Análise dos modos de falha e efeitos (FMEA) para melhoria da fiabilidade operacional

Quando se trata de garantir a fiabilidade operacional, muitas empresas têm dificuldade em compreender o valor de uma abordagem estruturada como a Análise dos Modos e Efeitos de Falha (FMEA) e a necessidade de métodos que aumentem a eficiência operacional. É fácil imaginar o objetivo final -operaçõessuavese desempenho sem falhas - semconsiderar os passos essenciais que levam a esse objetivo. No entanto, sem uma compreensão clara das potenciais falhas e dos seus impactos, as empresas podem dar por si a enfrentar perturbações inesperadas que poderiam ter sido evitadas.  

Neste artigo, vamos explorar o processo FMEA em pormenor, destacando a sua importância na identificação de potenciais modos de falha, na avaliação de riscos, na definição de estratégias de manutenção, dando prioridade ao equipamento para manutenção, e na implementação de acções corretivas eficazes para aumentar a fiabilidade operacional na indústria do petróleo e do gás. 

A análise dos modos e efeitos de falha (FMEA) é um método sistemático concebido para identificar e avaliar potenciais problemas e modos de falha em sistemas, produtos ou processos. Ao analisar estes riscos antes de se transformarem em problemas reais, a FMEA aumenta a fiabilidade global dos projectos e operações 

O processo envolve normalmente: 

Esta metodologia baseia-se numa equipa de especialistas que analisa sistematicamente o sistema ou produto para avaliar a probabilidade de vários modos de falha e os seus efeitos. Os conhecimentos obtidos com esta análise não só informam o desenvolvimento de acções corretivas destinadas a mitigar potenciais falhas, como também ajudam a estabelecer prioridades para a manutenção, garantindo que os problemas mais críticos são tratados em primeiro lugar. 

Mas o que é exatamente um modo de falha? Um modo de falha refere-se à forma específica como um sistema, componente ou processo deixa de desempenhar a função pretendida. Descreve as várias formas em que algo pode falhar, como por exemplo através de danos físicos, perda de funcionalidade ou ineficiências operacionais.Por exemplo, na indústria do petróleo e do gás, os modos de falha comuns podem incluir fugas nas condutas devido a corrosão, avarias no equipamento ou falhas nos sensores.  

Vamos pôr isto em perspetiva com algo em que todos confiamos: o sistema de aquecimento da nossa casa. Este sistema depende de um forno para gerar calor, que é depois distribuído através de uma rede de condutas. 

Agora, imagine o seguinte: estamos no auge do inverno e o seu forno deixa subitamente de funcionar. Porquê? Talvez o filtro de ar esteja entupido, o termóstato não esteja a funcionar corretamente ou haja uma fuga de gás. Cada um destes cenários representa um modo de falha - eventos específicos que podem levar a que o seu sistema de aquecimento não consiga manter a sua casa quente. 

No mundo da FMEA, identificar os modos de falha é apenas o começo. O objetivo é analisar os potenciais impactos (ou efeitos, o "E" em FMEA) das falhas e dar prioridade às acções para as resolver antes que resultem numa casa gelada ou, pior ainda, numa reparação de emergência dispendiosa.  

No sector do petróleo e do gás, existem diferentes tipos de Análise dos Modos de Falha e Efeitos (FMEA) que são adaptados para responder a necessidades operacionais específicas e aumentar a segurança e a fiabilidade. Eis os principais tipos: 

O processo FMEA segue normalmente uma série de etapas: 

Prioridade do risco = Gravidade x Ocorrência x Deteção 

Pense na FMEA como a sua rede de segurança operacional que não só protege as suas operações, como também oferece vários benefícios importantes: 

Cada risco identificado e cada falha potencial tratada através da mitigação ou eliminação contribui para uma base mais forte para as suas operações. Ao implementar a FMEA, a sua atenção passa de uma mera visão de um desempenho ótimo para a implementação ativa das práticas de hoje que o levarão a alcançar o resultado desejado amanhã. 

A segurança operacional depende fortemente dos Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS), em que as Funções Instrumentadas de Segurança (SIFs) executam acções de segurança fundamentais para reduzir os riscos, tais como o encerramento de um processo ou o isolamento de equipamento durante situações perigosas. A FMEA aprofunda-se nos componentes das funções instrumentadas de segurança (SIFs). Ao realizar a FMEA, pode descobrir como cada parte - como sensores, solucionadores lógicos e elementos finais - pode falhar e o que essas falhas podem significar para a segurança. Por exemplo, se uma válvula de segurança faz parte de uma SIF, a FMEA ajuda a identificar de que forma os modos de falha, como a colagem da válvula ou imprecisões do sensor, podem afetar a sua capacidade de desempenhar a sua função de segurança. 

O processo FMEA para este dispositivo começa por gerar uma lista de falhas potencialmente perigosas. Se ocorrerem, estas falhas anularão a missão de segurança do dispositivo quando houver uma exigência do processo. Os especialistas fazem então um estudo para estimar a contribuição de cada modo de falha identificado para o número total de falhas perigosas. Como algumas falhas perigosas são mais comuns do que outras, esta contribuição ou fator de peso (em %) é incluído. É importante notar que o total dos factores de peso de todas as falhas perigosas do dispositivo em estudo não pode exceder 100%. 

As informações recolhidas no estudo FMEA podem ser utilizadas para comparar os modos de falha perigosa identificados para o dispositivo com o Procedimento de Ensaio de Prova utilizado para os ensaios periódicos do dispositivo. Esta análise procura determinar quais as falhas perigosas identificadas na FMEA do dispositivo que serão detectadas em qualquer uma das etapas dos procedimentos de ensaio de prova. 

Por exemplo, se for determinado que 7 dos 8 modos de falha perigosa identificados podem ser detectados através da aplicação adequada do procedimento de ensaio de prova, e estes 7 modos representam coletivamente 90% de todas as falhas perigosas identificadas na FMEA, podemos concluir que o Fator de cobertura do ensaio (TCF) do procedimento de ensaio de prova do dispositivo é de 90%. 

Ao calcular a probabilidade de falha a pedido (PFD) de um dispositivo, λ_d é um componente crítico, uma vez que reflecte o número de falhas perigosas que podem potencialmente conduzir a incidentes de segurança se não forem detectadas antes de ocorrer uma solicitação do dispositivo por parte do processo. O TCF ajuda a determinar quantas destas falhas _λd podem ser detectadas durante os ensaios de prova e é, portanto, um fator importante no cálculo global do PFD do dispositivo. 

Outro componente crítico é o Tempo de Missão (TM). Representa o período durante o qual uma Função Instrumentada de Segurança (SIF) deve funcionar efetivamente sem grandes revisões ou substituições. Ao contrário da Vida Útil - definida pelos fabricantes para quando o equipamento precisa de ser substituído - o MT é adaptado às necessidades específicas de cada componente SIF. 

Porque é que isto é importante? Porque com testes de prova imperfeitos (ou seja, onde o TFC é inferior a 100%) o Tempo de Missão desempenha um papel vital na gestão dos riscos associados a falhas perigosas. Um tempo de missão bem definido ajuda-nos a avaliar quanto tempo podemos esperar que o nosso SIF funcione em segurança antes de os riscos se acumularem.
Isto é ilustrado na figura abaixo (Tempo de Missão 20 anos):

A incorporação da MT nos cálculos do PFD fornece informações sobre a eficácia das medidas de segurança, orientando os intervalos de manutenção e ensaio. A interação entre o TCF e o PFD realça a sua importância para garantir a fiabilidade do SIF. 

Um TCF mais elevado (próximo de 100%) indica que são detectadas mais falhas perigosas, reduzindo assim o λ_d efetivo e contribuindo para um PFD mais baixo. Esta relação realça a importância tanto do TCF como do _λd na avaliação da fiabilidade e segurança dos SIF em aplicações críticas para a segurança. 

O PFD reflecte a probabilidade de uma função de segurança falhar quando necessário e é influenciado pela capacidade dos ensaios para detetar falhas perigosas. A fórmula para calcular o PFD médio incorporando o TCF é a seguinte 

Nesta equação: 

Sempre que um teste de prova é realizado, identifica apenas uma fração das falhas perigosas, como indica o TCF. Isto significa que, mesmo com testes eficazes, algumas falhas podem não ser detectadas, agravando o risco ao longo do tempo. Como resultado, é vital compreender como o TCF influencia o PFD; um TCF mais elevado leva a um PFD mais baixo, indicando uma mitigação de risco mais eficaz. 

Por outro lado, se o TCF for baixo, a probabilidade de falhas não detectadas aumenta, necessitando de testes de prova mais frequentes para manter a integridade da segurança. Assim, a otimização do TCF através de protocolos de ensaio rigorosos não só melhora a deteção de falhas, como também desempenha um papel fundamental na garantia de que o PFD se mantém dentro dos limites aceitáveis para o cumprimento das normas de segurança. 

Como vimos, a FMEA ajuda a aumentar a fiabilidade operacional. Ao identificar potenciais modos de falha e avaliar os seus impactos, permite às empresas gerir proactivamente os riscos e melhorar a eficiência dos seus activos. 

A FMEA é uma metodologia versátil e eficaz que é integrada noutros processos, tais como os encontrados nos Sistemas Instrumentados de Segurança. Através de uma avaliação exaustiva dos componentes críticos de segurança, a FMEA permite estratégias atempadas de redução de riscos e informa as decisões relativas aos intervalos de teste, garantindo que os sistemas de segurança permanecem fiáveis e eficazes. 

Esta abordagem não só reforça os protocolos de segurança, como também optimiza a atribuição de recursos, conduzindo, em última análise, a operações mais resistentes na indústria do petróleo e do gás. Se procura uma forma de aumentar a fiabilidade dos processos nas suas instalações, o nosso Sistema de Gestão da Integridade (IMS) pode ajudar. Preencha o formulário abaixo e solicite uma demonstração!