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CONFIABILIDADE E MANUTENCAO: UM ESTUDO SOBRE A
TECNICA DA FMEA
Renan Lombardo Ferreira Garrido
Projeto de Graduacao apresentado ao
Curso de Engenharia Eletrica da Escola
Politecnica, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos ne-
cessarios a obtencao do tıtulo de Engenheiro.
Orientador: Jorge Nemesio Sousa
Rio de Janeiro
Agosto de 2017
CONFIABILIDADE E MANUTENCAO: UM ESTUDO SOBRE A
TECNICA DA FMEA
Renan Lombardo Ferreira Garrido
PROJETO DE GRADUACAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA ELETRICA DA ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSI-
DADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSARIOS PARA A OBTENCAO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRI-
CISTA.
Examinada por:
Prof. Jorge Nemesio Sousa, M.Sc.
(Orientador)
Prof. Carmen Lucia Tancredo Borges, D.Sc.
Prof. Antonio Carlos Siqueira de Lima, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO DE 2017
ii
Garrido, Renan Lombardo Ferreira
Confiabilidade e Manutenção: Um Estudo Sobre a
Técnica da FMEA/ Renan Lombardo Ferreira Garrido.
– Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2017.
Orientador: Jorge Nemésio de Sousa
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Elétrica, 2017.
1. Confiabilidade 2. Manutenção 3. FMEA 4.
Transformador I. Nemésio de Sousa, Jorge. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica III.
Confiabilidade e Manutenção: Um Estudo Sobre a Técnica
da FMEA
iii
Referencias Bibliográficas: p. 86-87.
XIV, 87 p.: il.; 29,7 cm.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Escola Politecnica - Departamento de Engenharia Eletrica
Centro de Tecnologia, bloco H, sala H-217, Cidade Universitaria
Rio de Janeiro - RJ CEP 21949-900
Este exemplar e de propriedade da Universidade Federal do Rio de Janeiro, que
podera incluı-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar
qualquer forma de arquivamento.
E permitida a mencao, reproducao parcial ou integral e a transmissao entre bibli-
otecas deste trabalho, sem modificacao de seu texto, em qualquer meio que esteja
ou venha a ser fixado, para pesquisa academica, comentarios e citacoes, desde que
sem finalidade comercial e que seja feita a referencia bibliografica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho sao de responsabilidade do(s) autor(es).
iv
Dedico este trabalho ao meu pai
Julio Cesar (in memoriam)
e ao meu avo Vicente.
v
AGRADECIMENTO
Agradeco, primeiramente, aos meus pais Denise e Julio Cesar (in memoriam)
e a minha famılia por todo suporte, incentivo e apoio incondicional dado ao longo
da graduacao.
Em especial, a minha mae e meu avo Vicente que sempre se doaram inteira-
mente ao meu progresso.
Agradeco ao professor Jorge Nemesio por toda atencao e empenho dedicado
a elaboracao deste trabalho e, principalmente, pelo imenso conhecimento comparti-
lhado em todos os momentos.
Agradeco aos meus amigos da graduacao e de fora dela por toda companhia
nos bons e maus momentos, pelas risadas, pelo apoio, enfim, por tudo aquilo que so
os amigos podem nos proporcionar.
Agradeco a Divisao de Engenharia do HUCFF pelo suporte dado a mim para
que eu me dedicasse ao estudo e desenvolvimento deste trabalho.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formacao, o meu
muito obrigado.
vi
Resumo do Projeto Final apresentado ao Departamento de Engenharia Eletrica
como parte dos requisitos necessarios para a obtencao do grau de Engenheiro
Eletricista
CONFIABILIDADE E MANUTENCAO: UM ESTUDO SOBRE A
TECNICA DA FMEA
Renan Lombardo Ferreira Garrido
Agosto/2017
Orientador: Jorge Nemesio Sousa, M. Sc.
Curso: Engenharia Eletrica
As disciplinas de manutencao e confiabilidade tornaram-se estrategicas para a
industria de capital no atual mundo globalizado.
A fim de trazer conhecimentos a nıvel de graduacao, criando material que po-
dera servir de base didatica para disciplinas e trabalhos academicos, este trabalho ira
apresentar os principais e mais relevantes conceitos de manutencao e confiabilidade
tomando como base as mais importantes referencias bibliograficas sobre o tema.
Sera apresentada a tecnica de confiabilidade FMEA (Failure Mode and Effect
Analysis) em seus principais aspectos, onde sua aplicabilidade sera demonstrada
atraves de um exemplo generico aplicado ao caso de um transformador trifasico de
1000 kVA.
Palavras-Chave: manutencao, confiabilidade, FMEA.
vii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial
fulfillment of the requirements for the degree of Electrical Engineer
RELIABILITY AND MAINTENANCE: A STUDY OF THE FMEA
TECHNIQUE
Renan Lombardo Ferreira Garrido
August/2017
Advisor: Jorge Nemesio Sousa, M. Sc.
Course: Electrical Engineering
The disciplines of maintenance and reliability have become strategic for the capital
industry in today’s globalized world.
In order to bring knowledge to the undergraduate level, by creating a material
that can serve as a didactic basis for academic disciplines and works, this paper will
present the main relevant concepts of maintenance and reliability based on the most
important bibliographical references on the subject.
The FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) reliability technique will be
presented in its main aspects, where its applicability will be demonstrated through
a generic example applied to the case of a three-phase 1000 kVA transformer.
Key-Words: maintenance, reliability, FMEA.
viii
SIGLAS E SIMBOLOS
UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro
FMEA - Failure Mode and Effect Analysis
MCC - Manutencao Centrada em Confiabilidade
RPN - Risk Priority Number
S - Severidade
O - Probabilidade de Ocorrencia
MTTF - Mean Time to Failure
MTBF - Mean Time Between Failures
D - Probabilidade de Deteccao
f(x) - Funcao Densidade de Probabilidade
R(t) - Funcao Confiabilidade
F (t) - Probabilidade de Falha
λ(t) - Taxa de Falhas
H(t) - Funcao Falha Acumulada
ix
Sumario
1 Introducao 1
1.1 Apresentacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Estrutura do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Revisao Bibliografica e Base Teorica 4
2.1 A Confiabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 A Historia da Confiabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Conceitos Matematicos e Expressoes Basicas . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Variaveis Aleatorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Funcao Densidade de Probabilidade . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Confiabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.4 Taxa de Falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.5 Classificacao da Taxa de Falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.6 Resumo das Funcoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.7 Relacao Grafica entre as Principais Funcoes . . . . . . . . . . 19
2.3 Exemplo de Aplicacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 A Curva da Banheira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 Falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.1 Tipos de Falha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6 Manutencao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.1 O Conceito de Manutencao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.2 Os Tipos de Manutencao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.7 Manutencao Centrada em Confiabilidade - MCC . . . . . . . . . . . . 43
x
2.7.1 As Geracoes da Manutencao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.7.2 Definicao da MCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.7.3 Implementacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.8 FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.8.1 Alguns Termos e Definicoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.8.2 Tipos de FMEA e suas Vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.9 Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.9.1 O que e um transformador? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.9.2 Partes Construtivas e Acessorios . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3 Metodologia da Pesquisa 60
3.1 Definicao de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2 Classificacao e Tipos de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 Elaboracao da FMEA 66
4.1 Etapas de Organizacao e Preparo da FMEA . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.1 Definir o Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.2 Estabelecer Regras Basicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.3 Descrever o Sistema e Seus Blocos Funcionais . . . . . . . . . 68
4.1.4 Identificar os Modos de Falha e Seus Efeitos . . . . . . . . . . 69
4.1.5 Avaliacao de Criticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.2 Elaboracao da Planilha de FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.1 Cabecalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.2 Definicao do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.3 Listagem dos Modos de Falha e Seus Efeitos . . . . . . . . . . 77
4.2.4 Calculo do RPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.5 Tomada de Acao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.6 A Planilha de FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3 Exemplo de Aplicacao da FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5 Conclusao 84
Bibliografia 86
xi
Lista de Figuras
2.1 Funcoes de probabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 As tres classificacoes das falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Relacoes graficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 A Curva da Banheira [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 Tempo de vida [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Curvas de falha [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Falhas aleatorias [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.8 Substituicao em taxa de falhas decrescente [1] . . . . . . . . . . . . . 40
2.9 Substituicao em taxa de falhas constante [1] . . . . . . . . . . . . . . 40
2.10 Substituicao em taxa de falhas crescente [1] . . . . . . . . . . . . . . 41
2.11 Tempo otimo de substituicoes [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.12 Modo de falha e seu efeito [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.13 Esquema basico de um transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1 Processo de pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
xii
Lista de Tabelas
2.1 Resumo das funcoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Tempo ate falha (unidade de tempo: dias) . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Principais Tipos de Manutencao [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4 Resumo da MCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.5 Tabela de implementacao da MCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6 Vantagens da FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7 Principais partes construtivas e acessorios de um transformador . . . 57
4.1 Tabela de severidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2 Tabela de ocorrencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.3 Tabela de deteccao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.4 Cabecalho da planilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.5 Definicao do sistema na planilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.6 Modos de falha na planilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.7 RPN na planilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.8 Tomada de acao na planilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.9 A planilha de FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10 FMEA de um Transformador - Parte 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.11 FMEA de um Transformador - Parte 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.12 FMEA de um Transformador - Parte 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
xiii
Capıtulo 1
Introducao
1.1 Apresentacao
Com o desenvolvimento da economia de forma globalizada foi possıvel ob-
servar a crescente demanda por servicos e produtos menos custosos, de maior de-
sempenho e mais confiaveis. Servicos que vao desde os mais basicos como os de
secretariado, ate os mais complexos e de maior especificidade, como, por exemplo,
a manutencao das turbinas de um aviao comercial. E, para produtos, desde um
parafuso usado na confeccao de um automovel ate um turbo gerador de uma usina
nuclear.
Isto e, todos os setores da economia estao em busca de sistemas mais efici-
entes, de melhor desempenho e que tenham custos competitivos. Com isso, surgiu
a necessidade de reduzir a probabilidade de falhas, desde as que podem aumentar
os custos de producao, ate aquelas que podem comprometer a integridade fısica dos
usuarios de um produto. Essa necessidade faz com que o estudo e aplicacao dos
conceitos de confiabilidade estejam cada vez mais em voga em todos os ramos da
engenharia e da economia.
1
1.2 Objetivo
O objetivo deste trabalho e trazer conceitos da Engenharia de Confiabilidade,
bem como a aplicacao da tecnica de confiabilidade FMEA - Failure Mode and Effect
Analysis (Analise de Modos e Efeitos de Falha), como estudo de caso e, assim,
formar, a nıvel de graduacao, uma base nos conhecimentos na area que possam ser
aplicados e desenvolvidos no meio profissional por um engenheiro que tenha foco em
manutencao e gestao de ativos em sistemas industriais.
1.3 Motivacao
Este trabalho teve sua motivacao iniciada no momento que comecei meu
estagio obrigatorio numa industria farmaceutica. Fui contratado para atuar como
apoio a manutencao da fabrica trabalhando juntamente do Coordenador de Manu-
tencao e recebendo orientacoes diretas do Gerente de Engenharia da planta.
De uma forma geral, a cultura instaurada no setor de manutencao da empresa
possuıa caracterısticas reativas, ou seja, as acoes de manutencao que mais deman-
davam esforco e tempo da equipe eram acoes corretivas nao programadas, ou seja,
a prevencao de problemas e paradas por falhas nao estava enraizada na cultura da
empresa.
Diante desta situacao, a gerencia viu a necessidade de se dar o ponta pe
inicial para se estabelecer uma cultura preventiva para as atividades de manutencao,
processo que se deu justamente no momento que comecei meu trabalho na empresa.
Durante todo o meu perıodo de estagio, juntamente da alta gerencia, atuei
diretamente na implementacao de ferramentas e tecnicas que objetivavam reduzir o
tempo de indisponibilidade dos equipamentos da fabrica causado por falhas tecnicas
e algumas operacionais.
2
1.4 Estrutura do Trabalho
Este trabalho esta estruturado de forma a apresentar inicialmente o conceito
de confiabilidade e, seguidamente a ele, a conceituacao fundamental da manutencao
para, ao fim, trazer a tecnica FMEA.
Desta forma, no Capıtulo 2 e feita a revisao sobre os aspectos teoricos de
acordo com a base bibliografica utilizada como referencia, sao apresentados os con-
ceitos de confiabilidade, manutencao e manutencao centrada em confiabilidade bem
como outros conceitos fundamentais para compreensao do tema.
O Capıtulo 3 fundamenta e descreve os aspectos metodologicos utilizados no
estudo, classificando a pesquisa de acordo com sua finalidade e metodos.
O Capıtulo 4 e composto pelo desenvolvimento da tecnica da FMEA, onde
serao discutidas suas principais etapas e os conceitos necessarios para sua elaboracao.
Ao fim, sera apresentado um exemplo da FMEA aplicado a um transformador de
1000kVA com a intencao de demonstrar a sua funcionalidade.
Por fim, o Capıtulo 5 traz a conclusao deste trabalho e, seguindamente a ele,
tem-se a lista de referencias bibliograficas utilizadas.
3
Capıtulo 2
Revisao Bibliografica e Base
Teorica
Neste capıtulo sera apresentada a base teorica que compoe a teoria e motiva
o trabalho. Serao apresentados os conceitos de confiabilidade e manutencao, o en-
tendimento do que sao falhas, como ocorrem e seus efeitos. Ao fim do capıtulo, sera
apresentada a tecnica FMEA junto de seus conceitos e necessidades para aplicacao.
2.1 A Confiabilidade
De uma forma geral, a confiabilidade esta associada a boa operacao de um
determinado equipamento ou sistema nos momentos de ausencia de defeitos1 ou
falhas2. Isto e, quando um equipamento ou sistema estiver operando como previsto
em suas especificacoes e atribuicoes, atuar neles de forma que a ocorrencia de defeitos
e falhas possa ser evitada no futuro.
1Defeito: A NBR 5462:1994 [4] define defeito como qualquer desvio de uma caracterıstica deum item em relacao aos seus requisitos.
2Falha: A NBR 5462:1994 [4] define falha como o termino da capacidade de um item desem-penhar a funcao requerida.
4
Para comecarmos a tratar propriamente dos conceitos basicos de confiabili-
dade e necessario, antes, definirmos o que e a confiabilidade.
Segundo o Dicionario Oxford [5], confiabilidade e definida como a qualidade
de ser confiavel ou de executar consistentemente bem uma acao. Para um estudo do
ponto de vista da engenharia, a confiabilidade necessita de uma definicao que seja
tecnica.
Fogliatto (2009) [6], diz que a confiabilidade de um item corresponde a sua
probabilidade de desempenhar o seu proposito especificado, por um determinado
perıodo de tempo e sob condicoes ambientais predeterminadas. Lafraia (2014) [1]
define a confiabilidade como a probabilidade de que um componente, equipamento
ou sistema exercera sua funcao sem falhas, por um perıodo de tempo previsto, sob
condicoes de operacao especificadas.
Para Dhillon (1982) [7], confiabilidade e a probabilidade de um item realizar a
funcao que lhe e atribuıda satisfatoriamente para um determinado perıodo de tempo
quando usado sob condicoes especificadas.
Olhando atraves destas definicoes e mantendo o proposito do trabalho que e
trazer uma abordagem qualitativa do tema confiabilidade, a definicao para confia-
bilidade a ser adotada nesse estudo sera: capacidade de um item executar adequa-
damente sua funcao, por um determinado perıodo de tempo e sob condicoes
operacionais preestabelecidas.
Nessa definicao estao presentes alguns termos-chave que necessitam de uma
explicacao individual e mais detalhada, a fim de se ter uma completa analise do
conceito de confiabilidade apresentado.
Na definicao, o termo item corresponde ao objeto no qual o estudo de confi-
abilidade esta sendo feito. Sua definicao pode variar de acordo com a finalidade do
estudo. Isso significa que, dependendo do caso envolvido, o item pode ser:
5
• Um sistema complexo, composto por um conjunto de componentes. Por exem-
plo, um aviao a jato como um todo.
• Um componente integrante de um sistema. Por exemplo, a helice propulsora
de um navio cargueiro.
• Uma peca especıfica de um determinado componente do sistema. Por exemplo,
um parafuso que prende as pas da helice de um helicoptero.
O item citado na definicao de confiabilidade pode ser tao especıfico quanto
for necessario, indo desde um sistema como um todo, formado por diversos compo-
nentes, ate uma unica peca dentre as milhares que podem formar o sistema.
A expressao ‘sua funcao’ e importante para o entendimento conceitual da
confiabilidade porque, muitas vezes, um determinado item e produzido em dife-
rentes versoes, variando de acordo com a intencao de uso. Quando se estuda a
confiabilidade de um item, e imprescindıvel que este esteja executando sua tarefa de
acordo com seu projeto original de forma a se ter um perfil realıstico do seu nıvel
de confiabilidade.
Por exemplo, uma furadeira pode ser produzida para fins domesticos ou in-
dustriais; ambas tem as mesmas funcoes, mas se diferenciam pela sua confiabilidade,
pois foram projetadas para nıveis de carga diferentes.
Agora, suponha que esta furadeira domestica - projetada para 1.000 h de
uso - esteja sendo aplicada para fins industriais com uma carga muito acima de sua
capacidade e falhe com 100 h de uso.
Analisando rapidamente, verifica-se que a furadeira falhou com apenas 10%
do tempo total de uso, isto e, falhou muito prematuramente. Entretanto, isso nao
quer dizer que a furadeira apresenta baixa confiabilidade devido a falha com apenas
100 h de uso. Na verdade, nao e razoavel avaliar a confiabilidade para este caso
visto que a furadeira foi utilizada fora de suas especificacoes.
6
A confiabilidade e um conceito que esta diretamente associado ao tempo de
atividade de um item. Na definicao, o trecho ‘por um determinado perıodo
de tempo’ traz esse aspecto a discussao. O conceito de unidade de tempo, para a
confiabilidade, varia de acordo com o perfil do item que esta sendo objeto de estudo
e, nem sempre se da de maneira obvia, assumindo diversas formas e parametros.
Por exemplo, o tempo ate a falha de uma lampada eletrica pode ser medido como
o numero total de horas ate a ocorrencia, o numero da soma de horas de atividade
ate ela falhar ou o numero de vezes que a lampada foi acionada. Isto e, podemos
definir o perıodo de tempo em confiabilidade nao apenas como uma temporizacao
dada em horas ou minutos, por exemplo, mas tambem como numero de dias, anos,
meses, ciclos, acionamentos etc., o que for mais conveniente de acordo com o caso
em questao.
Por fim, na definicao de confiabilidade, o trecho ‘condicoes operacionais
preestabelecidas’, que diz respeito as condicoes, de forma geral, nas quais o item
sera operado. Estas podem ser desde condicoes climaticas e ambientais, ate o nıvel
de treinamento de um operador, por exemplo.
E fundamental ser acentuado esse ponto da definicao, porque um item pode
apresentar desempenho diferenciado quando operado com elevada umidade, so-
brecarga, temperaturas fora das especificadas como normais, vibracao excessiva,
condicoes ambientais desfavoraveis como poluicao, excesso de chuva etc.
2.1.1 A Historia da Confiabilidade
Historicamente, os estudos de confiabilidade tiveram inıcio apos o fim da
Primeira Grande Guerra Mundial (1918) onde, com o surgimento da industria ae-
ronautica, foram desenvolvidos os primeiros estudos de analise de confiabilidade.
Naquele contexto, a confiabilidade era medida como o numero de acidentes por hora
de voo.
7
Na decada de 1940, durante a Segunda Grande Guerra Mundial, um grupo de
engenheiros trabalhou, na Alemanha, no desenvolvimento de mısseis V-1. Apos o fim
da guerra, soube-se que todos os prototipos falharam durante os testes, explodindo
durante o voo ou aterrissando antes do alvo. Nesta mesma decada de 1940 iniciou-
se o desenvolvimento de teorias matematicas relacionadas aos problemas que foi
quando se desenvolveu a equacao associada a confiabilidade de um sistema em serie,
que estabelece que essa e dada pelo produto das confiabilidades de suas partes
componentes. Como consequencia direta, os sistemas em serie formados por muitos
componentes tem a tendencia a apresentar baixa confiabilidade e o efeito da melhoria
da confiabilidade dos componentes, individualmente, tende a ser pequeno sobre o
sistema como um todo. Desta forma, surgiram as primeiras tentativas de buscar
melhorias na qualidade associada as manutencoes preventivas atraves de refinamento
nos projetos, melhoria de equipamentos e instrumentos de medicao, e materiais mais
resistentes.
Ao final da decada de 1940, nos Estados Unidos, as forcas armadas comecaram
a desenvolver diversos estudos sobre reparos em equipamentos, custos de manu-
tencao, falhas de equipamentos eletronicos etc. Isso resultou na criacao de um
comite de confiabilidade pelo Departamento de Defesa norte americano. Posterior-
mente, este comite se transformou num grupo permanente chamado Advisory Group
on the Reliability of Electronic Equipment (AGREE).
No inıcio dos anos 1950 surgiu o IEEE Transactions on Reliability e o Proce-
edings of the National Symposium on Reliability and Quality Control, resultado da
preocupacao crescente com a confiabilidade.
Em 1965 o Departamento de Defesa americano emitiu a norma MIL-STD-785
- Reliability Programs for Systems and Equipment Development and Production, a
qual tornou obrigatoria a integracao de um programa de atividades de Engenharia
de Confiabilidade com as atividades de engenharia tradicionais de projeto, desen-
volvimento e producao.
8
Na decada de 1970, a analise de confiabilidade se consolidou em diversas
areas, com destaque para o ramo da engenharia nuclear. Ainda nesta decada, sur-
giram os primeiros programas computacionais com modelos de analise de confiabi-
lidade.
Nos anos 80, os paıses que eram dominantes em tecnologia de ponta im-
plementaram definitivamente as tecnicas da analise de confiabilidade nos diversos
setores da engenharia, partindo do projeto ate a utilizacao de equipamentos.
2.2 Conceitos Matematicos e Expressoes Basicas
Esta secao esta baseada nos trabalhos de Lafraia (2014) [1] e Fogliatto (2009)
[6], e na Norma NBR 5462:1994 [4].
Na Secao 2.1 foi dada a seguinte definicao para confiabilidade: ‘capacidade
de um item executar adequadamente sua funcao, por um determinado perıodo de
tempo e sob condicoes operacionais preestabelecidas.’. Esta definicao traz uma visao
qualitativa ao entendimento do que e confiabilidade, entretanto, e muito comum a
necessidade de se conceituar a confiabilidade olhando por um perfil quantitativo,
isto e, matematicamente.
Desta forma, matematicamente, podemos definir confiabilidade como: pro-
babilidade de um item executar adequadamente sua funcao, por um determinado
perıodo de tempo e sob condicoes operacionais preestabelecidas. Ao confrontar esta
definicao com a primeira definicao de confiabilidade (secao 2.1), a semelhanca e bem
evidente, exceto pela introducao da palavra ‘probabilidade’. Ou seja, para aborda-
gem matematica da confiabilidade, sera feita uma conceituacao probabilıstica.
Reitero que o foco deste trabalho esta direcionado a abordagem qualita-
tiva dos conhecimentos e estudos sobre confiabilidade, suas tecnicas, ferramentas
e aplicacoes. Mas, devido a grande importancia e aplicabilidade dos conceitos ma-
9
tematicos que tambem sustentam a base de um estudo de confiabilidade, e impor-
tante que pelo menos as principais funcoes matematicas sejam apresentadas a fim de
se formar uma base mais completa e solida sobre Confiabilidade. E isto que estara
disposto a seguir nesta secao.
2.2.1 Variaveis Aleatorias
Se o parametro X de um evento probabilıstico que esta sendo medido (por
exemplo, taxa de falha de um componente, intervalo de tempo de reparo etc.) varia
aleatoriamente no tempo e/ou espaco, entao, este parametro X e definido como
uma variavel aleatoria. Uma variavel aleatoria pode ser definida como uma variavel
contınua ou discreta.
Uma variavel aleatoria discreta e aquela que pode assumir somente um numero
discreto de estados ou determinado numero de valores. Uma variavel aleatoria con-
tinua e aquela que pode assumir um numero infinito de valores dentro de um certo
intervalo possıvel.
2.2.1.1 Aplicando-se a Confiabilidade
Para uma analise probabilıstica da confiabilidade e necessario definir, dentre
os parametros que compoem a confiabilidade, qual deles sera utilizado como variavel
aleatoria. Para isto, devemos, previamente, apresentar o conceito de tempo ate falha.
Desta forma:
Tempo ate falha de um item, equipamento etc., e conceituado como o tempo
que se transcorreu desde o momento que o mesmo entrou em operacao ate a ocorrencia
de sua primeira falha. Por convencao, o tempo t = 0 e considerado o instante de
inıcio da operacao.
Sendo assim, pelo tempo estar sujeito a variacoes aleatorias, o tempo ate falha
10
e adotado como a variavel aleatoria no estudo da confiabilidade, sendo representada
por T.
2.2.2 Funcao Densidade de Probabilidade
Se X e uma variavel aleatoria contınua, a Funcao Densidade de Probabilidade
de X e uma funcao f(x), de forma que para dois numeros reais a e b, com a ≤ b,
tem-se que:
P (a < x ≤ b) =
∫ b
a
f(x)dx (2.1)
2.2.2.1 Funcao Distribuicao Acumulada
A Funcao Distribuicao Acumulada e a funcao F (x) de uma variavel aleatoria
X definida para um numero real x da seguinte forma:
F (x) = P (X ≤ x) =
∫ x
−∞f(x)dx (2.2)
Isto e, para um dado valor de x, F (x) e a probabilidade de que o valor
observado de X seja no maximo x.
2.2.2.2 Aplicando-se a Confiabilidade
Como exemplificado na Secao 2.1 para o caso de uma lampada eletrica, o
tempo ate falha pode ser medido como numero de horas ate a falha ou numero de
acionamentos, por exemplo. Pode tambem, de acordo com a dinamica do que esta
sendo estudada, esse tempo ser medido em dias, horas, ciclos, acionamentos etc. Ou
seja, o tempo ate falha nem sempre e medido de forma contınua, podendo assumir
11
valores discretos, como por exemplo, o numero de ciclos ate a falha.
Mesmo ciente do fato de o tempo ate falha poder assumir valores discretos,
para manter os propositos deste trabalho, sera considerada uma variavel aleatoria
T distribuıda continuamente e que apresenta densidade de probabilidade dada por
f(t) e funcao de distribuicao dada por:
F (t) = P (T ≤ t) =
∫ t
0
f(t)dt (2.3)
A funcao F (t) indica, assim, a probabilidade de falha de um equipamento ou
item num perıodo de tempo menor ou igual a t.
A densidade de probabilidade f(t) e definida pela formula 2.4.
f(t) =d
dtF (t) = lim
∆t→0
F (t+ ∆t)− F (t)
∆t
= lim∆t→0
P (t < T ≤ t+ ∆t)
∆t
(2.4)
Para valores pequenos de ∆t, pode ser feita a aproximacao mostrada em 2.5.
P (t < T ≤ t+ ∆t) ≈ f(t).∆t (2.5)
A Figura 2.1 representa graficamente a funcao densidade de probabilidade
f(x) e a funcao distribuicao acumulada F (x) de uma variavel aleatoria contınua.
12
(a) Funcao de probabilidade acumulada (b) Funcao densidade de propabilidade
Figura 2.1: Funcoes de probabilidade
2.2.3 Confiabilidade
Da Secao 2.2, a confiabilidade foi definida como probabilidade de um item
ou sistema cumprir sua funcao com sucesso, por um perıodo de tempo previsto, sob
condicoes de operacao especificadas.
Para os propositos desta secao em especıfico iremos adotar a nomenclatura
Confiabilidade ou Funcao Confiabilidade, cuja representacao matematica a ser ado-
tada e R(t)3.
Supondo um numero n de equipamentos em operacao e sem substituicao,
entao, depois de transcorrido um perıodo de tempo t, o numero de equipamentos
sobreviventes e em falha sao ns(t) e nf (t), respectivamente.
n = ns(t) + nf (t) (2.6)
A confiabilidade de um equipamento e dada como a sua probabilidade acu-
mulada de sucesso, isto e, ausencia de falhas. Desta forma, para um tempo t, a
3A letra R e utilizada em decorrencia da traducao da palavra confiabilidade em ingles, Reliabi-lity.
13
funcao confiabilidade R(t) e:
R(t) =ns(t)
ns(t) + nf (t)=ns(t)
n(2.7)
ou, alternativamente:
R(t) = 1− nf (t)
n(2.8)
Seja F (t) a probabilidade de falha no tempo t, entao:
F (t) =nf (t)
nf (t) + ns(t)=nf (t)
n(2.9)
Tambem escrevendo de forma alternativa:
F (t) = 1− ns(t)
n(2.10)
Desta forma, das equacoes acima, como esperado, visto a complementaridade
das funcoes R(t) e F (t), temos que
F (t) +R(t) = 1 (2.11)
Considerando a variavel aleatoria T definida na Secao 2.2.2.2, a funcao con-
fiabilidade em um tempo t e expressa da seguinte maneira:
R(t) = P (T > t) (2.12)
A funcao de distribuicao de T , F (t), e o complemento de R(t), ou seja,
14
estao relacionadas como na equacao 8, podendo ser rearranjadas da seguinte forma
utilizado a equacao 3:
R(t) = 1− F (t) = 1−∫ t
0
f(t)dt (2.13)
Daı tem-se que:
R(t) =
∫ +∞
t
f(t)dt (2.14)
Assim, a funcao R(t) indica a probabilidade de um equipamento ou item nao
apresentar falhas num perıodo de tempo menor ou igual a t.
2.2.4 Taxa de Falhas
Falha e a perda da funcao ou a incapacidade de um item executar sua funcao
a um nıvel requerido. Taxa de falha ou taxa de falha instantanea λ(t) e a relacao
entre o total de componentes em falha e o numero de componentes remanescentes
no instante de tempo t.
A taxa de falhas ou funcao de risco pode ser interpretada como a quantidade
de risco que esta associada a um determinado item no tempo t. A taxa de falha e
conhecida tambem como taxa de risco.
A taxa de falha pode ser derivada com o uso de conceitos de probabilidade
condicional, conforme descrito a seguir.
Considerar, inicialmente, a probabilidade de falha entre t e t+ ∆t, dada por:
P (t ≤ T < t+ ∆t) =
∫ t+∆t
t
f(t)dt = R(t)−R(t+ ∆t) (2.15)
15
Condicionando no evento ao item estar operando no tempo t, tem-se a se-
guinte expressao:
P (t ≤ T < t+ ∆t|T ≥ t) =P (t ≤ T < t+ ∆t)
P (T ≥ t)=R(t)−R(t+ ∆t)
R(t)(2.16)
Uma taxa de falha media no intervalo (t, t + ∆t) e obtida dividindo-se a
equacao 3.9 por t. Supondo ∆t → 0, obtem-se a taxa de falha instantanea ou,
simplesmente, taxa de falha, dada por:
λ(t) = lim∆t→0
R(t)−R(t+ ∆t)
R(t).∆t= −R
′(t)
R(t)=f(t)
R(t), t ≥ 0 (2.17)
A taxa de falha deve satisfazer as seguintes condicoes:
∫∞
0λ(t)dt = +∞
∀t ≥ 0
λ(t) ≥ 0
(2.18)
2.2.4.1 Funcao de Falha Acumulada
A funcao de confiabilidadeR(t) e a funcao densidade f(t) podem ser derivadas
a partir da funcao de risco, como sera demonstrado a seguir.
Utilizando a equacao 2.17 como ponto inicial, tem-se que:
λ(t) = −R′(t)
R(t)= − d
dtlnR(t) (2.19)
16
Como, por definicao, R(0) = 1, temos que:
∫ t
0
λ(t)dt = − lnR(t) (2.20)
R(t) = exp
(−∫ t
0
λ(t)dt
)(2.21)
A partir da equacao 2.17 e do resultado mostrado na equacao 2.21, e possıvel
que a seguinte relacao seja estabelecida entre a funcao densidade f(t) e a taxa de
falhas:
f(t) = λ(t). exp
(−∫ t
0
λ(t)dt
), t ≥ 0 (2.22)
Integrando-se a funcao de risco sobre um perıodo de tempo, obtem-se a
Funcao de Falha Acumulada, λ(t), que e dada como:
H(t) =
∫ t
0
λ(t)dt, t ≥ 0 (2.23)
A Funcao de Falha Acumulada fornece uma forma alternativa de representar a
taxa de falha, mostrando-se na forma de uma funcao nao-decrescente no tempo. En-
tretanto, de maneira analoga as funcoes de distribuicao F (t), a maioria das funcoes
de falha acumulada se assemelha na forma, independente da distribuicao que modela
os tempos ate falha.
2.2.5 Classificacao da Taxa de Falhas
A unidade de medida da taxa de falhas e, geralmente, dada em termos de
falhas por unidade de tempo. A forma da taxa de falhas λ(t) e um indicativo de
17
como o e o processo de envelhecimento do item.
A taxa de falha tem tres classificacoes basicas, estas sao:
• Taxa de Falha Crescente: onde o risco de falhas do item cresce com o tempo;
• Taxa de Falha Decrescente: onde o risco de falhas do item decresce com o
tempo;
• Taxa de Falha Constante: onde o risco de falha do item e constante ao longo
de um determinado tempo.
Lafraia (2014) [1] em seu texto diz que equipamentos e produtos manufatu-
rados costumam apresentar a taxa de falha λ(t) dada pela ocorrencia sucessiva das
tres classificacoes acima, como mostrado na Figura 2.2.
Figura 2.2: As tres classificacoes das falhas
A curva da Figura 2.2 e muito conhecida em atividades de gestao da manu-
tencao, e chamada de Curva da Banheira. Na secao 2.4, esta curva sera detalhada.
18
2.2.6 Resumo das Funcoes
A Tabela 2.1 apresenta uma resumo das funcoes empregadas nas analises aqui
apresentadas.
Tabela 2.1: Resumo das funcoesf(t) R(t) λ(t) H(t)
f(t) –∞∫t
f(t)dt f(t)∞∫tf(t)dt
− ln
[∞∫t
f(t)dt
]R(t) -dR(t)
dt– -dR(t)
dt1
R(t)-ln[R(t)]
λ(t) λ(t).e[−∫ t0 λ(t)dt] e[−
∫ t0 λ(t)dt] –
∫ t0λ(t)dt
H(t) H ′(t).e−H(t) e−H(t) H(t) –
2.2.7 Relacao Grafica entre as Principais Funcoes
Figura 2.3: Relacoes graficas
19
2.3 Exemplo de Aplicacao
Um determinado fabricante de lampadas eletricas interessado em avaliar as
caracterısticas de confiabilidade de seu produto avaliou uma amostra de 39 unidades
num laboratorio fazendo-as operar de acordo com as condicoes de projeto, isto e,
suas condicoes adequadas de funcionamento.
Na avaliacao, o fabricante testou o numero de dias ate falha das lampadas
eletricas numa condicao de uso contınuo e obteve os seguintes resultados:
Tabela 2.2: Tempo ate falha (unidade de tempo: dias)
20,1 115,3 332,6 750,720,4 116,9 378,6 771,121,5 190,9 417,4 90732,5 191,8 433,1 952,235,3 219,2 522,4 1072,456 234,5 560,4 1168,4
63,6 235,7 57774,1 253,3 581,778,1 254,2 662,682 256,4 668,9
98,7 267,2 702,7
Apos a coleta de dados, o estudo indicou que os tempos ate falha das lampadas
eletricas eram melhor descritos por uma distribuicao exponencial.
A distribuicao exponencial e muito comum em estudos de confiabilidade de
equipamentos eletro-eletronicos. Sua FDP generica e dada por:
f(x) =
αe−αx p/ x ≥ 0
0 p/ x < 0(2.24)
20
Para a confiabilidade, sua FDP adota a notacao:
f(t) = λe−λt (2.25)
Desta forma, de acordo com os dados obtidos dos testes:
f(t) = 0, 0027e−0,0027t
A partir dos dados coletados, vamos ver as informacoes que sao possıveis de
se obter:
Primeiramente, em posse da funcao de densidade de probabilidade f(t), po-
demos determinar a funcao confiabilidade R(t) das lampadas atraves da equacao
2.14.
R(t) =
∫ +∞
t
f(t)dt =
∫ +∞
t
0, 0027e−0,0027tdt = −e−0,0027t∣∣+∞t
= e−0,0027t
Com a funcao confiabilidade determinada e possıvel obter informacoes como,
por exemplo, a probabilidade das lampadas nao falharem nos primeiros 200 dias de
operacao. Da seguinte forma:
Para determinar a probabilidade de sucesso do item para os primeiros 200
dias de operacao, precisamos calcular R(t) para t = 200, assim:
R(200) = e−0,0027.200 = 0, 58
E, complementarmente, pela equacao 2.11, temos que:
21
F (t) = 1−R(t) = 1− 0, 58 = 0, 42
Interpretando esses resultados, tem-se que dentro do perıodo dos primeiros
200 dias de operacao cerca de 58% dos itens funcionarao como o esperado e que 42%
falharao.
Caso este percentual de itens sobreviventes esteja em acordo com o projetado
pelo fabricante, indica que o produto esta funcionando como esperado. Caso esteja
reduzido, indica que os itens estejam com baixo nıvel de confiabilidade, sinalizando
a possıvel existencia de problemas no projeto ou no processo de producao.
A taxa de falhas (funcao de risco) que e um ındice importantıssimo para os
estudos de confiabilidade tambem pode ser determinado, sendo assim:
λ(t) =f(t)
R(t)=
0, 0027e−0,0027t
e−0,0027t= 0, 0027
A taxa de falhas λ(t) apresentou como resultado um valor numerico constante,
ou seja, a taxa de falhas nao varia de acordo com o tempo de operacao. Isso indica
que as falhas ocorrem de forma aleatoria.
Um outro parametro que e muito utilizado nos estudos de confiabilidade e o
MTTF4, que e calculado pela formula 2.26:
MTTF =
∫ +∞
0
R(t)dt (2.26)
Aplicando-se ao problema em questao, tem-se que:
4MTTF: Sigla que significa, em ingles, Mean Time to Failure, ou, em portugues, Tempo MedioPara Falha. O MTTF e principalmente atribuıdo a itens que nao sao passıveis de reparo, ja paraitens reparaveis, atribui-se a sigla MTBF - Mean Time Between Failures.
22
MTTF =
∫ +∞
0
R(t)dt =
∫ +∞
0
e−0,0027tdt = − 1
0, 0027e−0,0027t
∣∣∣∣+∞0
=1
λ
Desta forma, o MTTF, para um item onde os tempos ate falha sao descritos
por uma distribuicao exponencial, e o inverso da taxa de falhas.
Sendo assim, as lampadas deste fabricante possuem o seguinte MTTF:
MTTF =1
λ=
1
0, 0027∼= 370
Isto e, para os itens em questao o tempo medio ate que uma falha ocorra e
de aproximadamente 370 dias de operacao.
Estes sao exemplos de informacoes que podem ser obtidas com o uso das
formulas de confiabilidade apresentadas na secao 2.2 e que sao muito uteis e impor-
tantes num estudo de confiabilidade quantitativo.
23
2.4 A Curva da Banheira
A curva da banheira representa, de uma forma geral, as fases da vida util de
um componente e/ou equipamento. Na figura 2.4 esta a representacao da curva da
banheira.
Figura 2.4: A Curva da Banheira [1]
Como visto na figura 2.4, a curva da banheira e apresentada com tres divisoes
bem demarcadas, que representam os tres perıodos de vida caracterısticos de um
componente: perıodo de mortalidade infantil, perıodo de vida util e perıodo de
desgaste ou fim de vida util.
O perıodo de mortalidade infantil e onde ocorrem as falhas prematuras e
tem perfil decrescente com o tempo, isto e, apresenta, com passar do tempo, di-
minuicao na probabilidade de ocorrencia de falhas. Esta diminuicao ocorre quando
os problemas de projeto, fabricacao, instalacao, operacao e manutencao vao sendo
gradualmente eliminados, muitas vezes por substituicao por melhores componentes,
treinamentos de equipe etc. Alguns exemplos de falhas neste perıodo sao: pro-
cesso de fabricacao deficiente, controle de qualidade ineficiente, falta de qualificacao
na operacao e/ou manutencao, excesso de carga, materiais fora de especificacao,
erro humano.
24
O perıodo de vida util e caracterizado por ter uma taxa de falhas constante,
nao variando a medida que o componente envelhece dentro deste perıodo. Normal-
mente essas falhas sao causadas por eventos aleatorios e muitas vezes imprevisıveis.
Alguns exemplos de causas de falha neste perıodo sao: sobrecargas acidentais, er-
ros de operacao e/ou manutencao, fator de seguranca insuficiente, falhas nao de-
tectaveis pelas tecnicas preditivas e os programas de manutencao preventiva, causas
inexplicaveis e pontuais e ate fenomenos naturais nao previstos.
No perıodo final, de desgaste ou fim de vida util, a medida que o equipamento
esta envelhecendo, ha o contınuo crescimento da taxa de falhas, ou seja, a proba-
bilidade de ocorrencia falhas. Sao causas deste perıodo: desgaste, fadiga, corrosao,
manutencao insuficiente ou deficiente, vida de projeto muito curta.
2.5 Falhas
E comum que se pense que a melhor maneira de otimizar a disponibilidade de
um determinado item ou ate mesmo de uma planta industrial e atraves da adocao de
uma rotina solida de algum tipo de manutencao preventiva, que consiste, geralmente,
na substituicao e recondicionamento de itens e/ou equipamentos em intervalos fixos
e predeterminados.
Na figura 2.5, tem-se uma ilustracao que exemplifica essas rotinas de ma-
nutencao preventiva por substituicao periodica. Considera-se que a maioria dos
equipamentos opera de forma confiavel durante um determinado perıodo de tempo
e, apos este perıodo, tem inıcio um perıodo de desgaste.
Atraves de uma adequada analise estatıstica de falhas e dos dados obtidos,
se e capaz de determinar o tempo de vida dos componentes, de forma que medidas
de prevencao possam ser adotadas a fim de se evitar as possıveis falhas que viriam
a ocorrer devido ao envelhecimento e ao desgaste.
25
Figura 2.5: Tempo de vida [1]
Olhando para os dias atuais, analises estatısticas mostram que a natureza
das falhas tem sofrido consideraveis mudancas de acordo com a evolucao da com-
plexidade dos equipamentos. A figura 2.6 representa algumas curvas de falhas que
podem ser observados em componentes diversos que estao disponıveis atualmente
nos sistemas industriais.
Figura 2.6: Curvas de falha [1]
• Curva de Falha A: a tradicional curva da banheira, descrita na secao 2.4.
• Curva de Falha B: taxa de falhas gradualmente crescente e zona de desgaste
26
bem acentuada.
• Curva de Falha C: taxa de falhas continuamente crescente e sem zona de
desgaste definida.
• Curva de Falha D: baixa taxa de falha no perıodo inicial de atividade, ou seja,
equipamento novo e/ou recem-saıdo da fabrica, com taxa de falha constante
ao longo de toda a sua vida.
• Curva de Falha E: falhas aleatorias ao longo do tempo de vida do equipamento.
• Curva de Falha F: alta taxa de falha no perıodo inicial de atividade e, em
seguida, assume um regime constante de falhas.
Hoje, o pensamento de que a confiabilidade esta diretamente associada ao
tempo de atividade de um dado equipamento caiu por terra, salvo em casos es-
pecıficos e com modos de falha predominantemente dependentes do tempo. Por-
tanto, nao ha uma relacao direta entre a idade do equipamento e a sua confiabilidade
associada. (Lafraia, 2014).
Isto quer dizer que manutencoes programadas podem, na realidade, aumentar
a taxa de falhas de um item pela introducao de falhas prematuras que nao existiam
no sistema. No entanto, isto nao se traduz no abandono das rotinas de manutencao.
Para falhas que nao apresentem maiores consequencias, as manutencoes cor-
retivas podem ser as mais eficazes. Para falhas que tenham consequencias mais
graves, sao necessarios planejamento e gestao para sua prevencao e atenuacao de
seus efeitos. Em outras palavras, um plano de aplicacao de tecnicas preditivas de
manutencao ou de realizacao de manutencao preventiva tradicional.
27
2.5.1 Tipos de Falha
2.5.1.1 Falhas Relacionadas a Idade
Componentes aparentemente iguais podem ter resistencia variavel as cargas,
visto que a resistencia a carga diminui com o tempo de maneira diferente mesmo
para componentes identicos.
Pequenas variacoes no uso podem levar a grandes diferencas na vida de um
equipamento, fazendo com que a previsao das falhas seja extremamente difıcil. Os
graficos das curvas de falha A e B (Figura 2.6) ilustram o comportamento da taxa
de falhas de componentes que apresentam falhas relacionadas a idade.
2.5.1.2 Falhas Aleatorias
Componentes Simples
Contrariamente as falhas relacionadas a idade dos equipamentos, nas falhas
aleatorias, tem-se que:
• A degradacao nem sempre e proporcional a tensao aplicada.
• A tensao nem sempre e aplicada consistentemente.
Observe a figura 2.7:
28
Figura 2.7: Falhas aleatorias [1]
A figura 2.7-A, mostra uma situacao em que a resistencia e constante e a
falha ocorre devido a um subito aumento da tensao aplicada. Por exemplo, uma
placa de vidro caindo de uma altura de aproximadamente 3m, tornando-a totalmente
inutilizavel.
Sobre causas, efeitos e prevencoes dessas falhas, Lafraia (2014) [1] diz o se-
guinte:
“[...] a ‘prevencao’ deste tipo de falha e feita tentando-se limitar
o aumento anormal das tensoes. A instalacao de valvulas de se-
guranca era uma tentativa de prevencao dessa natureza. Muitas
elevacoes de tensao sao causadas por erros humanos de operadores
de equipamentos (por exemplo, partido uma maquina muito rapi-
damente, acidentalmente invertendo a direcao de um mecanismo
de movimento, colocando carga muito rapidamente em um equi-
pamento de processo etc.). Nestes casos de erro humano, para
evitar a elevacao da carga, o melhor metodo de prevencao e o
treinamento. Outras cargas podem ser causadas por fatores ex-
ternos, como relampagos, terremotos, inundacoes etc. Para estas
situacoes, e pratica usual de projetar os componentes para su-
portar estas condicoes extremas. Se isso inviabilizar o projeto,
medidas para reducao dos riscos podem ser indicadas”.
Ja na figura 2.7-B, tem-se que o pico de carga reduz permanentemente a
29
resistencia do item, entretanto, sem lhe causar uma falha. Por exemplo, ao cair
com o carro num buraco na estrada, formou-se uma rachadura na estrutura da roda
dianteira direita diminuindo sua resistencia, mas nao causando perda de sua funcao.
Conforme Lafraia (2014) [1], a reduzida resistencia torna o componente vulneravel
ao outro pico de carga, por qualquer razao.
Observando a figura 2.7-C, a ocorrencia de um pico de carga reduz tempo-
rariamente a resistencia do componente que, logo depois, retorna a sua condicao
inicial de resistencia. Por exemplo, objetos de materiais plasticos que se tornam
mais flexıveis e amolecem com o aumento de temperatura e retomam sua resistencia
quando resfriados.
Por fim, na figura 2.7-D, e mostrado o caso em que o pico de carga faz o
processo de desgaste do item se acelerar, assim, reduzindo o seu tempo de vida.
Para Lafraia (2014) [1]:
“Quando isso ocorre, a relacao causa-efeito pode dificilmente ser
determinada, porque a falha pode ocorrer meses, ou mesmo anos,
apos o pico ter ocorrido. Este caso, geralmente, ocorre quando
parte de equipamentos sao verificados na montagem (por exem-
plo, a montagem de um rolamento com desalinhamento). Para
garantir a confiabilidade, nesses casos, preciso assegurar que a
manutencao ou instalacao sejam executadas de maneira correta,
por pessoas treinadas e capacitadas”.
Nas quatro situacoes expostas, nao e possıvel determinar quando as falhas
irao ocorrer, por este motivo, estas sao denominadas falhas aleatorias. Voltando a
figura 2.6, os graficos C, D, E e F expoe o comportamento da taxa de falhas de itens
que apresentam falhas aleatorias.
30
Componentes Complexos
As situacoes dadas na secao anterior sao aplicaveis para componentes razoa-
velmente simples. Ao se considerar componentes complexos, a situacao se apresenta
ainda mais imprevisıvel.
O aumento da complexidade e realizado na intencao de incrementar o de-
sempenho e/ou a seguranca atraves de: aplicacao de novas tecnologias, melhores
equipamentos de protecao, insercao de redundancias etc. Isto se traduz na seguinte
relacao: melhores desempenho e seguranca sao resultado de maiores custos e com-
plexidade, e se aplica para equipamentos e para a maioria das atividades industriais.
Sobre o aumento da complexidade e suas implicacoes, Lafraia (2014) [1] diz
que:
“Aumento do numero de componentes que podem falhar e,
tambem, do numero de interfaces e conexoes entre componentes.
Isso, por sua vez, aumenta o numero e variedade das possıveis
falhas. Por exemplo, muitas falhas mecanicas estao relacionadas
com soldas e parafusos, enquanto falhas eletricas envolvem co-
nexoes entre componentes. Quanto maior o numero de conexoes,
maior a probabilidade de falha”.
Isto mostra que componentes complexos estao amplamente mais sujeitos a
falhas aleatorias que os componentes simples, portanto, o perıodo de desgaste, geral-
mente, nao se aplica nesses casos. Dessa forma, substituicoes e recondicionamentos
programados, isto e, ter apenas uma rotina manutencao preventiva, a fim de evitar
falhas, podem ter pouca ou nenhuma efetividade.
31
2.6 Manutencao
Historicamente, as atividades de manutencao eram vistas como um ‘mal ne-
cessario’ pelo corpo produtivo do setor industrial (Tavares, 1999). Porem, mais
recentemente, tendo inıcio nos anos 1980, esta postura frente as atividades de ma-
nutencao tem sido alterada, sendo considerada uma funcao estrategica para a cadeia
produtiva nos mais diversos setores da industria.
Essa mudanca no comportamento e visao do setor industrial se deu pela
necessidade de se ter maior preocupacao com a qualidade, produtividade e confi-
abilidade dos sistemas produtivos, enfatizando-se gradativamente mais os assuntos
relacionados a seguranca, envelhecimento dos equipamentos e instalacoes, reducao
de custos, reducao no tempo de parada de equipamentos etc.
Nesta secao, serao abordados conteudos basicos e fundamentais sobre as
praticas de manutencao trazendo a discussao os conceitos de manutencao em si
e seus tipos, corretiva e preventiva.
2.6.1 O Conceito de Manutencao
Segundo Dicionario Aurelio da Lıngua Portuguesa [8], manutencao e definida
como ”as medidas necessarias para a conservacao ou a permanencia de alguma coisa
ou de uma situacao ou cuidados tecnicos indispensaveis ao funcionamento regular e
permanente de motores e maquinas”.
Para a norma NBR 5462:1994 [4], manutencao e definida como a “combinacao
de todas as acoes tecnicas e administrativas, incluindo as de supervisao, destinadas a
manter ou recolocar um item em um estado no qual possa desempenhar uma funcao
requerida”. De acordo com a NBR 5462:1994 [4], a manutencao pode incluir uma
modificacao do item.
32
Segundo Dhillon (1982) [7], apud Raposo (2005) [9], manutencao e o conjunto
de acoes que devem ocorrer a fim de reparar um equipamento que tenha falhado,
para uma condicao operacional satisfatoria.
Para Tavares (1999) [10] manutencao sao todas as acoes necessarias para que
um item seja conservado ou restaurado de modo a poder permanecer de acordo com
uma condicao especificada.
Desta forma, manutencao e o ato ou efeito de manter que, por sua vez, esta
relacionado as acoes que sao necessarias para garantir que um equipamento continue
desempenhando as funcoes para as quais foi projetado. Isto e, a manutencao tem
como objetivo manter a funcao requerida de um item, sendo este, feito atraves de
acoes regulares que busquem este fim.
2.6.1.1 A Visao Distorcida da Manutencao
Como dito na secao 2.6, as atividades de manutencao eram vistas como um
‘mal necessario’ pelo corpo produtivo do setor industrial e esta visao tem sido alte-
rada com o passar dos anos.
Apesar disso, mesmo nas corporacoes modernas, nem sempre a atividade de
manutencao e vista com a devida importancia, apresentando deficiencias no enten-
dimento de seu conceito e utilizacao.
Xenos (2014) [11] escreveu que:
“[...], ainda ha muitas ideias incorretas e formas de pensar ultra-
passadas sobre a essencia das atividades de manutencao e sobre
o seu gerenciamento. [...]. Parece que essas deficiencias de enten-
dimento – que encontramos tambem nos profissionais de manu-
tencao – sao em grande parte responsaveis pelos problemas de re-
lacionamento tao comuns entre os departamentos de manutencao
e de producao e pela forma como as atividades de manutencao
ainda sao vistas em muitas empresas: uma dor de cabeca sem
solucao, um mal necessario”.
33
E comum e constante o uso da expressao ‘em manutencao’ no que se refere
a uma atividade de reparo de um equipamento que apresentou quebra e apresenta
recorrencia em defeitos e/ou falhas. Isso pode evidenciar um nao-entendimento do
conceito das atividades de manutencao. Para Xenos (2014) [11] a nao ser que acoes
concretas estejam sendo tomadas de forma sistematica para evitar os defeitos e
falhas, o reparo dos equipamentos depois que as ocorrencias anormais surgem nao
pode ser entendido como manutencao.
Desta forma, reitera-se o conceito de que as atividades de manutencao estao
associadas exclusivamente a se fazer um equipamento manter as suas condicoes ori-
ginais atraves de acoes sistemicas que visam evitar a recorrencia de defeitos e falhas,
manter a confiabilidade intrınseca do item, nıveis de seguranca etc., assim, por con-
sequencia, esquivando-se do nao atendimento a sua funcao requerida originalmente.
2.6.2 Os Tipos de Manutencao
A manutencao e classificada de diversas formas, sendo as principais as manu-
tencoes corretiva e preventiva. ha tambem o uso de expressao citando as manutencoes
preditiva. As Secoes 2.6.2.1 a 2.6.2.3 estao destinadas a detalhar o conceito destas
classificacoes da manutencao.
2.6.2.1 Manutencao Corretiva
Esse tipo de manutencao caracteriza-se pela sua execucao, que se da apos a
ocorrencia de um defeito ou falha; envolvendo reparos, substituicao de pecas ou de
um equipamento completo, ou ate mesmo a modificacao de projeto e fabricacao.
De acordo com a NBR 5462:1994 [4], manutencao corretiva e aquela “efetuada
apos a ocorrencia de uma pane destinada a recolocar um item em condicoes de
executar uma funcao requerida”.
34
Uma das filosofias da manutencao5 corretiva, de acordo com Nemesio Sousa
(2017) [3], se pauta em “operar ate surgir uma falha que interrompa o equipamento,
ou ocorrer um defeito que provoque a perda, parcial ou total, da sua funcao opera-
cional e que justifique a intervencao”.
Desta forma, a frequencia da manutencao corretiva e determinada atraves da
confiabilidade associada ao equipamento e nao ha possibilidade de ser totalmente
planejada, ocorrendo normalmente de forma imprevista e indesejada.
Adotar a manutencao corretiva como o metodo principal para se manter um
determinado sistema tem seus pros e contras. Do ponto de vista da manutencao, a
corretiva pode ate ser economicamente menos dispendiosa em relacao a prevencao
de falhas nos equipamentos, mas, em compensacao, como nao se pode prever os mo-
mentos de ocorrencia das falhas do sistema, existe a possibilidade de haver paradas
de producao inesperadas, causando, assim, maiores prejuızos.
2.6.2.2 Manutencao Preventiva
Nemesio Sousa (2017) [3], mostra que, dentre os desafios da manutencao
moderna na gestao de equipamento e sistemas, destacam-se: minimizar a sua Indis-
ponibilidade (INDI)6, manter alta a Disponibilidade (DISP)7 e a Confiabilidade
(CONF)8, baixar as Taxas de Falhas Observadas (TXFO)9, aumentar o Tempo
5Filosofia da manutencao: A NBR 5462:1994 [4] define que filosofia da manutencao e umconjunto de princıpios para a organizacao e execucao da manutencao.
6INDI: Probabilidade que um item nao esteja disponıvel para produzir
7DISP: Probabilidade que um item possa estar disponıvel para utilizacao (operavel e confiavel)em um determinado momento ou durante um determinado perıodo de tempo, quando for solicitadode forma aleatoria
8CONF: Probabilidade de um item de desempenhar uma funcao requerida, sob condicoesestabelecidas
9TXFO: Para um perıodo estabelecido de tempo, e o numero de defeitos ou falhas observadas
35
Medio Entre Falhas (TMEF)10, diminuir o Tempo Medio Para Reparo (TMPR)11,
reduzir custos e, para as empresas de energia eletrica, por exemplo, eliminar as
fontes de multas por interrupcao do fornecimento.
A manutencao preventiva tem como objetivo principal a conservacao do es-
tado de operacao e disponibilidade de um equipamento ou sistema, por meio da pre-
vencao da ocorrencia de defeitos ou falhas. Sua atividade esta baseada em tarefas
sistematicas, como inspecoes, reformas, servicos de limpeza, lubrificacao, calibracao
etc. e, principalmente, trocas de pecas. Vale ressaltar que e fundamental a presenca
de tecnicas de deteccao, prevencao e correcao de defeitos e falhas em estagios iniciais
na implementacao de um ecossistema preventivo.
Segundo Nemesio Sousa (2017) [3], “manutencao preventiva e o conjunto das
acoes desenvolvidas sobre um equipamento ou um sistema, com programacao an-
tecipada, dentro de uma periodicidade adequada, atraves de inspecao sistematica,
deteccao e de medidas necessarias para evitar defeitos e falhas, com objetivo de
mante-lo operando, ou em condicoes de operar, dentro das conformidades, isto e,
especificacoes. Pode ser organizada com base no tempo de operacao, tempo ca-
lendario, condicoes fısicas do equipamento, quando estas podem ser monitoradas
etc.”
De acordo com a NBR 5462:1994 [4], manutencao preventiva e aquela que
e “efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com criterios prescritos,
destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradacao do funcionamento de
um item”.
De forma semelhante a manutencao corretiva, a manutencao preventiva tambem
apresenta seus pros e contras. Se comparada a manutencao corretiva, a manutencao
10TMEF: Para um perıodo estabelecido de tempo, e o valor medio do espaco de tempo entrefalhas consecutivas
11TMPR: Para um perıodo estabelecido de tempo, e o valor medio do tempo necessario parareparo do defeito ou falha.
36
preventiva tem custo mais elevado, pois para sua execucao e necessaria a dispo-
nibilidade de pecas de reposicao, reparos de componentes antes de atingirem seu
tempo de vida etc. Em compensacao, a frequencia de falhas diminui, aumentam-
se as disponibilidades e confiabilidade dos equipamentos e reduzem-se as paradas
inesperadas na producao.
Considerando uma visao geral sobre os dois tipos de manutencao ja aborda-
dos, Xenos (2014) [11] diz:
“[...], se considerarmos o custo total, em varias situacoes a ma-
nutencao preventiva acaba sendo mais barata que a manutencao
corretiva, porque se tem domınio das paradas dos equipamentos,
em vez de ficar sujeito as paradas inesperadas por falhas nos equi-
pamentos”.
2.6.2.3 bManutencao Preditiva
Na secao 2.6.2.2 foi mencionado que o custo da manutencao preventiva e,
normalmente, mais elevado em relacao a manutencao corretiva, isso quando se leva
em consideracao apenas o custo da atividade de manutencao em si, visto que pecas e
componentes sao substituıdos e reformados antes de alcancarem seu tempo de vida
util.
Aperfeicoar as tecnicas de deteccao e acompanhamento do desgaste de uma
ou mais pecas (ou componentes), visando determinar o exato momento de intervir
para troca ou reparo. Observar o equipamento para para-lo no momento certo; mi-
nimizar as intervencoes; elaborar planos de troca e reforma de pecas e componentes;
estender os intervalos de manutencao; aumentar a disponibilidade; reduzir custos e
determinar parametros preventivos adequados e pertinentes.
E nesse cenario, que permite prever quando um determinado item estara se
aproximando do fim de sua vida util, que a ‘manutencao preditiva’ tem seu campo
37
de atuacao.
Em outras palavras, a ‘manutencao preditiva’ e um meio de otimizacao da
manutencao preventiva. Devido a este perfil, a expressao ‘tecnicas preditivas de
manutencao’ e a certa a ser utilizada, em detrimento ao termo ‘manutencao predi-
tiva’. Isso se da justamente porque sua vertente de atuacao esta inserida no contexto
da obtencao de parametros adequados para realizar a manutencao preventiva. Pode
ser considerada como uma das atividades necessarias para o estabelecimento de uma
solida gestao da manutencao.
As definicoes de ‘manutencao preditiva’, segundo Mirshawka (1991) [12],
estao associadas a duas ‘filosofias’: manutencao condicional, que sao as ativida-
des de “manutencao preventiva, subordinadas a acontecimentos pre-determinados
revelador do estado de degradacao do material - acompanhamento da especificacao
- filosofia europeia”; e ‘manutencao preditiva’ (previsiva), que e o “tipo de
manutencao condicional que permite reajustar as previsoes de manutencao atraves
da analise da tendencia evolutiva do funcionamento nao adequado detectado no
equipamento e da estimativa do tempo possıvel de continuar a utiliza-lo antes da
falha - filosofia americana”. Essa estimativa ocorre a partir da analise periodica
do estado do equipamento pelas tecnicas preditivas de manutencao.
Portanto a ‘manutencao preditiva’ e efetuada em funcao do estado do material
e reveste-se totalmente de caracterısticas preventiva - intervir no equipamento antes
que a falha ocorra e provoque uma avaria. Pode ser organizada com base no tempo
de operacao, tempo calendario, condicoes fısicas do equipamento etc. As tecnicas
preditivas de manutencao tambem estao associadas a gestao da prevencao de falhas,
isto e, sao atividades que visam entender a falha e buscar solucoes para as suas causas
basicas. Implicam em solucoes de engenharia para correcao de projetos, materiais,
metodos de manutencao e/ou operacao etc.
O uso de tecnicas preditivas de manutencao tem como grande vantagem a
38
possibilidade de se ter o maximo proveito da vida util de componentes, programando-
se a substituicao e reparo somente das pecas comprometidas do equipamento ou
sistema. Por outro lado, para sua aplicacao se faz necessario o acompanhamento
rotineiro de itens, uso de recursos computacionais com instrumentos especıficos e
profissionais especializados, acarretando o aumento nos custos.
A Tabela 2.3 mostra os principais tipos de manutencao.
Tabela 2.3: Principais Tipos de Manutencao [3]
2.6.2.4 Visao Estrategica
Ao se levar em consideracao a distribuicao do tempo para falha dos itens que
estao sob manutencao e o comportamento da taxa de falhas do sistema, a eficacia
e economia das atividades de manutencao podem ser maximizadas, como mostrado
nesse item.
Se o item apresenta como caracterıstica uma taxa de falhas decrescente com
o tempo, ao se fazer uma substituicao, a probabilidade de falha sera aumentada,
conforme pode ser visto na figura 2.8.
39
Figura 2.8: Substituicao em taxa de falhas decrescente [1]
Para uma taxa de falhas constate no tempo, a substituicao nao influenciara a
taxa de falhas, considerando uma substituicao bem executada e com caracterısticas
que se enquadram nas especificacoes necessarias. A figura 2.9 ilustra essa situacao.
Figura 2.9: Substituicao em taxa de falhas constante [1]
Ja, se a taxa de falhas tiver comportamento de crescimento ao longo do
tempo, a substituicao, podera, teoricamente, melhorar a confiabilidade do sistema,
mesmo que executada a qualquer tempo (ver figura 2.10).
40
Figura 2.10: Substituicao em taxa de falhas crescente [1]
Segundo Lafraia (2014) [1] esse processo de otimizacao das substituicoes em
acoes de manutencao preventiva deve ser pautado no conhecimento de parametros
bem definidos, estes sao:
1. Tempo para falha dos principais modos de falha;
2. Efeitos de todos os modos de falha;
3. Custo da falha;
4. Custo da substituicao programada;
5. Efeito da manutencao sobre a confiabilidade;
Para os casos onde os defeitos ou falhas necessitam de ensaios, testes ou
inspecoes para sua deteccao, ha de se considerar ainda:
1. Taxa de propagacao de defeitos capaz de causas a falha;
2. Custo do ensaio, teste ou inspecao.
41
E importante tambem se conhecer a curva de desgaste do equipamento a
fim de se determinar o tempo otimo para as acoes de manutencao, caso contrario
pode haver as implicacoes ilustradas na figura 2.11.
Figura 2.11: Tempo otimo de substituicoes [1]
Utilizando-se do entendimento e da visao estrategica que se pode obter das
figuras 2.8, 2.9 e 2.10 para fazer a analise da figura 2.11, tem-se que, se a manu-
tencao preventiva for executada no intervalo [t1, t′], vai ocorrer o aumento da taxa
de falhas. Pode-se concluir que a acao foi prematura, ou seja, foi executada antes
que houvesse real necessidade de intervencao. Ja para o tempo [t2, t3], a taxa de
falhas ja se encontrava muito elevada, indicando que a manutencao preventiva se
deu tardiamente. Por fim, tem-se o intervalo [t′, t2], que e considerado ideal para a
execucao da manutencao preventiva, uma vez que nao se observa o aumento da taxa
de falhas, e ela ainda nao se encontra com grande elevacao.
Lafraia (2014) [1] diz que este enfoque sistematico para o planejamento da
manutencao - levando-se em conta aspectos de confiabilidade - e denominado Manu-
tencao Centrada em Confiabilidade (MCC). Este tema sera abordado para melhor
detalhamento na secao 2.7.
42
2.7 Manutencao Centrada em Confiabilidade - MCC
Nos ultimos 30 anos, a gestao da manutencao tem sofrido muitas mudancas.
Estas mudancas tem sido causadas pelo grande aumento na variedade de equipa-
mentos, plantas e empreendimentos, com designs mais complexos e que necessitam
da aplicacao de novas tecnicas para seu gerenciamento, bem como mudancas de
pensamento no planejamento, programacao e controle da manutencao.
E nesse cenario de enfrentamento de tantas mudancas no ramo da manu-
tencao que a MCC faz sua atuacao, transformando o relacionamento entre as em-
presas, os equipamentos, os operadores e mantenedores.
Nessa secao sera apresentada a filosofia por de tras da MCC. Inicialmente,
sera feita uma rapida retomada historica sobre o desenvolvimento da manutencao
a fim de tornar clara a sua evolucao e as diferencas entre o passado e o presente.
A seguir, serao discutidos, brevemente, os passos necessarios para a implantacao da
MCC.
2.7.1 As Geracoes da Manutencao
Com o proposito de definir solidamente a Manutencao Centrada em Confia-
bilidade e necessario, antes, saber em qual cenario ela esta inserida a fim de facilitar
a fixacao de seu conceito.
Moubray (1997) [13] diz que:
“Desde a decada de 1930, a evolucao da manutencao pode ser
tracada atraves de tres geracoes. A Manutencao Centrada em
Confiabilidade esta rapidamente se tornando o pilar da Terceira
Geracao, mas essa geracao pode apenas ser enxergada em pers-
pectiva a luz da Primeira e Segunda Geracao”.
43
2.7.1.1 A Primeira Geracao
A primeira geracao corresponde ao perıodo antes da Segunda Guerra Mun-
dial. Naquele tempo, a industria ainda nao era altamente mecanizada, baseava-se
muito na forca de trabalho humana e os tempos de parada nao eram vistos com
grande relevancia. A cultura de prevencao de falhas nao era presente e tambem nao
era a prioridade dos gestores da epoca.
Ao mesmo tempo, a maioria dos equipamentos era muito simples e super-
dimensionado. Essas caracterısticas faziam destes equipamentos confiaveis e faceis
de consertar, (Moubray ,1997). Como resultado dessas caracterısticas, nao havia
a necessidade de se manter uma manutencao sistematica, bastando apenas rotinas
simples de manutencao, limpeza, lubrificacao etc.
2.7.1.2 Segunda Geracao
Com o advento da Segunda Guerra Mundial, a demanda por alimentos e
suprimentos dos mais variados tipos elevou-se dramaticamente ao passo que a dis-
ponibilidade de mao de obra assistiu a uma queda vertiginosa. Este panorama fez a
mecanizacao crescer e, a partir dos anos 1950, maquinas dos mais variados tipos e
finalidades comecaram a despontar no setor industrial, tornando-o dependente delas.
A medida que essa dependencia crescia, a atencao aos tempos de parada de
maquina comecou a entrar em foco, o que conduziu a ideia de que as falhas dos
equipamentos deveriam ser prevenidas. Surge, entao, o conceito de Manutencao
Preventiva.
Com o estabelecimento da manutencao preventiva, os custos comecaram a se
elevar em relacao aos outros custos de operacao, dando luz, entao, ao Planejamento
e Controle de Manutencao (PCM) que, hoje, e parte integrante dos sistemas de
gestao da manutencao.
44
Por fim, a quantidade de capital aplicado em equipamentos e o forte aumento
dos custos fizeram com que a visao da manutencao comecasse a seguir caminhos nos
quais o tempo de vida dos equipamentos pudesse ser maximizado.
2.7.1.3 Terceira Geracao
A partir dos anos 1970 e 1980, a industria se desenvolveu e se transformou
atraves de um impulso ainda maior. Nestas condicoes, para facilitar o entendimento
da Terceira Geracao, vamos separar sua construcao em tres topicos: Novas Expec-
tativas, Novas Investigacoes e Novas Tecnicas, (Moubray, 1997). E nesta geracao
que a Manutencao Centrada em Confiabilidade se situa.
1 Novas Expectativas
Nos dias atuais, o crescimento da mecanizacao e automacao se traduziu na
grande necessidade de a confiabilidade e a disponibilidade de equipamentos e sis-
temas se tornarem um ponto chave nas industrias dos mais variados seguimentos.
A ampla automacao tambem se traduz no fato de que, cada vez mais, as falhas
influenciam negativamente na capacidade de se garantir os padroes de qualidade.
Cada vez mais, as falhas tem tido serias consequencias de seguranca operaci-
onal, humana e ambiental, e isso esta ocorrendo num momento global onde padroes
e normatizacoes tem crescido rapidamente. Isso aumenta ainda mais a dependencia
na seguranca e integridade fısica de equipamentos e sistemas.
A medida que as industrias dependem cada vez mais de equipamentos para
suas atividades, os custos associados a isso tambem aumentam, tanto para adquiri-
los, quanto manter e opera-los. Com isso, e necessario encontrar caminhos para
assegurar o maximo retorno do investimento, fazendo com que estes equipamentos
trabalhem com eficiencia enquanto forem solicitados.
45
2 Novas Investigacoes
A visao primitiva de defeito ou falha, correspondente a Primeira Geracao,
mostra que, a medida que o equipamento envelhece, ele fica mais suscetıvel a fa-
lhar. A consciencia da existencia da fase de mortalidade infantil nos equipamentos,
direcionou a Segunda Geracao a acreditar cegamente no padrao dado na Curva da
Banheira (figura 2.4).
Hoje, o pensamento de que a confiabilidade esta diretamente associada ao
tempo de atividade de um equipamento caiu por terra, salvo em casos especıficos e
com modos de falha predominantemente dependentes do tempo, nao ha uma relacao
direta entre a idade do equipamento e a sua confiabilidade associada.
Sendo assim, norteando a Terceira Geracao, pesquisas e investigacoes reve-
laram que nao apenas tres padroes de falhas existem, como na Curva da Banheira,
mas sim, seis padroes de falha na pratica. Estes padroes (A, B, C, D, E e F) foram
discutidos na secao 2.5.
3 Novas Tecnicas
Com as mudancas e caracterısticas que foram tratadas nos itens 1 e 2, muitas
novas tecnicas e conceitos de manutencao se desenvolveram e se estabeleceram nos
ultimos tempos, e mais ainda estao a caminho e em projecao.
Um dos principais desafios que os gestores de manutencao enfrentam atual-
mente nao se refere apenas a aprender o que as novas tecnicas sao e suas finalidades,
mas saber decidir quais valem a pena ser implementadas e quais ainda nao estao
estabelecidas em seu trabalho.
Ao se fazer a escolha assertiva e possıvel melhorar a performance dos equi-
pamentos e sistemas e, ao mesmo tempo, controlar e reduzir os custos associados a
manutencao. Segundo Moubray (1997) [13], as novas tecnicas incluem:
46
• Ferramentas de apoio a decisao como, por exemplo analise de riscos, analise
de modos e efeitos de falha e sistemas especialistas.
• Novas tecnicas de manutencao que incluam o monitoramento de condicoes.
• Projeto de equipamentos com foco ainda maior em confiabilidade e disponibi-
lidade.
• Mudancas organizacionais que fomentem a participacao da equipe, sua flexi-
bilizacao e o trabalho em conjunto.
A tabela 2.4 traz um resumo do que foi discutido em 1 a 3, a fim de tornar mais
clara a compreensao e comparacao das diferencas entre as geracoes e as perspectivas
atuais das atividades de manutencao.
47
Tabela 2.4: Resumo da MCC
A tabela 2.4 facilita principalmente a compreensao da Terceira Geracao com
relacao as outras. Sendo esse o cenario para a Manutencao Centrada em Confiabi-
lidade, temos, assim, a conjuntura na qual ela se insere.
2.7.2 Definicao da MCC
Para definir a MCC tivemos que, inicialmente, entender o contexto no qual
ela se insere a fim de compreender sua filosofia. Agora, para, definir a MCC, vamos
retomar o conceito de Manutencao que ja foi introduzido.
48
Na secao 2.6 foi trazido o conceito de que a manutencao e o conjunto das
acoes necessarias para que um item seja conservado ou restaurado de modo a poder
permanecer de acordo com uma condicao especificada. Isto e, para garantir que
um equipamento ou sistema continue desempenhando as funcoes para as quais foi
projetado.
Do ponto de vista do usuario isso se traduz na necessidade de a manutencao
fazer com que o equipamento permaneca desempenhando a atividade que o cliente
necessita.
A necessidade do usuario ira depender exatamente de onde e como o equi-
pamento estiver sendo utilizado. Em outras palavras, a manutencao ira depender
exatamente da pretensao que se tem sob o equipamento e a maneira como ele esta
sendo operado.
Isso direciona a seguinte definicao completa para a Manutencao Centrada em
Confiabilidade, segundo Moubray (1997) [13]: processo utilizado para determinar o
que deve ser feito para garantir que um item continue a desempenhar a funcao que
seu usuario requer em seu contexto operacional.
2.7.3 Implementacao
Conforme Moubray (1997) [13] o processo de implementacao da MCC implica
no em sete questoes:
1. Quais as funcoes e padroes de performance esperados do equipamento no seu
contexto operacional atual?
2. De que modo os equipamentos podem falhar em cumprir suas funcoes?
3. O que causa cada falha funcional?
4. O que acontece quando cada falha ocorre?
49
5. De que forma cada falha interessa?
6. O que pode ser feito para prevenir ou impedir cada falha?
7. O que deve ser feito quando uma atividade proativa cabıvel nao pode ser
encontrada?
Cada uma destas perguntas e capaz de render uma ampla dissertacao, com
varios detalhamentos e explicacoes para responde-las e embasa-las, mas, como este
trabalho nao tem como objetivo detalhar o processo de implementacao da MCC,
serao discutidos apenas os pontos das perguntas que se referem as falhas, para isso,
a secao 2.8, sera dedicada as falhas, mais especificamente, trazendo a tecnica da
FMEA12 para a discussao.
Por ora, com o intuito de nao fugir do foco central deste trabalho, sera consi-
derada apenas a tabela proposta por Lafraia (2014) [1] que da uma posicao de forma
basica e objetiva as perguntas anteriores.
Tabela 2.5: Tabela de implementacao da MCC
RequisitosOperacionais
AnaliseFuncional
ElaborarFMEA
Diagrama deDecisoes
Programa deManutencao
- Montar equipede analise
- Identificardados
- Coletar dados- Descrever
sistema
- Identificarelementos
- Definir fronteirase interfaces
- Identificarfuncoes
- Definirfuncoes
- Definir falhasfuncionais
- Definir os modosde falha
- Definir as causasdas falhas
- Definir efeitosdas falhas
- Classificarconsequencia
- Identificar sistemascrıticos
- Aplicar diagramade decisoes
- Identificar tarefasde manutencao
preditiva
- Selecionar tarefasefetivas
- Estabelecerintervalos
- Identificar mudancasde projeto
- Compararcom atividades
existentes- Detalharinstrucoes
- Revisar planos
- Conduzirauditorias
- Conduzir mudancasde projeto
12FMEA: Failure Mode and Effects Analysis - Analise dos Modos de Falha e seus Efeitos -Metodo qualitativo de analise de confiabilidade que envolve o estudo dos modos de panes quepodem existir para cada subitem, e a determinacao dos efeitos de cada modo de pane sobre osoutros subitens e sobre a funcao requerida do item. [3]
50
2.8 FMEA
FMEA, uma sigla que significa Failure Modes and Effect Analysis - Analise
de Modo e Efeito de Falhas, e uma importante e eficaz ferramenta de projetos em
confiabilidade designada para analisar sistemas de engenharia.
A norma brasileira NBR 5462:1994 [4] considera a sigla original FMEA e a
traduz como Analise dos Modos de Falha e seus Efeitos. Esta norma caracteriza
a FMEA como um metodo qualitativo de analise de confiabilidade que envolve o
estudo dos modos de falha e a identificacao dos efeitos que estes podem ter sobre
outros itens e sobre o desempenho da funcao do sistema.
Lafraia (2014) [1] diz que a FMEA e uma tecnica indutiva, estruturada e
logica para identificar e/ou antecipar as causas e efeitos de cada modo de falha de
um sistema.
De forma simplificada, ela pode ser descrita como uma tecnica que busca
identificar todos os possıveis modos de falha e seus efeitos para que sejam analisadas
e tomadas acoes a fim de garantir o nıvel de confiabilidade do sistema.
Antes da apresentacao dos detalhes que compoem a elaboracao da FMEA,
e necessaria a introducao de alguns termos e definicoes que costumam compor sua
execucao.
2.8.1 Alguns Termos e Definicoes
• Causa da Falha: sao os fatores que levam a falha, tais como defeitos de projeto,
problemas na qualidade, defeitos fısicos ou quımicos, ma utilizacao do objeto
etc., sao as razoes primarias para a ocorrencia de falhas.
• Modo de Falha: e a maneira pela qual a falha e percebida. Em outras palavras,
modo de falha e a descricao da maneira pela qual um item pode deixar de
51
executar a sua funcao.
• Efeito da Falha: A consequencia ou conjunto de consequencias que o modo de
falha tem sobre a funcao do item ou sistema.
Em resumo, apesar de as definicoes serem bem simples, muitas discussoes
podem surgir das mesmas. Em virtude disso, e fundamental ter em mente que o
modo de falha e um desvio (problema) que ocorre em nıvel de componente e o seu
efeito ocorrem ao nıvel do sistema. A Figura 2.12 ilustra o que foi dito.
Figura 2.12: Modo de falha e seu efeito [2]
2.8.2 Tipos de FMEA e suas Vantagens
Moubray (1997) [13] divide a tecnica da FMEA em tres tipos principais: de
Projeto, de Sistema e de Processo.
2.8.2.1 FMEA de Projeto
A intencao de implementar a FMEA de Projeto e auxiliar a identificacao e
impedir as falhas dos itens que estejam relacionadas a sua etapa de projeto. Este
perfil de FMEA pode ser executado desde para o projeto de componentes isolados de
um sistema ate para o projeto do sistema como um todo e tem o objetivo de analisar
e ratificar os parametros de um projeto antes que ele seja entregue ao cliente.
52
2.8.2.2 FMEA de Sistema
Semelhante a de Projeto, a FMEA de Sistema tambem e utilizada para ana-
lisar sistemas e subsistemas em sua fase inicial de projeto. O foco esta nos modos
de falha presentes entre as interfaces do sistema, integrando a interacao entre os
sistemas e os elementos do sistema.
2.8.2.3 FMEA de Processo
A FMEA de processo identifica e previne falhas que estao relacionadas dire-
tamente com processos de producao e confeccao de um determinado item. Como
benefıcios da FMEA de processo tem-se a identificacao de potenciais modos de falha
de processo em sistemas e subsistemas, identificacao de pontos importantes do pro-
cesso, deteccao de possıveis encurtamentos no processo produtivo e documentacao
de possıveis mudancas e ajustes que ajudem a estabelecer o processo produtivo.
2.8.2.4 As Vantagens da FMEA
Aplicar a tecnica da FMEA tem inumeros benefıcios, indo desde financeiros
a melhoramentos do ponto de vista da engenharia. Dentre alguns dos principais
benefıcios associados a FMEA, estao: reducao no tempo e custo de projeto, au-
mento da satisfacao do cliente, reducao dos custos de manutencao, ampliacao dos
conhecimentos sobre os sistemas que sao alvos do estudo.
Mais especificamente, cada tipo de FMEA possui as suas particularidades
e, por consequencia, possui tambem as suas proprias ‘vantagens’. A Tabela 2.6,
produzida por Sakurada (2001) [14] com informacoes colhidas na obra de Stamatis
(1995) [2], sintetiza as vantagens dos tres tipos de FMEA.
53
Tabela 2.6: Vantagens da FMEA
Sistema Projeto Processo
Ajuda a selecionar a melhoralternativa de projeto de sistema.
Ajuda a determinar redundancia.
Ajuda na definicao da basepara os procedimentos de
diagnostico em nıvel de sistema.
Aumenta a probabilidade de queos problemas potenciais
sejam considerados.
Identificam as falhas potenciaisdo sistema e sua interacao
com outros sistemas ou subsistemas.
Estabelece uma prioridade deacoes de melhoria de projeto.
Ajuda a selecionar a melhoralternativa de projeto de sistema.
Ajuda a determinar redundancia.
Ajuda na definicao da basepara os procedimentos de
diagnostico em nıvel de sistema.
Aumenta a probabilidade deque os problemas potenciais
sejam considerados.
Identificam as falhas potenciaisdo sistema e sua interacao comoutros sistemas ou subsistemas.
Fornece informacoes paraajudar atraves da verificacao
do projeto do produto e testes
Ajuda a identificar as caracterısticascrıticas ou significativas.
Auxilia na avaliacao dosrequerimentos de projet
e alternativas.
Ajuda a identificar e eliminaros problemas potenciais de seguranca.
Ajuda a identificar, antecipadamenteas falhas,
nas fases de desenvolvimento do produto.
Identifica as deficiencias noprocesso e oferece um plano
de acoes corretivas.
Identifica as caracterısticas crıticase/ou significativas e ajuda o
desenvolvimento dosplanos de controle.
Estabelece uma prioridadede acoes corretivas.
Auxilia na analise dosprocessos de manufatura e
montagem.
2.9 Transformador
Este trabalho tem como objetivo, alem de formar uma base teorica em confi-
abilidade e manutencao, mostrar a elaboracao da FMEA - apresentada na secao 2.8
- como uma ferramenta da confiabilidade.
Para atender a esse objetivo, alem das etapas para elaborar uma FMEA, o
Capıtulo 4 deste trabalho trara um exemplo de FMEA aplicada a um transformador
de distribuicao de energia eletrica.
Tendo isso em vista, nesta secao sera elaborado um quadro para informar
54
sobre as partes construtivas dos transformadores e suas respectivas funcoes.
2.9.1 O que e um transformador?
Um transformador e uma maquina eletrica estatica que converte, atraves da
acao de um campo magnetico, a energia eletrica CA a uma dada frequencia e nıvel de
tensao em energia eletrica CA de mesma frequencia, mas em outro nıvel de tensao.
Ele consiste basicamente em duas ou mais bobinas de fio enroladas em torno
de um nucleo ferromagnetico. Essas bobinas – usualmente - nao estao conectadas
diretamente entre si e se relacionam atraves do fluxo magnetico encapsulado no
interior do nucleo ferromagnetico.
Nos transformadores, um dos enrolamentos e ligado a uma fonte de energia
eletrica CA e o segundo (e, caso exista, o terceiro) enrolamento e ligado a carga,
fornecendo energia. O enrolamento que esta ligado diretamente a fonte de energia
denomina-se enrolamento primario, ja o ligado a carga, e chamado de secundario;
caso haja um terceiro, terciario.
A Figura 2.13 ilustra um esquema basico de um transformador.
Figura 2.13: Esquema basico de um transformador
55
2.9.2 Partes Construtivas e Acessorios
Sera considerado para este trabalho um transformador generico com as se-
guintes caracterısticas nominais fundamentais:
• Transformador trifasico de distribuicao
• Isolamento a oleo mineral
• Frequencia: 60Hz
• Potencia: 1000kVA
• Relacao de transformacao: 13,8kV/220-127V (∆-Y)
Como a finalidade deste trabalho nao e se aprofundar no detalhamento dos
transformadores, os utilizando apenas como um exemplo de estudo, a Tabela 2.7
apresenta as principais partes construtivas e acessorios de um transformador com
essas caracterısticas e as suas respectivas funcoes para que sirva de apoio na ela-
boracao da FMEA no Capıtulo 4.
56
Tabela 2.7: Principais partes construtivas e acessorios de um transformador
Funcao Caracterıstica
Nucleo
- Confinar o campo magneticoproduzido por um dos enrolamentos
- Proporcionar a inducao decorrente entre os enrolamentos
- Formado por laminas de materialferromagnetico empilhadas
- As laminas tem a finalidade dereduzir os efeitos dascorrentes parasitas
Enrolamentos- Os enrolamentos tem a funcao
basica de conducao de corrente eletrica- Condutores isolados e enrolados
no nucleo do transformador
Isolacao solida- Fornecer isolamento eletrico
entre os condutores
- O uso de papel isolante celulosicoe a principal forma de isolacao
solida em transformadores
Lıquido isolante
- Fornecer isolamento eletricoentre os enrolamentos e a carcaca
- Refrigeracao/Dissipacao termica do calorproduzido pela operacao do transformador
- Proteger a parte interna dacarcaca contra oxidacao
- O principal lıquido isolantee o oleo mineral
Isoladores deporcelana
- Fornecer isolamento entre oscondutores e a carcaca do transformador
- Sao partes componentesdas buchas
Tanque- Armazenar o oleo isolante- Proteger o oleo isolante
contra contaminacao
Radiador- Aumentar a area de dissipacao de
calor para auxiliar no controlede temperatura
- Constituıdo de aletas posicionadasna parte externa do transformador,
por onde o oleo isolante circulaIndicadormagnetico
de nıvel de oleo
- Indicar nıvel de oleo no tanque,conservador e outros compartimentos
do transformador
Buchas
- Interligar os componentes ativosinternos e os sistemas eletricos
externos a um transformador / fornecerum caminho condutivo de uma
extremidade a outra
- Em transformadores de ate 25 kVsao utilizadas buchas do tipo solido
Secador de Ar(Tubo de
Silica-Gel)
- Secar o ar aspirado que fluiao transformador
- Em condicoes normais,possui coloracao azul
- Apos a saturacao, pela absorcaode umidade, adquire coloracao rosada
Rele de GasTipo Buchholz
- Aprisionar os gases- Detectar falhas internas
que causam producao de gases
Alguns itens dessa lista merecem uma descricao um pouco mais detalhada,
estes sao:
• Deposito de sılica-gel: Sılica-gel ou gel de sılica e um material usado para
absorver umidade. E um produto sintetico, produzido pela reacao de silicato
de sodio e acido sulfurico. Assim que misturados, formam um hidrosol, que,
lentamente, se contrai para formar uma estrutura solida de sılica-gel, cha-
mada hidrogel. O gel solido e quebrado e lavado para remover o subproduto
57
da reacao, o sulfato de sodio, e criar sua estrutura porosa.
A seguir, o gel e processado para chegar a diferentes produtos, como a Sılica-gel
dessecante.
A sılica-gel retem a umidade do ar por adsorcao fısica, nao por absorcao. E um
processo fısico, pelo qual as moleculas de agua ficam retidas na superfıcie dos
poros do dessecante, no caso, a sılica-gel. A capacidade de adsorcao de agua
da sılica-gel e de, no maximo, 30% do seu proprio peso, aproximadamente.
A sılica-gel pode ser regenerada quando submetida a temperaturas superiores
a 100oC e inferiores a 200oC, por um perıodo mınimo de 40 minutos. Este
procedimento deve ser realizado sempre com a sılica-gel nao embalada em
saquetas e nunca com o produto dentro das saquetas, pois os materiais utili-
zados nos saches sao normalmente fibras termoplasticas que derreteriam antes
que a sılica-gel fosse totalmente regenerada, podendo ate causar acidentes ou
queimaduras.
Em geral, nos processos de regeneracao, verifica-se uma perda de 10 a 20%
em funcao da fragmentacao dos granulos, o que diminui sua capacidade de
adsorcao.
• Rele de gas Buchholz: Tambem chamado de Rele de Gas ou Rele de
Pressao Subita, no domınio da distribuicao e transporte de energia eletrica,
e um acessorio instalado em transformadores de potencia e reatancias que
possuem oleo como meio dieletrico e de arrefecimento, equipados com uma
reserva superior chamada de ”conservador”. O Rele Buchholz e um disposi-
tivo de protecao propria contra falta de oleo, acumulacao de gases e falhas
dieletricas catastroficas dentro do equipamento.
O rele tem duas formas de deteccao. No caso de uma pequena sobrecarga, o
gas produzido pela decomposicao do oleo acumula no topo do rele e forca o
nıvel superior a cair. Um interruptor de boia no rele e utilizado para ativar um
alarme. Essa opcao tambem funciona mesmo quando o nıvel de oleo estiver
58
baixo, como no caso de uma pequena fuga de oleo.
No caso de um arco eletrico, a acumulacao de gas e subita e o oleo flui rapida-
mente para o conservador. Este fluxo de oleo opera no interruptor conectado a
uma segunda boia localizada no caminho do oleo em movimento. Essa opcao
e utilizada para ativar um disparo ao disjuntor de protecao da unidade antes
que a falha provoque mais danos.
O Rele Buchholz tem uma valvula de purga, que permite recolher o gas acu-
mulado para ensaio. Se o gas e inflamavel no revezamento, e um sinal de
que houve falhas internas, como o sobreaquecimento ou a producao de arco
interno. Se for ar, pode significar que o nıvel do oleo esta baixo, ou que ha
uma pequena perda.
• Indicador de temperatura do oleo: O termometro e utilizado para in-
dicacao da temperatura do oleo. Existem dois tipos: o termometro com haste
rıgida, usado com mais frequencia nos transformadores de meia-forca; e o
termometro com capilar, utilizado em transformadores de meia-forca e forca.
O termometro possui na extremidade um bulbo que e colocado no ponto mais
quente do oleo, logo abaixo da tampa.
O termometro possui, alem do ponteiro de indicacao de temperatura ins-
tantanea, dois ou tres ponteiros controlaveis externamente para ligacao do
sistema de protecao e ventilacao forcada (VF, alarme e desligamento) e um
ponteiro de arraste para indicacao de temperatura maxima do perıodo.
• Indicador magnetico de nıvel de oleo: Os indicadores magneticos de
nıvel tem a finalidade de indicar com precisao o nıvel do lıquido isolante e,
ainda, quando providos de contatos para alarme ou desligamento, servirem
como dispositivos de protecao do transformador.
O indicador magnetico de nıvel possui carcaca em alumınio fundido, sendo que
a indicacao de nıvel e feita por ponteiro acoplado a um ıma permanente de
grande sensibilidade, garantindo sua alta precisao.
59
Capıtulo 3
Metodologia da Pesquisa
Esse capıtulo apresenta as etapas da pesquisa realizada ao longo do desenvol-
vimento deste trabalho, descrevendo os aspectos metodologicos utilizados e classifi-
cando a pesquisa quanto aos fins e aos meios de investigacao. O fluxograma abaixo
apresenta o processo de pesquisa realizado.
Figura 3.1: Processo de pesquisa
60
3.1 Definicao de Pesquisa
Antes de continuar, importante e definir o que se entende por pesquisa. De
forma geral, os dicionarios encontraram pesquisa definida como acao de busca, in-
dagacao e investigacao minuciosa para averiguacao da realidade, com o fim de esta-
belecer fatos ou princıpios relativos a um campo qualquer do conhecimento.
Alem disso, a definicao do verbete ‘pesquisa’ ainda e dada como levantamento,
registro, analise ou coleta dos fatores relacionados com os problemas de prestacao
de servicos.
A pesquisa pode buscar o conhecimento pelo proprio desejo de investigar de-
terminada area por motivacao de ordem intelectual ou ainda a aspiracao de descobrir
uma aplicacao pratica para a solucao de um problema.
3.2 Classificacao e Tipos de Pesquisa
Existem diversas sistematicas dos tipos de pesquisa e muitas sao as formas
de classificar as pesquisas. Dentre estas, destacam-se algumas tradicionais, focando
somente os pontos relacionados com o objetivo de posicionamento metodologico
deste estudo.
Quanto a natureza, as pesquisas podem ser classificadas, em basicas e apli-
cadas; quanto a forma de abordagem, em quantitativa e qualitativa; quanto aos
seus objetivos, em exploratoria, descritiva e explicativa e quanto aos procedimentos
tecnicos, em bibliografica, documental, experimental, levantamento, estudo de caso,
ex post facto, pesquisa acao e participante. Silva e Menezes (2005) [15] explicam
que a pesquisa objetiva e aquela que gera conhecimentos novos, uteis para o avanco
da ciencia sem aplicacao pratica prevista. Envolve verdades e interesses universais;
e a aplicada e a que tem como objetivo gerar conhecimentos dirigidos a aplicacao
61
pratica e solucao de problemas especıficos, envolvendo verdades e interesses locais.
Conforme Gil (1999) [16], do ponto de vista dos seus objetivos a pesquisa
pode ser:
• Exploratoria: visa proporcionar maior familiaridade com o problema com
vistas a torna-lo explıcito. Envolve levantamento bibliografico. Assume, em
geral, as formas de Pesquisas Bibliograficas e Estudos de Caso.
• Descritiva: visa descrever as caracterısticas de determinada populacao ou
fenomeno. Assume, em geral, a forma de Levantamento.
• Explicativa: visa identificar os fatores que determinam ou contribuem para
a ocorrencia dos fenomenos. Aprofunda o conhecimento da realidade porque
explica a razao, ’o porque’ das coisas. Quando realizada nas ciencias sociais
requer o uso do metodo observacional. Assume, em geral, as formas de pesquisa
Experimental e Ex post facto.
Silva e Menezes (2005) [15] afirmam que, do ponto de vista da forma de
abordagem dos problemas, a pesquisa pode ser:
• Quantitativa: significa traduzir em numeros, opinioes e informacoes para
classifica-las e analisa-las. Requer o uso de recursos e de tecnicas estatısticas.
• Qualitativa: ha uma relacao dinamica entre o mundo real e o sujeito nao
traduzido em numeros, o ambiente natural e a fonte direta para coleta de
dados e o pesquisador e o instrumento-chave. A interpretacao dos fenomenos
e a atribuicao de significados sao basicas no processo de pesquisa qualitativa.
E descritiva e nao requer metodos e tecnicas estatısticas. Do ponto de vista
dos procedimentos teoricos (Gil, 1999), pode ser:
62
• Bibliografica: quando elaborada a partir de material ja publicado, cons-
tituıdo principalmente de livros, artigos de periodicos e atualmente com ma-
terial disponibilizado na internet.
• Documental: quando elaborada a partir de materiais que nao receberam
tratamento analıtico.
• Experimental: quando se determina um objeto de estudo, selecionam-se as
variaveis de influencia, definem-se as formas de controle e de observacao dos
efeitos que a variavel produz no objeto.
• Levantamento: quando a pesquisa envolve a interrogacao direta das pessoas
cujo comportamento se deseja conhecer.
• Estudo de Caso: quando envolve o estudo profundo e exaustivo de um ou
poucos objetos de maneira que se permita o seu amplo e detalhado conheci-
mento.
• Ex Post Facto: quando o experimento se realiza depois dos fatos.
• Acao: realizada em estreita associacao com a resolucao de um problema co-
letivo. Os pesquisadores e participantes representativos da situacao ou de
problemas estao envolvidos de modo cooperativo ou participativo.
• Participante: quando se desenvolve a partir da interacao entre pesquisadores
e membros das situacoes investigadas.
Por sua vez, Vergara (2003) [17], apresenta dois criterios basicos para definir
e classificar as pesquisas: quanto aos fins e quanto aos meios. Segundo a autora,
sob esses aspectos os diversos tipos de pesquisa nao sao mutuamente excludentes,
podendo ser, ao mesmo tempo, de tipos e finalidades diversas.
Quanto a sua finalidade, uma pesquisa pode ser:
63
• Exploratoria: aquela que possui uma natureza de sondagem em uma area
com pouco conhecimento acumulado.
• Descritiva: a pesquisa que expoe caracterısticas de determinada populacao ou
fenomeno, nao possuindo compromisso de explicar os fenomenos que descreve.
• Explicativa: tem como objetivo principal tornar um fato ou fenomeno com-
preensıvel, justificando os motivos e esclarecendo quais fatores contribuem para
a sua ocorrencia.
• Metodologica: e aquele que se refere aos instrumentos de captacao ou de
manipulacao da realidade e esta, portanto, associada a caminhos, formas e
maneiras para se atingir um determinado fim.
• Aplicada: a que e motivada pela necessidade de resolver problemas concretos
e existentes no ambiente da pesquisa. A pesquisa aplicada tem, portanto, fina-
lidades praticas, diferentes da pesquisa pura, a qual e basicamente motivada
pela curiosidade e desejo de pesquisar.
• Intervencionista: tem como principal objetivo interpor e interferir na reali-
dade estudada, de forma a modifica-la.
No caso do presente estudo, e com base na taxionomia apresentada por Ver-
gara (2003) [17] apud. Nemesio Sousa (2017) [3] e Gil (1999) [16], quanto a sua
finalidade esta pesquisa e classificada como exploratoria.
Quanto aos meios de investigacao, a pesquisa pode ser:
• de Campo: pesquisa de investigacao empırica, realizada no local onde ocorreu
um fenomeno ou que dispoe de elementos para explica-lo.
• de Laboratorio: e aquela realizada em local circunscrito, normalmente en-
volvendo simulacoes.
64
• Documental: aquela na qual a investigacao e realizada com base no conteudo
dos documentos.
• Bibliografica: e o estudo sistematizado desenvolvido mais fortemente com
base nos materias publicados por outros pesquisadores.
• Experimental: investigacao empırica na qual o pesquisador manipula e con-
trola as variaveis independentes e observa as mudancas nas variaveis depen-
dentes.
• Ex post facto: pesquisa referente a um fato ja ocorrido, o qual o pesquisador
nao pode controlar ou manipular as variaveis.
• Participante: pesquisa que nao se esgota na figura do pesquisador e da qual
tomam parte pessoas implicadas no problema.
• Pesquisa acao: e um tipo especıfico de pesquisa participante que supoe in-
tervencao participativa na realidade social.
• Estudo de caso: e o circunscrito a uma ou poucas unidades, com carater de
profundidade e detalhamento.
Quanto aos meios de investigacao, classifica-se esta pesquisa como bibli-
ografica.
Conforme Vergara (2003) [17], a pesquisa bibliografica e desenvolvida com
base em material acessıvel ao publico em geral, isto e, publicado em livros, revistas,
relatorios tecnicos e mıdia eletronica.
Resumindo, pode-se afirmar que este estudo foi desenvolvido por meio de
pesquisa exploratoria, com metodologia investigativa de carater bibliografico, sendo
seu estudo baseado na literatura pertinente.
65
Capıtulo 4
Elaboracao da FMEA
Neste capıtulo sera contemplado o objetivo final do trabalho, que e discorrer
sobre a tecnica da FMEA. Ele esta dividido basicamente em duas partes: as etapas
necessarias para organizar e preparar a FMEA e a sua elaboracao propriamente dita.
4.1 Etapas de Organizacao e Preparo da FMEA
A FMEA pode ser executada em seis passos principais, segundo Moubray
(1997), estes sao:
1. Definir o sistema
2. Estabelecer regras basicas
3. Descrever o sistema e seus blocos funcionais
4. Identificar os modos de falha e seus efeitos
5. Elaborar lista de itens crıticos
6. Documentar a analise
66
Sendo estes os seis passos basicos para a implementacao da tecnica da FMEA,
eles serao descritos a seguir, nessa mesma secao 4.1.
4.1.1 Definir o Sistema
Essa e a etapa inicial da implementacao da FMEA e consiste em fazer uma
definicao precisa e realista do sistema que sera objeto de estudo da FMEA. E normal
que, para facilitar a definicao do sistema, seja necessario dividi-lo em blocos, grupos
de funcoes e a interface entre eles.
Moubray (1997) diz sobre a etapa inicial da FMEA que:
“Geralmente, neste inıcio do programa, uma boa definicao do sis-
tema nao existe e o seu responsavel deve desenvolver o proprio
metodo de definicao usando documentos como relatorios de es-
tudo, desenhos e planos de desenvolvimento e especificacoes”.
4.1.2 Estabelecer Regras Basicas
As regras basicas sao estabelecidas de acordo com a conducao que a FMEA
esta tendo. Geralmente, desenvolver as regras basicas e quase que um processo
direto a partir do momento que a definicao dada ao sistema e seus requisitos de
operacao estao razoavelmente completos.
A fim de tornar claro que formas essas regras poderiam tomar, tem-se, aqui,
alguns exemplos de regras aplicaveis em uma implementacao de FMEA: limites
operacionais, limites de estresse de equipamentos, limites de seguranca, objetivos
primarios e secundarios da operacao e, principalmente e de enorme importancia,
uma precisa definicao do que seria uma falha do sistema ou de item em analise.
67
4.1.3 Descrever o Sistema e Seus Blocos Funcionais
Para a descricao do sistema e necessario o desmembramento em duas partes:
uma descricao funcional e um diagrama de blocos.
4.1.3.1 Descricao Funcional
Deve ser preparada para cada subsistema e cada item, assim como para todo o
sistema em estudo. Sua finalidade e basicamente fornecer uma narrativa descritiva
do modo de operacao. O nıvel de detalhamento requerido deve variar de acordo
com a especificidade de aplicacao do sistema ou item e sua complexidade inerente.
A descricao funcional tem muita importancia uma vez que e uma grande referencia
para os modos de falha.
4.1.3.2 Diagrama de Blocos
Tem como proposito determinar as relacoes de falha e sucesso de operacao
entre os componentes do sistema. Desta forma, mostra, graficamente, o conjunto
total de componentes que devem ser analisados, assim como as relacoes em serie e de
redundancia entre os componentes. De forma complementar, o diagrama de blocos
deve mostrar todos os inputs e outputs de cada elemento do sistema e do proprio
sistema.
Desenvolver um diagrama de blocos para aplicacao da FMEA e especialmente
util em casos onde o sistema que esta sendo alvo de estudo e composto por mui-
tos processos, do contrario, o diagrama de blocos pode ser dispensado sem onus a
qualidade da FMEA.
68
4.1.4 Identificar os Modos de Falha e Seus Efeitos
Como vimos em 2.8.1, modo de falha e a maneira pela qual a falha e percebida,
em outras palavras, e a descricao da maneira pela qual um item pode deixar de
executar a sua funcao, isto e, um estado de trabalho anormal para o sistema. Os
componentes do sistema devem ser analisados, levando-se em consideracao todos os
seus modos de falha.
Identificar os modos de falha e descobrir as maneiras pelas quais um compo-
nente pode se apresentar com defeito. Uma forma didatica de a equipe responsavel
pela FMEA identificar os modos de falha e atraves da pergunta: como o item pode
deixar de desempenhar a sua funcao?
Identificar os efeitos dos modos de falha no sistema e fundamental na
implementacao da FMEA. E nesta etapa que a FMEA mostra o seu enquadramento
como uma tecnica e ferramenta para a Manutencao Centrada em Confiabilidade.
Uma vez tendo os efeitos dos modos de falha identificados, e possıvel analisar de que
forma estes efeitos podem impedir o sistema de desempenhar sua funcao e, assim,
implementar formas de controle para que o sistema se mantenha desempenhando o
seu papel requerido.
Nesta etapa, e necessario fazer o levantamento e documentacao para cada
item, de todos os modos de falhas consideraveis e seus respectivos efeitos no sistema.
Alem de identificar os modos de falha, e fundamental prioriza-los atraves de
seus efeitos durante a analise do sistema pela tecnica da FMEA. Esta priorizacao
se da atraves de uma parametrizacao dos efeitos e da probabilidade de ocorrencia,
chamada de Avaliacao de Criticidade.
A forma mais pratica e eficaz de documentar os modos de falha para cada
item e por meio de uma tabela que deve ser elaborada e utilizada como uma planilha
que garanta uma cobertura sistematica e completa para cada modo de falha.
69
E imprescindıvel que nesta planilha hajam tres colunas fundamentais: uma
para a identificacao do item; outra que possa ser utilizada para listar os modos de
falhas correspondentes a funcao de cada item; e uma terceira coluna que liste os
efeitos para cada modo de falha.
Esta planilha sugerida tera sua construcao descrita na secao 4.2.
4.1.5 Avaliacao de Criticidade
O objetivo de uma avaliacao de criticidade ao se aplicar tecnica da FMEA
e priorizar os modos de falha que foram elencados tomando como parametros seus
efeitos e probabilidade de ocorrencia.
Nestas condicoes, para fazer essa avaliacao de criticidade da falha de um item,
e aplicada o metodo chamado Risk Priority Number (RPN), traduzindo do ingles,
Numero de Prioridade de Risco. Este metodo e tambem conhecido como Tecnica
RPN.
4.1.5.1 A Tecnica RPN
A Tecnica RPN e utilizada para calcular o Risk Priority Number para cada
falha de forma individual. Este calculo e feito atraves de tres fatores: Severidade,
Probabilidade de Ocorrencia e Probabilidade de Deteccao.
Tratando de forma mais especıfica, o Risk Priority Number e calculado pela
multiplicacao do valor numerico que e atribuıdo a cada um dos tres fatores (S, O e
D). Isto e, matematicamente, o RPN e dado pela seguinte relacao:
RPN = S ×O ×D (4.1)
70
Os fatores S, O e D representam, respectivamente, Severidade, Probabilidade
de Ocorrencia e Probabilidade de Deteccao, estes dois ultimos, sao, costumeira-
mente, chamados apenas de Ocorrencia e Deteccao.
Severidade (S)
No fator Severidade e feita uma avaliacao qualitativa da severidade dos efeitos
correspondentes aos modos de falha listados, onde, para cada efeito de cada modo
de falha listado, deve haver um grau de severidade correspondente.
A severidade e medida por uma escala com amplitude que varia de 1 a 10,
em que o grau 1 representa um efeito pouco severo e o grau 10 indica efeito de
alta severidade. A escala de severidade varia a passos unitarios de acordo com os
criterios expressos pela tabela 4.1 proposta por Lafraia (2014).
Tabela 4.1: Tabela de severidade
Como a escala utilizada para a FMEA utiliza avaliacoes qualitativas, o es-
tudo, os valores atribuıdos e as classificacoes dadas podem variar de acordo com a
necessidade do segmento de aplicacao, assim, tornando a implementacao da FMEA
muito versatil.
71
Ocorrencia (O)
Ocorrencia ou Probabilidade de Ocorrencia (O) se refere a estimativa da
probabilidade de ocorrencia de uma causa de falha e, dela resultar no modo de falha
listado.
Para se avaliar a ocorrencia de falha tambem e utilizada uma escala qualita-
tiva graduada de 1 ate 10, variando a passos unitarios em acordo com criterios bem
definidos e consistente como os dados na tabela 4.2.
Tabela 4.2: Tabela de ocorrencia
Atribuir esses graus para a ocorrencia depende do momento em que se esta
executando a FMEA. Em casos de etapas pre-projeto a analise deve ser baseada
em dados de componentes similares, dados do fabricante e informacoes presentes
em literaturas tecnicas; caso a FMEA esteja sendo executada num sistema que ja
operante, sendo apenas uma ocasiao de revisao de projeto, a analise deve ser baseada
no historico de falhas, historico de manutencao, conhecimento adquirido pela equipe
etc.
Para o caso especıfico da ocorrencia de falhas, podem existir dados quantita-
tivos disponıveis e habeis a serem aplicados, para este caso em especıfico e necessario
fazer uma equivalencia entre esses dados e os valores da escala dada pela Tabela 4.2.
Para isto, a equacao 4.2 parametriza – de forma aproximada - a taxa de falhas de
72
acordo com a escala de 1 a 10 da Tabela 4.2.
O =
(Taxa
0, 000001
)0,2
(4.2)
Ex.: Vamos supor que se deseja aplicar a tecnica da FMEA para um
item que apresenta taxa de falhas na proporcao 20/1000. Desta forma,
para se determinar qualitativamente o fator Ocorrencia (O) a fim de se
calcular o RPN, sera necessario utilizar a formula 4.2. Sendo assim,
O =
(20/1000
0, 000001
)0,2
∼= 7, 25
O valor calculado para a Ocorrencia (O) e de aproximadamente 7,25,
estando compreendido entre os graus 7 e 8 da escala, que, pela Tabela
4.2, indica uma ocorrencia de falhas alta. Portanto, para o calculo do
RPN e seguro fazer a escolha tanto do grau 7 quanto do grau 8.
Deteccao (D)
Deteccao ou Probabilidade de Deteccao (D) e o fator que avalia a probabili-
dade de a falha ser detectada antes de ter efeito no sistema, este fator e atribuıdo
ao se olhar para o conjunto ‘modo de fala + efeito’.
O grau atribuıdo a Deteccao (D), assim como os fatores S e O, segue uma
escala qualitativa que varia de 1 a 10, onde o grau 1 indica uma situacao onde o
modo de falha sera detectado e, o grau 10 indica uma situacao onde o modo de falha
nao sera detectado, seguindo os criterios dados na Tabela 4.3.
73
Tabela 4.3: Tabela de deteccao
4.1.5.2 Consideracoes Sobre A Tecnica RPN
O RPN, calculado pela equacao 4.1, e utilizado para priorizar melhorias de
projeto e acoes corretivas, isto e, falhas com RPN mais elevado devem ser priorizadas
em detrimento das de menor RPN.
Como pode ser visto pela equacao 4.1, o RPN cresce a medida que a severi-
dade, a probabilidade de ocorrencia e a probabilidade de nao deteccao do modo de
falha crescem. Desta forma, desde que cada fator varie na faixa de 1 a 10, o RPN
pode variar entre os valores 1 ate 1000.
A evolucao de crescimento do RPN mostra que este nao obedece a um com-
portamento linear. Sendo assim, e importante notar que o valor medio do RPN, que
corresponde a uma situacao intermediaria de cada um dos fatores S, O e D, e 125 e
nao 500, esse valor corresponde ao produto S ×O ×D = 5× 5× 5 = 125.
Esta particularidade do RPN faz com que modos de falha com RPN compre-
endido no intervalo de valores 125 < RPN ≤ 1000 ja sejam considerados de alta
criticidade e que necessitam de acoes mais severas e prioritarias.
74
4.2 Elaboracao da Planilha de FMEA
Uma vez tendo uma equipe direcionada a execucao da FMEA, disponibilidade
de documentos tecnicos e de suporte, o sistema alvo definido e seu diagrama de blocos
elaborado, a analise da FMEA ja dispoe de elementos suficientes para sua execucao.
A analise de FMEA se da pelo preenchimento da planilha que auxilia a es-
truturar e documentar o processo.
A planilha de FMEA e dividida em campos que contemplam cada uma das
etapas descritas na secao 4.1.3. Quaisquer outros campos a serem inseridos serao
norteados por esses.
Nesta secao sera elaborada uma planilha generica de FMEA de acordo com
as caracterısticas descritas nas etapas da Secao 4.1.3, contemplando, inclusive, a
analise de criticidade.
4.2.1 Cabecalho
O cabecalho da planilha de FMEA e particular a cada empresa que a imple-
mentar. Fundamentalmente, o cabecalho e composto da identificacao da empresa,
seu logotipo, listagem da equipe que participou do preenchimento da planilha, nome
do responsavel pela equipe, espaco para assinatura de aprovacao.
Para registro da planilha, e importante haver lacunas para preenchimento de
data de execucao, data em que foi feita a ultima revisao da planilha e um espaco
para indicacao da pagina.
Informacoes e conteudos adicionais podem ser inseridos de acordo com o perfil
e necessidade da empresa na qual a FMEA esta sendo executada.
Um cabecalho generico que contem esses itens basicos e como o mostrado na
75
Tabela 4.4.
Tabela 4.4: Cabecalho da planilha
4.2.2 Definicao do Sistema
Juntamente ao cabecalho, deve haver um local na planilha dedicado a iden-
tificacao do sistema que sera alvo da FMEA.
Para complementar a definicao do sistema que sera objeto da analise de
FMEA, e importante tambem alocar um espaco na planilha onde possa ser indicada
a localizacao fısica do item a fim de ter uma identificacao mais rica e precisa.
Para finalizar, e com o objetivo de facilitar na futura identificacao dos modos
de falha especıficos das atividades do item, e preciso reservar um campo onde se
possa fazer a descricao funcional que, por sua vez, deve trazer uma narrativa sobre
o modo de operacao, sua funcao, grau de importancia e qualquer outra caracterıstica
que ajude a definir o sistema.
Para o preenchimento dessas informacoes na planilha, um modelo de campos
e dado na Tabela 4.5.
Tabela 4.5: Definicao do sistema na planilha
Subsistema: Localização:
Descrição:
LOGOÚltimaRevisão:
__/__/__Equipe: Responsável: Aprovadopor:
Sistema:
E importante que o preenchimento desses campos seja feito numa linguagem
simples, de facil entendimento e uso comum entre todos os membros da equipe. E
76
valido o uso de jargoes e de outros termos difundidos do meio organizacional do
sistema.
4.2.3 Listagem dos Modos de Falha e Seus Efeitos
Para listar os modos de falha e necessario, antes, separar os itens que compoem
o sistema indicando seu nome e funcao, e a que parte do sistema este item pertence.
Desta forma, o sistema e divido em ‘pedacos’, facilitando a identificacao dos possıveis
modos de falha de acordo com cada item.
De acordo com o descrito na secao 4.1.3.4, para listar os modos de falha, seus
respectivos efeitos e as causas que lhes deram origem, sao necessarios tres campos
na planilha para segrega-los e lista-los individualmente.
Desta forma, a Tabela 4.6 mostra como seria a estrutura desses campos em
uma planilha de FMEA.
Tabela 4.6: Modos de falha na planilha
NomedoItem
FunçãodoItem Subsistema Falha MododeFalha EfeitodaFalha MeiosdeDetecção
1
2
3
Descrição:
IdentificaçãodasPossíveisFalhaseModosdeFalhaIdentificação
Na proposta generica da tabela 4.6 ha, ainda, o campo Meios de Deteccao.
Este campo tem a funcao de fazer com que a equipe liste os meios que ela dispoe para
77
poder identificar a ocorrencia modo de falha. Caso nao existam meios de deteccao
a disposicao, este campo pode ser suprimido.
4.2.4 Calculo do RPN
Seguindo as escalas de analise de criticidade propostas na secao 4.1.5, para
cada item listado na FMEA, juntamente de seu respectivo modo de falha, deve ser
atribuıdo um valor de RPN que e formado atraves dos graus de Severidade (S),
Ocorrencia (O) e Deteccao (D) que lhes sao atribuıdos.
Seguindo essas necessidades, os campos para S, O e D e para o valor resultante
de RPN podem ser colocados na planilha da maneira como mostrada na Tabela 4.7.
Tabela 4.7: RPN na planilha
MeiosdeDetecção S O D RPN
ÍndicesIdentificaçãodasPossíveisFalhaseModosdeFalha
Descrição:
4.2.5 Tomada de Acao
Por fim, no preenchimento da planilha de FMEA e necessaria a colocacao
de um campo dedicado a tomada de acao para cada modo de falha elencado nos
campos anteriores. O campo de tomada de acao e conforme mostrado na Tabela
78
4.8.
Tabela 4.8: Tomada de acao na planilha
RPN
Índices AçõesCorretivas
e/ouPreventivas
Descrição:
4.2.6 A Planilha de FMEA
Unindo-se as Tabelas 4.4 a 4.8, e formada a planilha completa da FMEA,
mostrada na Tabela 4.9.
79
Tabela 4.9: A planilha de FMEA
Nomedo
Item
FunçãodoIte
mSubsistema
Falha
MododeFalha
Efeito
daFalha
MeiosdeDetecção
SO
DRPN
12345
Subsistema:
Localização:
Descrição:
Página__de__.
Data:__/__/__
Últim
aRevisão:
__/__/__
NomedaEmpresa
Equipe:
Responsável:
Aprovadopor:
Sistema:
PlanilhadeFMEA
LOGO
ÍndicesAções
Corre
tivas
e/ou
Preventiv
as
IdentificaçãodasPossíveisFalhaseModosdeFalha
Identificação
80
4.3 Exemplo de Aplicacao da FMEA
Tabela 4.10: FMEA de um Transformador - Parte 1
Nom
e do Item
Função do ItemSubsistem
aFalha
Modo de Falha
Efeito do Modo de Falha
Meios de Detecção
SO
DRPN
Excesso de umidade no
óleo isolanteR
edução das características dielétricas
Ensaios físico-quím
icos7
39
189
Realização periódica de ensaios físicos para
acompanhar o estado de
degradação do óleo
Óleo contam
inadoElevado fator de potência
Ensaio de fator de potência
56
9270
Realização periodica de
ensaio de contaminação do
óleo isolante/ensaio de fator de potenência
Partículas em suspensão
no óleo
Redução das características
dielétricas/partículas suspensas favorecem
a condução elétrica
Ensaios laboratoriais5
37
105R
ealização periódica de exam
es laboratoriais
Dissipar o calor gerado pela
operação do trafoR
efrigeração
Redução da capacidade
de refrigeração/dissipação
de calor
Baixo índice de
viscosidade/fluidez do óleo isolante
Refrigeração insuficiente,
consequente sobreaquecim
ento
Ensaios de viscosidade
35
7105
Ensaios de viscosidade do instalação de term
ômetro
Curto-circuito dos contatos do relé
Os contatos do relé se
fecham no m
omento errado,
indicando o alarme
indevidamente
Não é detectado
82
9144
Verificar o circuito elétrico
nas rotinas de manutenção
Contatos inoperantes
Os contatos do bulbo de
mercúrio não se fecham
, não indicando o alarm
e de falha
Não é detectado
92
9162
Ensaior de funcionalidade nas rotinas de m
anutenção
Curto-circuito dos contatos do relé
Os contatos do relé se
fecham no m
omento errado,
indicando o alarme
indevidamente
Não é detectado
82
9144
Verificar o circuito elétrico
nas rotinas de manutenção
Subsistema: considerando todo o equipam
entoLocalização: Subestação 220V do Sub-solo
Descrição: Transformador de potência destinado a abaixar nível de tensão de 13,8kV para 220V.
Página __ de __.
Data: __/__/__
Últim
a Revisão: __/__/__
Nom
e da Empresa
Equipe: Responsável:
Aprovado por:
Sistema: Transform
ador de Potência 1000kVA
Planilha de FMEA
LOGO
ÍndicesAções Corretivas e/ou
Preventivas
Identificação das Possíveis Falhas e Modos de Falha
Identificação
Não detecta a falha
Detectar falhas internas que
formem
gases
Relé de G
ás Tipo B
uchholz2
Detectar falhas internas que
causam elevação do fluxo de óleo
Não detecta a falha
Monitoração
IsolaçãoR
edução da capacidade de isolam
ento elétricoIsolam
ento entre elementos
condutores
1Ó
leo isolante
81
Tabela 4.11: FMEA de um Transformador - Parte 2
Nom
e do Item
Função do ItemSubsistem
aFalha
Modo de Falha
Efeito do Modo de Falha
Meios de Detecção
SO
DRPN
Contatos inoperantes
Não desligam
ento do transform
ador em caso de
vazamento.
Não é detectado
83
9216
Ensaios de resistenica de isolam
ento dos contatos
Problema no
funcionamento do
indicador
As variações no nível de
óleo não são percebidasN
ão é detectado5
39
135Ensaio de funcionalidade
do indicador com im
ã
Oxidação interna da
buchaA
quecimento local
Não é detectado
63
9162
Inspeção termográfica
Sobrecarga contínuaSobreaquecim
ento e desgaste m
ecânico (redução do tem
po de vida)
Não há controle de carga atualm
ente4
59
180Inspeção term
ográfica
5Tanque
/Conservador
Arm
azenar o óleo isolante e a parte ativa
xIncapacidade de m
anter o arm
azenamento do
óleo isolanteC
orrosão nas paredesV
azamentos
Visualizações
eventuais pelo corpo de m
anutenção8
23
48Inserir inspeções visuais
mais detalhadas nas rotinas
de operação e manutenção
Sobrecarga contínuaSobreaquecim
ento e desgaste m
ecânico (redução do tem
po de vida)
Não há controle de carga atualm
ente9
75
315M
onitoramento da carga e
monitoram
ento termográfico
Curto-circuito entre os
espirasPerda de potência
Redução no nível de
potência transferida pelo trafo
64
372
Realização de teste de
resistência estática do enrolam
ento
Redução do isolam
ento elétrico
Poluição excessiva na supercície
Reduz isolam
ento/favorece ocorrência de arco elétrico
Visualizações
eventuais pelo corpo de m
anutenção5
73
105Inserir inspeções visuais
mais detalhadas nas rotinas
de operação e manutenção
Perda do isolamento
elétricoIsolador com
estrutura danificada (quebrado)
Perda do isolamento/arco
elétrico
Visualizações
eventuais pelo corpo de m
anutenção9
23
54Inserir inspeções visuais
mais detalhadas nas rotinas
de operação e manutenção
Isoladores de porcelana
7Isolação
Fornecer isolamento elétrico para
a carcaça
Alterações na condução
de corrente/características
da corrente
Com
ponentes condutores
Interligar os componentes ativos
internos e os sistemas elétricos
externos a um
transformador/conduzir corrente
elétrica
Buchas
46Enrolam
entosC
onduzir corrente elétrica no nível desejado
Com
ponentes condutores
internos
Alterações na condução
de corrente/características
da corrente
ÍndicesAções Corretivas e/ou
Preventivas
Identificação das Possíveis Falhas e Modos de Falha
Identificação
Indicador M
agnético de N
ível de Óleo
Indicar o nível de líquido no tanque, conservador e outros
compartim
entos do transform
ador.
Monitoração
Indica o nível errado3
82
Tabela 4.12: FMEA de um Transformador - Parte 3
Nom
e do Item
Função do ItemSubsistem
aFalha
Modo de Falha
Efeito do Modo de Falha
Meios de Detecção
SO
DRPN
Oxidação das lâm
inasSobreaquecim
ento no local (redução do tem
po de vida)N
ão é detectado9
29
162
Curto-circuito nas
lâminas do núcleo
Perda de eficiência devido a correntes parasitas
Não é detectado
92
9162
10R
adiadorA
umentar a área de dissipação de
calor para auxiliar no controle de tem
peraturaR
efrigeraçãoA
temperatura não está
sendo controlada com
eficiência
Aletas
obstruídas/válvulas obstruídas
Elevação da temperatura
Inspeção termográfica
51
630
Não necessário
Excesso de umidade
Favorece a ocorrência de arco elétrico
Não há atualm
ente8
48
256Execução de testes de um
idade nas rotinas de m
anutenção
Degradação pelo
envelhecimento do
papel
Favorece a ocorrência de arco elétrico
Não há atualm
ente8
48
256
Medição e o
acompanham
ento do GP
(grau de polimerização) do
papel isolante
Oxidação do papel
Favorece a ocorrência de arco elétrico
Não há atualm
ente8
48
256
Determ
inação das concentrações dos óxidos de
carbono dissolvidos no líquido dielétrico
Não é m
ais capaz de secar o ar
A Silica-G
el adquire coloração rosada
9Secador de ar
(tubo de Silica-G
el)
Secar o ar aspirado que flui ao transform
adorx
A Silica-G
el saturada (já está im
pregnada de um
idade)
Favorece acúmulo de
umidade no interior do transform
ador
Indução abaixo do nível requerido (perda de
eficiencia)
Monitoram
ento de condição através de crom
atografia gasosa e análise de furano
8N
úcleo m
agnético
Indução de corrente entre os term
inais do trafo, confinar o fluxo m
agnético (não favorecendo correntes parasitas,
dispersão de campo)
Com
ponentes m
agnéticos
ÍndicesAções Corretivas e/ou
Preventivas
Identificação das Possíveis Falhas e Modos de Falha
Identificação
11Papel isolante
Isolamento interno de
componentes
IsolaçãoR
edução da capacidade de isolam
ento elétrico
12
Termôm
etro indicador de
temperatura do
óleo isolante
Erro de aferição
Não dispara alarm
e
Aferir/acom
panhar a temperatura
do óleo isolanteR
efrigeração/monitoração
Nível de alarm
e desajustado
Transformador operar em
tem
peratura elevado por longo tem
po/redução do tem
po de vida
Não há atualm
ente7
38
168V
erificar nível de alarme nas
mantenção/se necessário,
ajustá-lo
Executar ensaio de aferição96
43
8N
ão há atualmente
Transformador operar em
tem
peratura elevado por longo tem
po/redução do tem
po de vida
Erro de parametrização
54
120
Recuperação da Silica-G
el
83
Capıtulo 5
Conclusao
Este trabalho apresentou os principais e mais importantes conceitos de ma-
nutencao e confiabilidade. No decorrer do capıtulo 2, Revisao Bibliografica e Base
Teorica, discorreu-se desde o conceito basico da confiabilidade ate as principais
equacoes matematicas que regem os estudos quantitativos de confiabilidade. Di-
recionando, assim, ao tema do qual a confiabilidade se deriva, a manutencao.
Para isso, foram apresentados os principais conceitos que englobam o assunto
manutencao e fazem o link com a teoria da confiabilidade, estes sao: o conceito de
manutencao em si, a manutencao corretiva, preventiva e ‘preditiva’, as falhas e seus
tipos e a Manutencao Centrada em Confiabilidade.
A secao 2.7, ao tratar da MCC, indicou - atraves da tabela 2.5 - a ela-
boracao da FMEA como metodo para identificacao dos modos de falha, seus efeitos
e consequencias. Para aprofundar esse desenvolvimento, o capıtulo 4 tratou especi-
ficamente da FMEA, dissertando sobre sua finalidade e seus benefıcios juntamente
dos conceitos e etapas fundamentais para elaborar, organizar, prepara-la e tambem
um exemplo de FMEA aplicada a um transformador.
Todo o texto produzido, podera servir como referencia basica para futuros
trabalhos academicos, trabalhos de fim de curso e disciplinas de graduacao pois
84
trouxe os conceitos de confiabilidade e manutencao embasados na principal literatura
disponıvel.
Alem disso, este trabalho apresentou a nıvel de graduacao conhecimentos
de manutencao e de confiabilidade que, atualmente, nao estao inseridos na quase
totalidade das disciplinas ofertadas pelo Departamento de Engenharia Eletrica da
UFRJ.
85
Referencias Bibliograficas
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lidade, Qualitymark Editora Ltda, 2001.
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ment Development and Production.
87