Análise de árvore de falhas - AAF

Análise de árvore de falhas - AAF
BIOLOGIA
A Análise de Árvore de Falhas – AAF (Failure Tree Analysis – FTA) foi desenvolvida por H. A. Watson, nos anos 60, para os Laboratórios Bell Telephone, no âmbito do projeto do míssil Minuteman, sendo posteriormente aperfeiçoada e utilizada em outros projetos aeronáuticos da Boeing (SERPA, 2001b).

Entre os principais benefícios do uso da AAF, em estudos de análise de riscos pode-se destacar (SERPA, 2001b):


- Conhecimento detalhado de uma instalação ou sistema;
- Estimativa da confiabilidade de um determinado sistema;
- Cálculo da frequência de ocorrência de uma determinada hipótese acidental;
- Identificação das causas básicas de um evento acidental e das falhas mais prováveis que contribuem para a ocorrência de um acidente maior;
- Detecção de falhas potenciais, difíceis de serem reconhecidas;
- Tomada de decisão quanto ao controle dos riscos associados à ocorrência de um determinado acidente, com base na frequência de ocorrência calculada e nas falhas contribuintes de maior significância.

A metodologia da AAF consiste na construção de um processo lógico dedutivo que, partindo de um evento indesejado pré-definido (hipótese acidental), busca as suas possíveis causas. O processo segue investigando as sucessivas falhas dos componentes até atingir as chamadas falhas (causas) básicas, que não podem ser desenvolvidas, e para as quais existem dados quantitativos disponíveis. O evento indesejado é comumente chamado de “Evento-Topo” (SERPA, 2001b).

De forma geral, a sequência para o desenvolvimento de uma árvore de falhas, contempla as seguintes etapas:


- Seleção do “Evento-Topo”: na aplicação em estudos de análise de riscos, normalmente o evento-topo é definido a partir de uma hipótese acidental, identificada anteriormente, pela aplicação de técnicas específicas, como Análise Preliminar de Perigos, HazOp, Análise de Modos de Falhas e Efeitos e What If, entre outras;

- Construção da árvore de falhas, determinando os eventos que contribuem para a ocorrência do evento-topo, estabelecendo as relações lógicas entre os mesmos;

- Seguir esse procedimento para os eventos intermediários até a identificação dos eventos básicos em cada um dos “ramos” da árvore;

- Realizar uma avaliação qualitativa da árvore elaborada, dando especial atenção para a ocorrência de eventos repetidos;

- Aplicação das probabilidades ou frequências nos eventos básicos;

- Cálculo das frequências dos eventos intermediários, de acordo com as relações lógicas estabelecidas, até a determinação da probabilidade ou frequência do evento-topo.

De acordo com as etapas anteriormente mencionadas, pode-se observar que a árvore de falhas contempla um “estudo” retrospectivo do relacionamento lógico das possíveis falhas (eventos) que contribuem para a ocorrência do “evento-topo” (hipótese acidental); assim, este, ou seja, o “evento-topo” representa o resultado da árvore (anteriormente conhecido), razão pela qual a “leitura do diagrama” é realizada de baixo para cima, ou seja, dos eventos básicos para o “evento-topo”.

Assim, para a construção da árvore de falhas, a partir de um determinado “evento-topo”, três perguntas são consideradas fundamentais para a identificação dos eventos intermediários e básicos e de suas relações lógicas; são elas:

- Que falhas podem ocorrer?
- Como essas falhas podem ocorrer?
- Quais são as causas dessas falhas?
A relação lógica entre os eventos-topo, intermediária e básica é representada por símbolos lógicos. Os principais são:

Evento-topo ou intermediário

O retângulo é utilizado para representar a descrição dos eventos que ocorrem por causa de um ou mais eventos;

Evento básico

Representa uma falha básica que não requer nenhum desenvolvimento adicional;

Evento não desenvolvido

Representa uma situação que este não será mais analisado, ou que não há interesse de ser analisado; ou seja, um evento que poderia continuar a ser desenvolvido, mas não há interesse em fazê-lo;

Porta “OU”

A saída ocorre se uma ou mais entradas da porta existirem;

Porta “E”

A saída ocorre se todas as entradas da porta existirem simultaneamente.

Exemplo:
A falha catastrófica de uma luminária é: “Falha da luminária em acender”; logo, esse será o “evento-topo” da árvore de falhas.
Considerando que os componentes desse sistema (luminária) são, de forma simplificada, a lâmpada, o fio, o interruptor e a corrente elétrica, o analista deve procurar identificar cada uma das possíveis falhas desses componentes, de forma a estabelecer uma relação lógica entre elas para subsidiar a elaboração da árvore de falhas; assim, as possíveis causas (falhas) que podem levar ao evento-topo (falha da luminária em acender) incluem:


a-) Falha da lâmpada em acender:

- lâmpada queimada;
- não há lâmpada na luminária.

b-) Falta de corrente elétrica na luminária:

- falha do interruptor;
- luminária não está conectada à tomada;
- não há energia elétrica na tomada: fio cortado; fusível queimado; não há energia elétrica na residência.

Considerando os dados abaixo apresentados pode-se calcular a frequência de ocorrência do “evento-topo” (superaquecimento do motor):


- Taxa de falha do motor [f(EB-1)]: 1,0 x 10-7 falhas/hora;
- Frequência de erros operacionais [f(EB-2)]: 3,0 x 10-4 ano-1;
- Taxa de falha da chave [f(EB-3)]: 1,0 x 10-4 falhas/ano;
- Frequência de curtos em resistores [f(EB-5)]: 5,0 x 10-4 ano-1;
- Taxa de falhas do fusível [f(EB-4)]: 2,0 x 10-6 falhas/hora;
- Taxa de falha da bateria [f(EB-6)]: 3,0 x 10-7 falhas/hora.

Transformando as taxas de falhas, disponíveis em horas, para taxas anuais de falhas (considerando que 1 ano = 24h x 365 d = 8760 h):


- Taxa de falha do motor [f(EB-1)]: 8,8 x 10-4 falhas/ano;
- Taxa de falha do fusível [f(EB-4)]: 1,7 x 10-2 falhas/ano;
- Taxa de falha da bateria [f(EB-6)]: 2,6 x 10-3 falhas/ano.

A frequência do evento-topo pode então ser calculada por, meio de operações booleanas, na seguinte equação:


f = f (EB-1) + [f (EB-2) + f (EB-3)] + { [f (EB-5) + f (EB-6)] . f (EB-4) }
f = 8,8 x 10-4 + [3,0 x 10-4 + 1,0 x 10-4] + { [5,0 x 10-4 + 2,6 x 10-3 . 2,0 x 10-6]}
f ≈ 1,3 x 10-3 falhas/ano

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