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DEFINIÇÃO
A metodologia de Análise do Tipo e Efeito de Falha, conhecida como FMEA (do inglês Failure Mode and Effect Analysis), é uma ferramenta que busca, em princípio, evitar, por meio da análise das falhas potenciais e propostas de ações de melhoria, que ocorram falhas no projeto do produto ou do processo. Este é o objetivo básico desta técnica, ou seja, detectar falhas antes que se produza uma peça e/ou produto. Pode-se dizer que, com sua utilização, se está diminuindo as chances do produto ou processo falhar, ou seja, estamos buscando aumentar sua confiabilidade.
Esta dimensão da qualidade, a confiabilidade, tem se tornado cada vez mais importante para os consumidores, pois, a falha de um produto, mesmo que prontamente reparada pelo serviço de assistência técnica e totalmente coberta por termos de garantia, causa, no mínimo, uma insatisfação ao consumidor ao privá-lo do uso do produto por determinado tempo. Além disso, cada vez mais são lançados produtos em que determinados tipos de falhas podem ter conseqüências drásticas para o consumidor, tais como aviões e equipamentos hospitalares nos quais o mau funcionamento pode significar até mesmo um risco de vida ao usuário.
Apesar de ter sido desenvolvida com um enfoque no projeto de novos produtos e processos, a metodologia FMEA, pela sua grande utilidade, passou a ser aplicada de diversas maneiras. Assim, ela atualmente é utilizada para diminuir as falhas de produtos e processos existentes e para diminuir a probabilidade de falha em processos administrativos. Tem sido empregada também em aplicações específicas tais como análises de fontes de risco em engenharia de segurança e na indústria de alimentos.
A norma QS 9000 especifica o FMEA como um dos documentos necessários para um fornecedor submeter uma peça/produto à aprovação da montadora. Este é um dos principais motivos pela divulgação desta técnica. Deve-se, no entanto implantar o FMEA em uma empresa, visando-se os seus resultados e não simplesmente para atender a uma exigência da montadora.
Critério de falha
- As teorias de falha são fundamentais para a determinação de critérios para a previsão da falha de um determinado material frente a um estado bi ou tridimensional de tensões. Quando o estado de tensões for unidimensional, o simples critério de controlar o valor da tensão para que não ultrapasse a tensão de escoamento ou de ruptura do material é imediato. No entanto, um estado complexo de tensões exige teorias próprias para o tipo de material.
Critérios de falha
- Determinam a segurança do componente;
- Coeficientes de segurança arbitrários não garantem um projeto seguro;
- Compreensão clara do(s) mecanismo(s) de falha (modos de falha);
- Aspectos de confiabilidade;
- Relação custo x benefício.
Modos de falha
- Por deslocamentos excessivos;
- Por fratura
Critério de falha por fratura
- Teorias
- Teoria da Máxima Tensão Normal (Rankine)
- Critério de Falha de Mohr
ENSAIOS EMPREGADOS PARA DETECTAR AS
FALHAS
Ensaios Metalográficos
Consiste em analisar microconstituíntes de materiais metálicos, ou seja, é
um processo de análise metalográfico que aponta determinadas
características de um material, revelando falhas, ou até mesmo indicando o
próprio para determinada aplicação, nesses ensaios é realizados os testes de
“Cross Sections” e Inspeções com o microscópio ersa(com capacidade de
aumento de 50x) e com o microscópio Óptico(capacidade de aumento de
1000x ).
Ensaios Climáticos
Analisam o comportamento termodinâmico do material diante dos teste de “Burn-in test” e “Ciclagem térmica”, testes que simula diferentes condições de temperatura e umidade observando a reação e a resistência do material perante esses ambientes;
Ensaios Físicos
Aplicando testes como “Pull & Push”, “Drop test” , “Dye & Pry”, “Teste
de soldabilidade”, “Decapsulamento Quimico”, “Teste de TG”,e “Drop
test”que visam testar as propriedades físicas e químicas da matéria prima,
verificando também o desempenho do componente diante de condições
específicas.
Ensaio de Tração
Neste ensaio uma amostra se deformada, geralmente até sua fratura,
mediante uma quantidade de tração que cresce gradativamente.
A maquina de ensaio de tração é projetada para alongar o corpo de prova a
uma carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes. O resultado
de um ensaio de tração é registrado na forma de um gráfico de força ou de
carga em função do alongamento do corpo de prova. Como estas unidades
dependem da forma do corpo de prova, utilizam-se como parâmetros a
tensão de engenharia (em MPa) pela deformação (adimensional). Esse
ensaio é um dos mais utilizados para se definir a resistência de um material,
principalmente os metálicos. Obtemos por esse ensaio, por exemplo, a
resistência à tração do material.
Ensaio de Dureza
A dureza é uma medida da resistência de um material a uma deformação
plástica localizada. Neste ensaio um pequeno penetrador é forçado contra a
superfície de um material a ser testado, sob condições controladas de carga
e taxa de aplicação. Faz-se a medida do tamanho ou da profundidade da
Análise Química
Nesta análise, são utilizadas técnicas para determinação da composição
química da amostra. Feita esta determinação, compara-se o resultado com
uma norma específica ou com uma especificação fornecida pelo cliente.
Vemos, então, se a composição encontrada está dentro ou fora do
especificado para aquele material. Caso esteja fora da especificação, iremos
analisar se isso teve alguma implicação direta ou indireta para a causa da
falha.
PROCESSOS DE ANÁLISE
Primeiro passo: coleta de dados, sobre o componente e seu contexto
no sistema que se insere. Pontos importantes: exame preliminar e uma
documentação fotográfica inicial detalhada do componente, pois durante as
análises ele é manuseado constantemente e é partido em várias amostras, o
que altera sua forma original.
A segunda etapa consiste na analise das evidencias. São feitos nesta
etapa os testes mecânicos, as analises micro e macroestruturas e são
analisados os mecanismos da fratura.
Em terceiro, formula-se uma hipótese que é validada de acordo com
os resultados da etapa anterior.
Na quarta etapa elabora-se um relatório substanciado contendo todos
os resultados relevantes sobre as causas da falha e ainda, se possível deve-
se apresentar sugestões para a minimização ou eliminação de falhas futuras.
Em uma analise de falhas não existe etapa mais ou menos
importante. O importante é o resultado final consistente e confiável, de
modo que ele possa ser efetivamente utilizado na prevenção de novas
falhas. Dessa forma, importante é o conjunto e a visão sistêmica do
problema.
ESTUDO DE CASO
O cabeçote de um cilindro de um motor a diesel marítimo apresentou vazamentos depois de milhares de horas de funcionamento. Com o auxilio do ensaio por liquido penetrante, foi constatada a existência de uma fissura na parede entre a camisa d’água e o canal de admissão (anel do assento da válvula) desta peça. A figura 1 apresenta um recorte da fissura aberta. A posição do anel do assento da válvula, que se encontra abaixo dela, está maçada com uma linha tracejada preta. Com uma iluminação oblíqua, é possível reconhecer as linhas de propagação da fissura (ver setas na figura 1). Todas as linhas partem de uma pequena reentrância do lado da camisa de água, a qual foi formada pela ruptura na superfície do fundido. Ao observar a parte inferior da micrografia, vê-se a presença de escórias (drosses) na região da reentrância, que foram depositadas neste ponto durante o enchimento do molde e antes da solidificação (figura 2). Este depósito de escória foi o ponto de partida da fissura por fadiga. Depois de um ataque químico, a micrografia revelou numerosas inclusões não-metálicas (figura 3, seta) na estrutura do ferro fundido nodular. Elas reduzem a resistência aos esforços alternados do ferro fundido, favorecendo a propagação da fissura. Com isso, a resistência do ferro fundido nodular aos esforços alternados é reduzida em até 20%.
