na montagem • Defeito da fabricação
• Torque inadequado nos parafusos do flange
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FMEA/FMECA
Efeito do Modo de Falha
São os resultados para o sistema / subsistemas decorrentes da presença de um modo de falha.
Enquanto o modo de falha ocorre internamente, nos componentes e subsistemas, o efeito ocorre como uma degradação do sistema e seus subsistemas, sendo perceptível externamente.
Durante o preenchimento da planilha de FMECA a pergunta que se responde para o efeito do modo de falha é “O que acontece (item/ativo/sistema) quando um modo de falha se apresenta?”.
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FMEA/FMECA
Efeito do Modo de Falha
Exemplo
Hexafluoreto de Enxofre – SF6 Disjuntor SF6
Função: Isolar os contatos do disjuntor durante a abertura
Falha Funcional: Baixa rigidez dielétrica entre os contatos do disjuntor Modo de Falha: Baixa Pressão do SF6
Efeitos do Modo de Falha: Local:
→ Abertura de arco elétrico entre partes condutoras Sistema:
→ Explosão do disjuntor Planta:
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Subestação de 500 kV em Linha de 150 km localizada em Eldorado próximo de Boulder City, Nevada. Interruptor Seccionador Trifásico de Abertura Central com 2 câmaras de sopro de gás SF6 em série “Gas Puffer"
abrindo Reator de Compensação.
Observar: Arco na câmara não defeituosa.
O arco atingiu 30m de altura em relação a terra com baixa corrente (aproximadamente 100A). Após curto Fase-Fase outro disjuntor da subestação (isolado a Óleo) abriu.
Falha: Perda de pressão do SF6 na câmara da chave.
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RIGONI, Emerson, METODOLOGIA PARA IMPLANTAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE: uma abordagem fundamentada em Sistemas
Baseados em Conhecimento e Lógica Fuzzy. Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina,
como requisito parcial para obtenção do título de Doutor em Engenharia, Florianópolis, 2009.
Matriz de Criticidade ou Matriz de Risco:
medida relativa das consequências de um modo de falha.
FMEA/FMECA
Análise da Criticidade
Aceitabilidade do Risco
Definida pelos Gestores
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O NPR (Número de Prioridade de Risco) pode ser utilizado para comparar a criticidade de diferentes modos de falha e assim priorizar as ações corretivas para os casos mais críticos.
É o produto dos índices de Severidade (S), Ocorrência (O) e Detecção (D):
NPR = Severidade x Ocorrência x Detecção
FMEA/FMECA
Análise da Criticidade
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FMEA
Severidade (S)
Avaliação
SAE J1739 / 2002
Refere-se à gravidade ou o quão severo são os efeitos do modo de falha.
Considerações Normatizadas:
SAE J1739/2002 (Pg. 32 item 5.2.12) → Índice associado ao mais alto grau de seriedade/gravidade dos efeitos do modo de falha.
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FMEA
Ocorrência (O)
Avaliação
SAE J1739 / 2002
Avalia as chances (probabilidade) da falha funcional ocorrer Refere-se à frequência com que havendo a cadeia causal (causas modo de falha) tem-se os efeitos indesejados.
Considerações Normatizadas e Bibliográficas:
SAE J1739/2002 (Pg. 33 item 5.2.15) → Probabilidade de que a causa da falha ocorra em um determinado período de tempo.
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FMEA
Detecção (D)
Probabilidade das características de projeto e/ou os procedimentos de verificação (Controles Atuais) detectarem as causas do modo de falha a tempo de prevenir uma falha funcional.
Controles Atuais: São as medidas preventivas e de detecção que já tenham sido tomadas e/ou são regularmente utilizadas para evitar a ocorrência das causas do modo de falha.
Exemplo: Procedimento de Manutenção, Testes de Comissionamento, etc...
Considerações Normatizadas:
SAE J1739/2002 (Pg. 35 item 5.2.17) → É um índice associado ao melhor mecanismo de detecção disponível na máquina/processo.
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FMEA
Detecção (D)
Avaliação
SAE J1739 / 2002
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30 30
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Exercício
Desenvolvimento da FMEA/FMECA para um Sistema
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