trabalho de analise de falhas

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  • 8/7/2019 TRABALHO DE ANALISE DE FALHAS

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    FUNDAO TECNICA EDUCACIONAL SOUZA MARQUESFACULDADE DE ENGENHARIA SOUZA MARQUES

    CURSO ENGENHARIA MECNICA - TURMA E361M

    ANLISE DE FALHAS

    Rio de Janeiro, 31 de Maro de 2009

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    FUNDAO TECNICA EDUCACIONAL SOUZA MARQUESFACULDADE DE ENGENHARIA SOUZA MARQUES

    CURSO ENGENHARIA MECNICA - TURMA E361M

    ANLISE DE FALHAS

    Aluno:

    Professor:

    Rio de Janeiro, 31 de Maro de 2009.

    i

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    Sumrio

    Pgina

    1 Definio 32 Tipos de Falhas 33 Ensaios Empregados Para Detectar As Falhas 44 Processos De Anlise 55 Estudo De Caso 66 Anexos 77 Bibliografia 8

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    1 - DEFINIO:

    A metodologia de Anlise do Tipo e Efeito de Falha, conhecida como FMEA (doingls Failure Mode and Effect Analysis), uma ferramenta que busca, em princpio, evitar,

    por meio da anlise das falhas potenciais e propostas de aes de melhoria, que ocorramfalhas no projeto do produto ou do processo. Este o objetivo bsico desta tcnica, ou seja,detectar falhas antes que se produza uma pea e/ou produto. Pode-se dizer que, com suautilizao, se est diminuindo as chances do produto ou processo falhar, ou seja, estamosbuscando aumentar sua confiabilidade.

    Esta dimenso da qualidade, a confiabilidade, tem se tornado cada veimportante para os consumidores, pois, a falha de um produto, mesmo que prontamentereparada pelo servio de assistncia tcnica e totalmente coberta por termos de garantia,causa, no mnimo, uma insatisfao ao consumidor ao priv-lo do uso do produto pordeterminado tempo. Alm disso, cada vez mais so lanados produtos em que determinados

    tipos de falhas podem ter conseqncias drsticas para o consumidor, tais como avies eequipamentos hospitalares nos quais o mau funcionamento pode significar at mesmo umrisco de vida ao usurio.

    Apesar de ter sido desenvolvida com um enfoque no projeto de novos produtos eprocessos, a metodologia FMEA, pela sua grande utilidade, passou a ser aplicada de diversasmaneiras. Assim, ela atualmente utilizada para diminuir as falhas de produtos e processosexistentes e para diminuir a probabilidade de falha em processos administrativos. Tem sidoempregada tambm em aplicaes especficas tais como anlises de fontes de risco emengenharia de segurana e na indstria de alimentos.

    A normaQS 9000 especifica o FMEA como um dos documentos necessrios para um

    fornecedor submeter uma pea/produto aprovao da montadora. Este um dos principaismotivos pela divulgao desta tcnica. Deve-se, no entanto implantar o FMEA em umaempresa, visando-se os seus resultados e no simplesmente para atender a uma exigncia damontadora.

    2 TIPOS DE FALHAS:

    Esta metodologia pode ser aplicada tanto no desenvolvimento do projeto do produtocomo do processo. As etapas e a maneira de realizao da anlise so as mesmas, ambasdiferenciando-se somente quanto ao objetivo. Assim as anlises FMEAs so classificadas emdois tipos:

    FMEA DE PRODUTO: na qual so consideradas as falhas que podero ocorrer com oproduto dentro das especificaes do projeto. O objetivo desta anlise evitar falhas noproduto ou nos processos decorrentes do projeto. comumente denominada tambm deFMEA de projeto.

    Ex: Lista de peas, desenhos, resultados de ensaios, FMEAs de produtos similares, FMEAsj realizados para o produto.

    FMEA DE PROCESSO: so consideradas as falhas no planejamento e execuo do processo,

    ou seja, o objetivo desta anlise evitar falhas do processo, tendo como base as noconformidades do produto com as especificaes do projeto.

    Ex: Lista de peas, FMEA de produto da pea, desenhos de fabricao, planos de inspeo,estatsticas de falhas do processo, estudo de capacidade de mquina.

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    http://www.numa.org.br/conhecimentos/conhecimentos_port/pag_conhec/QS9000v2.htmlhttp://www.numa.org.br/conhecimentos/conhecimentos_port/pag_conhec/QS9000v2.htmlhttp://www.numa.org.br/conhecimentos/conhecimentos_port/pag_conhec/QS9000v2.html
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    H ainda um terceiro tipo, menos comum, que o FMEA de procedimentosadministrativos. Nele analisam-se as falhas potenciais de cada etapa do processo com omesmo objetivo que as anlises anteriores, ou seja, diminuir os riscos de falha.

    3 ENSAIOS EMPREGADOS PARA DETECTAR AS FALHAS:

    Ensaios Metalogrficos: Consiste em analisar microconstituntes de materiais metlicos, ou

    seja, um processo de anlise metalogrfico que aponta determinadas caractersticas de um

    material, revelando falhas, ou at mesmo indicando o prprio para determinada aplicao,

    nesses ensaios realizados os testes de Cross Sections e Inspees com o microscpio

    ersa(com capacidade de aumento de 50x) e com o microscpio ptico(capacidade de aumento

    de 1000x ).

    Ensaios Climticos: Analisam o comportamento termodinmico do material diante dos teste

    de Burn-in test e Ciclagem trmica, testes que simula diferentes condies de temperatura

    e umidade observando a reao e a resistncia do material perante esses ambientes;

    Ensaios Fsicos: Aplicando testes como Pull & Push, Drop test , Dye & Pry, Teste de

    soldabilidade, Decapsulamento Quimico, Teste de TG,e Drop testque visam testar as

    propriedades fsicas e qumicas da matria prima, verificando tambm o desempenho do

    componente diante de condies especficas.

    Ensaio de Trao: Neste ensaio uma amostra se deformada, geralmente at sua fratura,

    mediante uma quantidade de trao que cresce gradativamente.

    A maquina de ensaio de trao projetada para alongar o corpo de prova a uma carga

    instantnea aplicada e os alongamentos resultantes. O resultado de um ensaio de trao

    registrado na forma de um grfico de fora ou de carga em funo do alongamento do corpo

    de prova. Como estas unidades dependem da forma do corpo de prova, utilizam-se como

    parmetros a tenso de engenharia (em MPa) pela deformao (adimensional). Esse ensaio um dos mais utilizados para se definir a resistncia de um material, principalmente os

    metlicos. Obtemos por esse ensaio, por exemplo, a resistncia trao do material.

    Ensaio de Dureza: A dureza uma medida da resistncia de um material a uma deformao

    plstica localizada. Neste ensaio um pequeno penetrador forado contra a superfcie de um

    material a ser testado, sob condies controladas de carga e taxa de aplicao. Faz-se a

    medida do tamanho ou da profundidade da impresso resultante, que por sua vez

    relacionada com um numero ndice de dureza. Quanto mais duro o material, menor o tamanho

    da impresso e maior o numero ndice de dureza. Este ensaio muito utilizado por ser

    simples, barato e no destrutivo (a deformao resultante a impresso na amostra). Neste

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    ensaio pode-se utilizar a escala Rockwell e a Brinell, que seguem as normas ASTM E 18 e

    ASTM E 10, respectivamente. Pelo fato deste ensaio implicar em deformao do material, ele

    tambm pode ser utilizado com medida indireta das propriedades mecnicas do material,

    especialmente resistncia a trao, o que torna o uso desse ensaio ainda mais freqente.

    Micro dureza: Este ensaio muito similar ao anterior, mas, neste caso, utiliza-se um

    penetrador de diamante muito pequeno, com geometrias piramidais, que forado contra a

    superfcie da amostra. As cargas aplicadas so muito menores do que nos ensaios Brinell e

    Rockwell. A impresso resultante observada em um microscpio e medida; essa medio

    ento convertida em um nmero ndice de dureza. Pode ser necessria uma preparao prvia

    da superfcie a ser analisada (lixamento e polimento) a fim de garantir umas impresses bem

    definidas, que possa ser medida com preciso. Este ensaio pode ser medido na escala Vickers

    ou Knoop. A vantagem que nessa tcnica podemos avaliar dureza de fases presentes no

    material ou ainda em locais bem definidos, como, por exemplo, camadas finas depositadas em

    uma superfcie.

    Anlise Qumica: Nesta anlise, so utilizadas tcnicas para determinao da composio

    qumica da amostra. Feita esta determinao, compara-se o resultado com uma norma

    especfica ou com uma especificao fornecida pelo cliente. Vemos, ento, se a composio

    encontrada est dentro ou fora do especificado para aquele material. Caso esteja fora da

    especificao, iremos analisar se isso teve alguma implicao direta ou indireta para a causa

    da falha.

    4 - PROCESSOS DE ANLISE:

    Primeiro passo: coleta de dados, sobre o componente e seu contexto no sistema que se

    insere. Pontos importantes: exame preliminar e uma documentao fotogrfica inicial

    detalhada do componente, pois durante as anlises ele manuseado constantemente e partido em vrias amostras, o que altera sua forma original.

    A segunda etapa consiste na analise das evidencias. So feitos nesta etapa os testes

    mecnicos, as analises micro e macroestruturas e so analisados os mecanismos da fratura.

    Em terceiro, formula-se uma hiptese que validada de acordo com os resultados da

    etapa anterior.

    Na quarta etapa elabora-se um relatrio substanciado contendo todos os resultadosrelevantes sobre as causas da falha e ainda, se possvel deve-se apresentar sugestes para a

    minimizao ou eliminao de falhas futuras.

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    Em uma analise de falhas no existe etapa mais ou menos importante. O importante

    o resultado final consistente e confivel, de modo que ele possa ser efetivamente utilizado na

    preveno de novas falhas. Dessa forma, importante o conjunto e a viso sistmica do

    problema.

    5 - ESTUDO DE CASO:

    O cabeote de um cilindro de um motor a diesel martimo apresentou vazamentosdepois de milhares de horas de funcionamento.

    Com o auxilio do ensaio por liquido penetrante, foi constatada a existncia de umafissura na parede entre a camisa dgua e o canal de admisso (anel do assento da vlvula)desta pea.

    A figura 1 apresenta um recorte da fissura aberta. A posio do anel do assento davlvula, que se encontra abaixo dela, est maada com uma linha tracejada preta.

    Com uma iluminao oblqua, possvel reconhecer as linhas de propagao da

    fissura (ver setas na figura 1). Todas as linhas partem de uma pequena reentrncia do lado dacamisa de gua, a qual foi formada pela ruptura na superfcie do fundido.Ao observar a parte inferior da micrografia, v-se a presena de escrias (drosses) na

    regio da reentrncia, que foram depositadas neste ponto durante o enchimento do molde eantes da solidificao (figura 2). Este depsito de escria foi o ponto de partida da fissura porfadiga.

    Depois de um ataque qumico, a micrografia revelou numerosas incluses no-metlicas (figura 3, seta) na estrutura do ferro fundido nodular. Elas reduzem a resistncia aosesforos alternados do ferro fundido, favorecendo a propagao da fissura. Com isso, aresistncia do ferro fundido nodular aos esforos alternados reduzida em at 20%.

    As causas das escrias e das incluses no-metlicas so de natureza metalrgica. Elas

    so determinadas pelos materiais metlicos da carga, como por exemplo, teores elevados devandio ou nibio em uma sucata de ao, pelas condies de tratamento do ferro fundido commagnsio (Mg) e por um enchimento turbulento do molde.

    No caso apresentado, deve-se partir do princpio de que a propagao da fissuratambm foi favorecida pela pr-tenso do anel do assento da vlvula, o que foi montado aquente (tenses de trao na parede fundida). Entretanto, no foi possvel comprovar isso pormeio do mtodo de elementos finitos (FEM).

    Para a fabricao de peas fundidas deste tipo, com baixos teores de escrias,recomenda-se a otimizao dos parmetros de fabricao (tcnica de fundio, temperatura devazamento, teor residual de magnsio). Por outro lado, seria sensato estabelecer umcompromisso entre a fundio e o engenheiro de projeto, visando a um possvel aumento da

    espessura de parede nesta seo sensvel.

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    6 - ANEXOS

    Figura 1 Superfcie da fissura do cabeote de cilindro com linhas de projeo

    Figura 2 Deposio de escria onde se inicia a fissura por fadiga

    Figura 3 Microestrutura corroda abaixo da superfcie da fissura com numerosasincluses no-metlicas (seta)

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    7 BIBLIOGRAFIA:

    http://www.fit-tecnologia.org.br/Pages/portfolioAfp.aspx#AFPhttp://willyank.sites.uol.com.br/http://www.ime.usp.br

    http://www.ifg-net.deRevista Fundio e Servios Aranda Editora Ano 18 N 192

    http://www.fit-tecnologia.org.br/Pages/portfolioAfp.aspx#AFPhttp://willyank.sites.uol.com.br/http://www.ime.usp.br/http://www.ifg-net.de/http://www.fit-tecnologia.org.br/Pages/portfolioAfp.aspx#AFPhttp://willyank.sites.uol.com.br/http://www.ime.usp.br/http://www.ifg-net.de/