Análise dos modos de falha e seus efeitos (FMEA) aplicada a um secador industrial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Aplicação da análise dos modos de falha e seus efeitos ao processo de reclamações da empresa Alvecabo

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Gestão Industrial

A análise dos modos de falha e seus efeitos aplicada a um processo do sector bancário

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Análise de modos de falha e seus efeitos aplicada a um serviço público de marcação de consultas médicas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Implementação da análise dos modos de falha e seus efeitos no processo de fabricação de peças em material compósito

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Análise de modos de falhas e seus efeitos aplicada a um serviço de entrega de baterias

Com a realização deste trabalho, apresentaram-se conclusões e sugeriram-se melhorias para a gestão de risco associada á mudança de um fornecedor, prestador do serviço de entrega de baterias, da empresa Exide Technologies. De modo a se atingir esse fim, aplicou-se a metodologia da Análise de Modos de Falha e seus Efeitos (AMFE). A aplicação da metodologia focou-se nas actividades que irão sofrer alterações com a entrada em funções do novo fornecedor (em comparação com o actual), e cujas repercussões podem afectar directamente os clientes. Como suporte á aplicação da metodologia, foi desenvolvido um fluxograma das actividades do serviço de entrega de baterias e, a partir deste, identificaram-se 9 potenciais modos de falhas e respectivos efeitos e causas. Após o cálculo dos Números Prioritários de Risco (NPR) associados aos potenciais modos de falha, estes últimos foram priorizados em termos de risco, através da aplicação da ferramenta Diagrama de Pareto. Verificou-se a existência de um modo de falha claramente mais crítico que os restantes, e a existência de dois cujos valores eram excepcionalmente baixos devido a possuírem um método de detecção eficaz. Por fim, aplicou-se a ferramenta Diagrama em Árvore para se identificar as causas raiz associadas a cada modo de falha, e sugeriram-se melhorias que pudessem ajudar a evitar ou mitigar os mesmos. A aplicação da metodologia AMFE mostrou-se eficaz, pois permitiu que melhorias sugeridas nesta fossem aplicadas na prática pela organização, contribuindo assim para o sucesso da mudança de fornecedor.

Estudo das tensões interlaminares e rotura de elementos curvos em materiais compósitos

Este trabalho aborda o comportamento mecânico de elementos curvos em materiais compósitos aquando sujeitos a forças e momentos nas extremidades. Os modos de falha mais comuns são estudados em detalhe: falha transversal na matriz devido a tensões de flexão (tensões circunferenciais), ou falha por delaminagem devido as tensões interlaminares de tracção verificadas ao longo da espessura na região curva (tensões radiais). Inicialmente, faz-se uma abordagem sobre a influência de Z-Pins na resistência interlaminar, uma abordagem sobre os efeitos de bordo, e sobre tensões interlaminares com base em teorias Layerwise de ordem superior. Salienta-se, ainda, a importância do estudo feito com o World-Wide Failure Exercise (WWFE) (Hinton et al. 2004) na comunidade científica relacionada com o tema dos materiais compósitos. O presente trabalho, é essencialmente dividido em duas partes: modelos analíticos e modelos numéricos. São estudados provetes curvos, em forma de C (semicircular), geometria analisada por Ko e Jackson (1989); e em forma de L (cantoneira de abas iguais), analisados por Sun e Kelly (1988). Começa-se por fazer uma análise teórica, através da Teoria Multicamada, ao trabalho Ko e Jackson, autores da mesma. Analisou-se também, através desta teoria, a parte em quarto de círculo da viga estudada por Sun e Kelly. Após ter a solução analítica bem compreendida, essa teoria é aplicada ao principal estudo deste trabalho, um provete semicircular, usando os empilhamentos de Sun e Kelly. É ainda estudado, e aplicado a este último, o critério de falha em três dimensões (3D) proposto por Hashin (1980). Na segunda parte, é feita uma validação numérica dos três casos anteriores, com recurso ao software comercial de elementos finitos (EF), ANSYS. Estes estudos de EF têm a diferença, relativamente aos originais, de serem em 3D, podendo assim ser retiradas todas as tensões necessárias para se aplicar o critério de falha. No final, é feita uma comparação geral entre os resultados analíticos e numéricos.

Controlo do programa de manutenção dos motociclos Harley-Davidson em Portugal

No actual ambiente competitivo, o baixo custo, a alta qualidade e um grau crescente de personalização são exigências para a sobrevivência das empresas que têm influenciado as acções dos profissionais de manutenção com vista ao aperfeiçoamento das políticas de manutenção. Como resultado, surgiu na área de manutenção industrial uma grande quantidade de métodos, softwares, modelos e ferramentas de gestão, onde se destaca o RCM (Reliability Centered Maintenance ou Manutenção Centrada na Fiabilidade) de origem Norte Americana na década de 60. Inicialmente começou-se a utilizar este método na indústria de aviação passando posteriormente a ser utilizada também pelo Exército dos E.U.A. e a partir da década de 80 por outras indústrias comerciais. Após a explicação da metodologia RCM e tendo como base o modelo da moto Softail, começou-se por definir o sistema através da preparação para a análise, selecção do equipamento a ser analisado e identificação das funções. Após definição do sistema passa-se à sua análise. Neste caso optou-se pela análise FMEA onde se identificam as falhas funcionais, os efeitos e causas dessas mesmas falhas, conhecendo-se o histórico de avarias do modelo Softail durante o período de garantia, desde 1999 até ao presente ano. Do histórico de avarias durante o período de garantia, e após estudo do mesmo, conclui-se que 28,35% das avarias são cosméticas, relativas a problemas de cromados (danos ou qualidade dos cromados) avarias essas que não influenciam o desempenho do motociclo; 9,58% de problemas relativos a baterias, problemas esses que poderão influenciar o normal funcionamento do motociclo e que se deverá ter mais atenção; 7,66% dos motociclos tiveram problemas de entrada de água para o interior do velocímetro, uma vez mais este problema não interfere com o bom desempenho do motociclo; 4,6% relativos a danos na pintura, uma vez mais problema cosmético que não interfere com o bom desempenho do motociclo; segue-se 4,21% devido a barulhos na frente do motociclo e que deverá requerer alguma atenção; 4,21% de mau funcionamento da instrumentação eléctrica, onde se deverá ter também atenção. No estudo da FMEA conclui-se que o principal efeito/consequência gerado pela falha da bateria (falha com maior frequência) é o não funcionamento do motor por falta de alimentação do sistema de gestão electrónica do motociclo e consequente imobilização do mesmo. Com base na FMEA realizada foram salientados os aspectos, em termos de modos de falha, que são mais importantes, com base nas reclamações em prazo de garantia, tais como questões estéticas dos cromados e pinturas e problemas relacionados com o funcionamento da bateria, entre outros. Na FMEA podem ser vistos em termos criticidade todos os modos de falha, através do RPN (Risk Priority Number), ou em português Número de Prioridade de Risco, mostrando assim onde a marca pode aplicar prioridades em termos de acções de projecto ou manutenção. Com estas alterações pretende-se aumentar a fiabilidade do modelo Softail, podendo no futuro alargar este novo plano de manutenção às restantes famílias da gama Harley-Davidson.

Controlo de fiabilidade de um componente de avião

O presente relatório, insere-se no âmbito de um Estágio de Natureza Profissional, realizado na TAP Manutenção e Engenharia, relativo à Unidade Curricular de Trabalho Final de Mestrado, do curso de Mestrado em Engenharia Mecânica - Ramo Manutenção e Produção - do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O referido Estágio de Natureza Profissional, com a duração de 640 horas, teve como objectivo o controlo da fiabilidade de um componente de avião, aplicando metodologias da Manutenção Centrada na Fiabilidade, orientadas para a Logística de Componentes, visando a análise, e possível melhoria, do compromisso entre a disponibilidade e a fiabilidade dos componentes e os seus custos de posse. O trabalho foi desenvolvido nas instalações da TAP Manutenção & Engenharia, nomeadamente no sector de Fiabilidade e Programas de Manutenção da Direcção de Engenharia, e também Oficina de Interiores de Cabine, que é a oficina responsável pelo componente que viria a ser atribuído como objecto de estudo para a realização do presente trabalho. Numa fase preliminar, foram ainda levadas a cabo reuniões na Empresa, com vista à formalização do estágio e à apresentação dos sectores onde o mesmo se iria realizar, bem como para demonstração das metodologias de controlo da fiabilidade utilizadas na mesma. Após a formalização do Estágio, foram atribuídas como objecto de estudo as cadeiras de tripulação técnica em exploração na frota da TAP Portugal, fabricadas pela SOGERMA, firma pertencente ao consórcio aeronáutico europeu EADS. A escolha do componente prendeu-se com o facto de o mesmo se encontrar em alerta, devido a encontrar-se regularmente com o índice de remoções prematuras excedido. Com a atribuição do objecto de estudo foi necessário levar a cabo não só uma familiarização com o objecto de estudo, nomeadamente quais os seus principais componentes e modos de funcionamento, bem como com as suas fichas de cadastro onde se encontra registado o historial de intervenções efectuadas sobre os referidos componentes. Para o presente estudo, de modo a possibilitar uma melhor análise da evolução do comportamento dos componentes, e para que a amostra em estudo fosse mais significativa, foram tidos em conta os dados das remoções prematuras desde o ano 2000 até à actualidade. Essa informação, retirada da base de dados da TAP, foi então cruzada com a informação contida nas fichas de cadastro de cada uma das unidades com vista à aferição das causas das remoções e à segregação dos dados não relevantes para o estudo. Foi assim possível determinar os modos de falha envolvidos e levar a cabo o respectivo tratamento estatístico com vista à determinação das frequências relativas e absolutas de cada um dos mesmos. Após o apuramento dos dados relevantes, foi usada uma ferramenta informática, o software Weibull ++, da Reliasoft, para tratamento dos dados de vida dos componentes, visando a determinação não só das distribuições de probabilidade que melhor se adequam aos dados em questão bem como da vida média do componente em cada análise efectuada. Para uma melhor avaliação foram usadas as seguintes abordagens: • Análise ao longo do tempo, usando a totalidade dos dados, filtrando os dados por intervalos de tempo de modo ser possível traçar uma evolução da exploração ao longo do período considerado; • Análise do comportamento em médio curso e longo curso, de cada uma das séries de cadeiras isoladamente; • Análise do comportamento de cada uma das séries, independentemente da aeronave em que se encontrem instaladas; • Análise global do comportamento das cadeiras, de modo a ser possível retirar um indicador global da exploração dos objectos de estudo.

Wells turbine: fiberglass flanges

A introdução desta tese começa por realizar um enquadramento do projecto em mão, apresentando a central de energia das ondas em que se encontram os componentes em fibra de vidro a projectar. Esta central usa o princípio de variação de coluna de água, e encontra-se localizada na ilha do Pico, Açores. São de seguida apresentados os objectivos deste trabalho, que consistem na selecção de materiais de fabrico dos componentes, desenvolvimento de uma metodologia para projectar juntas aparafusadas em materiais compósitos, dimensionamento e comparação de duas juntas concorrentes em materiais compósitos: junta solicitada à tracção e junta solicitada ao corte, validação da análise e estudo das causas dos vários tipos de falha destas juntas. A parte I deste trabalho é o resultado da pesquisa bibliográfica efectuada para levar a cabo os objectivos definidos. Assim, começa por se fazer uma descrição dos materiais e processos de fabrico que mais se adequam ao presente projecto, nomeadamente fibra de vidro, resinas, tecidos, impregnação manual, RTM e infusão por vácuo. Daqui resultou que os materiais mais adequados para esta aplicação são fibra de vidro do tipo E e resina polyester devido ao seu baixo custo e larga utilização em aplicações estruturais marinhas. O processo de fabrico mais eficiente é a infusão por vácuo devido á sua vocação para pequenas séries de produção, a poupança que permite em termos de mão-de-obra, a complacência com normas de emissão de voláteis e as boas propriedades das partes produzidas. No capítulo II da parte I são discutidos os tópicos relacionados com juntas em materiais compósitos. Da pesquisa levada a cabo conclui-se que as grandes vantagens das juntas aparafusadas são a sua facilidade de montagem e desmontagem, facilidade de inspecção e capacidade de ligar quaisquer tipos de materiais. Quanto à furação de compósitos é importante referir a necessidade de utilizar ferramentas resistentes e parâmetros de maquinação que minimizem o dano infligido aos laminados. Isto é possível através da selecção de ferramentas com passos baixos que reduzam igualmente a dimensão do seu centro estático responsável pela força axial exercida sobre o laminado - principal factor causador de dano. Devem-se igualmente utilizar baixas velocidades de avanço e elevadas velocidades de rotação. É importante salientar a importância da realização de pré-furação, de utilização de um prato de suporte na superfície de saída do laminado e a existência de ferramentas especialmente concebidas para a furação de compósitos. Para detectar e quantificar o dano existente num furo destacam-se os métodos de inspecção ultrasónica e a radiografia. Quanto aos parâmetros que influenciaram o comportamento de juntas aparafusadas destacam-se os rácios largura/diâmetro, distância ao bordo/diâmetro, espessura/diâmetro, pré-tensão, fricção, sequência de empilhamento e respectivas proporções, dimensão das anilhas e folga entre o parafuso e o furo. A pesquisa efectuada visando metodologias de projecto fiáveis ditou a necessidade de utilizar métodos que permitiram determinar o parafuso mais carregado de uma junta, efectuar o cálculo de tensões no mesmo, e ainda métodos que permitam determinar a primeira falha que ocorre no laminado bem como a falha final no mesmo. O capítulo III da primeira parte descreve os métodos de análise de tensões necessários para as metodologias de projecto utilizadas. Aqui é apresentada a teoria clássica da laminação, um método para determinação do parafuso mais carregado, um método analítico baseado na teoria da elasticidade anisotrópica de um corpo e o método dos elementos finitos. O método para determinar o parafuso mais carregado - análise global - consiste num modelo bidimensional de elementos finitos em que 2 laminados coincidentes são modelados com elementos lineares de casca com 4 nós, sendo a extremidade de um laminado restringida em todos os graus de liberdade e a extremidade oposta do segundo laminado carregada com a carga pretendida. Os laminados são ligados através de elementos mola que simulam os parafusos, sendo a sua constante de rigidez previamente calculada para este fim. O método analítico modela o contacto assumindo uma distribuição de pressão cosinoidal ao longo de metade do furo, e é válido para laminados simétricos e quasi-isotrópicos. O método dos elementos finitos é o que mais factores permite ter em conta, sendo os modelos tridimensionais com um elemento por camada os que melhor modelam o estado de tensões experienciado por uma junta aparafusada em materiais compósitos. O tópico de análise de falha é abordado no capítulo 4 da primeira parte. Aqui são apresentados os resultados do world wide failure exercice que compara vários critérios de falha existentes até 2004, fazendo-se referência a desenvolvimentos recentes que têm ocorrido nesta área. O critério de Puck surge como aquele que permite previsões de falha mais exactas. O critério de falha de Hashin 3D foi o escolhido para o presente trabalho, devido à sua facilidade de implementação num modelo de elementos finitos, à sua capacidade para detectar modos de falha subcríticos e à sua utilização em trabalhos anteriores que apresentaram previsões de falha muito próximas dos dados experimentais. Também neste capítulo se apresentaram os vários tipos de falha de uma junta aparafusada em materiais compósitos, apresentando as causas de cada uma. Por fim, na última secção, apresenta-se o método de dano progressivo que se desenvolveu para prever a primeira falha final do laminado. Este é muito interessante tendo permitido previsões de falha muito próximas dos resultados experimentais em trabalhos anteriores. Este método é iterativo e encontra-se dividido em 3 passos: Análise de tensões, análise de falha utilizando o critério de Hashin 3D e degradação de propriedades, de acordo com o tipo de falha detectada. Para além dos passos referidos, existe ainda um quarto responsável pelo fim da análise que consiste na aferição da existência ou não de falha final e respectivo tipo de falha (por pressão de contacto, por tensão ou por esforços de corte). No capítulo V da primeira parte é apresentado o resultado de uma pesquisa das normas de teste necessárias para obter as propriedades dos materiais requeridas para a aplicação dos métodos descritos neste trabalho. A parte II deste trabalho consiste na aplicação dos métodos apresentados na parte I ao caso concreto em estudo. Os softwares Microsoft Excel, Matlab e ANSYS foram utilizados para este fim. A junta começa por ser dimensionada estimando a espessura necessária do componente e o número e características dos parafusos. De seguida foi feita uma análise global à flange em estudo determinando a força suportada pelo parafuso mais carregado. Após esta análise desenvolveu-se um modelo tridimensional de elementos finitos da zona em que se encontra o parafuso mais carregado, utilizando elementos sólidos lineares e isoparamétricos de 8 nós e uma malha gerada pelo método directo. Aplicou-se a este modelo o algoritmo de dano progressivo descrito na primeira parte. Começou por se incluir explicitamente o parafuso, anilhas, pré-tensão e a modelação dos vários contactos com fricção posteriormente simplificado o modelo restringindo radialmente os nós da porção carregada do furo, excluindo os factores mencionados inicialmente. Procurou-se validar o modelo utilizando o método de cálculo de tensões descrito na primeira parte, desenvolvendo um programa em Matlab para o efeito. Tal não foi possível tendo-se incluído a tentativa realizada em anexo. Para efeitos de dimensionamento, desenvolveu-se um modelo de elementos finitos de duas dimensões da junta em causa, utilizando elementos de casca lineares de quatro nós isoparamétricos com uma espessura unitária. Através da análise de tensões efectuada com este modelo, e utilizando um método combinado programado em linguagem paramétrica, foi possível dimensionar as duas juntas concorrentes pretendidas. Este método combinado consistiu no cálculo de tensões em pontos localizados sobre uma curva característica e utilização de um critério de falha quadrático para cálculo da espessura necessária para a junta. O dimensionamento ditou que a junta solicitada à tensão necessita de pelo menos 127% das camadas e do custo de uma junta solicitada ao corte equivalente.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.

Análise computacional de juntas adesivas simples e duplas em materiais compósitos

Na presente dissertação tem-se como objectivo estudar dois dos métodos mais comuns de união adesiva de materiais compósitos laminados. Os métodos referidos são a junta sobreposta simples e a junta sobreposta dupla. A dissertação foi realizada usando o método de elementos finitos recorrendo ao software ABAQUS. Esta encontra-se dividida numa análise de tensões e numa análise dos modos de falha e da resistência das juntas. No que diz respeito à análise de tensões, são estudadas as distribuições de tensões e deformações para os dois tipos de juntas referidas, ao longo da linha média do adesivo. Esta análise de tensões tem em consideração a influência de vários parâmetros, como a espessura do adesivo, a espessura do aderente, o filete no aderente, o comprimento de sobreposição e a sequência de empilhamento, na distribuição de tensões na camada de adesivo. São também comparados as análises na qual se define o comportamento do adesivo como sendo elástico e noutra como sendo elasto-plástico. Relativamente à análise dos modos de falha e resistência da junta, além do modelo numérico que inclui elementos de interface, em conjunto com o ABAQUS, no sentido de prever a tensão de rotura e de simular o início e a propagação do dano que leva à rotura, é também efectuado uma análise analítica usando o critério de cedência para prever a força de rotura da junta. A validação de ambos os estudos foi efectuada comparando os resultados com artigos científicos ou relatórios já publicados.

Manutenção preventiva de um edifício hospitalar

Os Hospitais, equipamentos de interesse público, são edifícios cujos desempenho e disponibilidade das suas instalações e equipamentos podem comprometer a prestação de cuidados de saúde, pelo que nestes estabelecimentos, a Manutenção Preventiva assume um papel relevante. Nesse sentido, pretendeu-se nesta dissertação definir uma estratégia específica que permita efectuar o planeamento da manutenção preventiva de um edifício hospitalar, enquanto infraestrutura para desenvolvimento da actividade clínica. Para tal, foi efectuada uma pesquisa bibliográfica, com a qual se identificaram conceitos de manutenção e requisitos a serem tidos em conta na manutenção de edifícios hospitalares. Foi efectuada uma caracterização genérica do objecto de manutenção, limitada no âmbito desta dissertação às principais componentes dos sistemas de construção e das instalações de águas e esgotos, que podem integrar um edifício hospitalar actual, atendendo às especificações e recomendações técnicas vigentes para este tipo de edifícios. Foram identificados os objectivos e requisitos de manutenção nestes edifícios, estabelecidos pelas condições de funcionamento pretendidas, pelos critérios de durabilidade exigidos pelo Dono de Obra, pelo nível de desempenho funcional requerido para as suas componentes e pelo grau de operacionalidade imposto nas suas diferentes unidades funcionais. Tendo em consideração que a criticidade de uma componente não depende só do contexto operacional da área funcional em se insere mas também das consequências que o seu estado de funcionamento pode acarretar para a unidade funcional. Foi exemplificada a análise dos modos de falha, sua criticidade e seus efeitos para hierarquização do risco associado nas componentes estudadas. As fichas exemplificativas dos planos de manutenção preventiva, que se apresentam no âmbito desta dissertação para algumas componentes básicas, integram acções e procedimentos que derivam de uma análise aos seus modos de falha e seus efeitos, bem como de recomendações técnicas exigências da regulamentação em vigor.

A gestão de boas práticas da manutenção em equipamentos de anestesia

Mestrado em Gestão e Avaliação das Tecnologias em Saúde

Análise de risco e inspeções de segurança em elevadores, escadas mecânicas e tapetes rolantes

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica