Como a indústria de mineração pode melhorar sua eficiência usando ferramentas de simulação
A mineração é uma indústria cada vez mais voltada para a tecnologia, possibilitando melhorias significativas em processos e equipamentos, criando também uma nova geração de práticas de mineração com foco em segurança, automação, eficiência energética, administração ambiental e gerenciamento de custos.
O uso da simulação de engenharia na indústria de minas provou ser fundamental para auxiliar as indústrias a equilibrar o tempo, o preço, a sustentabilidade e as pressões de qualidade. Os engenheiros são desafiados constantemente a otimizar os processos de exploração e transporte, aprimorar operações de equipamentos, melhorar as contribuições das minas de baixo rendimento, a produção e o comportamento estrutural dos metais.
Assim, a simulação de engenharia ajuda empresas de mineração de todo o mundo a desenvolver, verificar e implementar novas tecnologias especializadas relacionadas à inovação de processos, eficiência operacional, manutenção, melhores práticas, segurança e desenvolvimento sustentável.
Assista ao webinar Simulação na mineração: melhorando a performance de equipamentos e processos e descubra como vencer os desafios de engenharia no setor.
Aplicações da simulação em equipamentos ativos
As grandes companhias do setor já aplicam as ferramentas de simulação, avaliando o desempenho dos seus equipamentos com uma série de materiais e em cada segmento da operação. Além de melhorar os processos na indústria de metais e mineração, com o uso de softwares de simulação é possível prever o comportamento e avaliar o desempenho e, assim, otimizar diversos tipos de equipamentos, como:
Moinhos
Simulação de um moinho mostrando a modificação do desgaste da superfície:
Britadores
Simulação de partículas em um britador:
Chutes de transferência
Alimentadores
Peneiras vibratórias
Análise de uma peneira vibratória através da simulação:
Misturadores
Elevadores
Transportadores helicoidais
Caminhões
Retroescavadeiras
Máquinas que trabalham com materiais particulado
Vantagens da simulação
O software de simulação de partículas de última geração Ansys Rocky é capaz de atingir metas críticas de PD&I, como redução de custos e de falhas inesperadas, prolongamento da vida útil de equipamentos, manutenção preventiva, aperfeiçoamento de produtos e desenvolvimento de processos, através do acoplamento com as ferramentas de análise estrutural e fluidodinâmica Ansys Mechanical e Ansys Fluent.
Acoplamento em uma retomadora de roda de caçambas utilizando o Ansys Rocky e o Ansys Mechanical:
Aumento na produtividade
Uma produção parada por culpa de um projeto que não foi bem planejado pode custar milhares de dólares em um único dia. Esse é apenas um exemplo de problemas típicos na mineração, que podem ser reduzidos significativamente ou evitados como uso da simulação. Ela pode ser aplicada para prever o comportamento, estudar correções e promover melhorias em processos e em equipamentos, prolongando sua vida útil:
- Diminuir obstruções em chutes
- Aumentar o rendimento de moinhos
- Determinar o ponto ideal para o transporte de fluidos
- Reduzir paradas inesperadas
- Encontrar frequências de vibração ideais, reduzindo falhas de rolamentos ou de solda de equipamiento
Assista no vídeo abaixo como fazer uma análise e otimização de chutes de transferência com Ansys Rocky:
A CODELCO – Corporación Nacional Del Cobre, estatal chilena de exploração de cobre, responsável por 11% da produção mundial e 34% do cobre produzido no Chile, aplicou o Ansys Fluent em seus fornos de fusão e conversão de fusão para obter cobre de alta pureza. Com a ferramenta, foi possível para quantificar velocidades e temperaturas no interior do circuito, composição química dos gases (SO2), fluxo de calor e potência térmica para diferentes condições operacionais.
Neste caso, a simulação foi alimentada com dados do sensor dentro do próprio equipamento. Estudando a eficiência das câmaras de refrigeração em diferentes condições através da simulação, a empresa conseguiu melhorar o resfriamento adequado dos gases metalúrgicos dos conversores Teniente e Pierce-Smith. A estimativa de erro ficou próxima a 13%, mostrando a confiabilidade das simulações como indicadores comportamentais.
Já a Vale, maior produtora de minério de ferro do mundo, conseguiu um retorno econômico de mais de US$ 100 milhões em apenas três meses implantando projetos desenvolvidos com ferramentas Ansys Rocky. Simulando em conjunto o comportamento de partículas esféricas e não esféricas de diferentes tamanhos, a Vale mediu as forças de impacto nos equipamentos a partir das rochas nos equipamentos e calculou a velocidade de escoamento do minério.
O uso combinado dos softwares Ansys melhorou a eficiência e reduziu a necessidade de limpeza frequente da grade na tela das tremonhas de várias plantas.
Conforme Ueld José da Nobrega, Engenheiro de Manutenção e Automação Industrial da empresa, “o uso de ferramentas de simulação pode quantificar as melhorias e os ganhos do projeto. Isso é vantajoso porque a mineração usa equipamentos grandes que, sem simulação em computador, podem custar milhões para o desenvolvimento e teste de protótipos.
Resultados precisos de simulação podem advogar pelas mudanças e atualizações necessárias, com a garantia de um retorno do investimento.”
Veja o estudo de caso da RESEMIN e saiba como a empresa utiliza simulação para fabricar equipamentos para mineração.
Manutenção preditiva e proativa
Avaliar equipamentos em operação também é um desafio importante na indústria de metais e mineração. Nestes casos, uma manutenção preventiva através de softwares de simulação pode trazer grandes ganhos, analisando sua condição e descobrindo possíveis falhas antes que elas aconteçam.
A simulação diminui as paradas inesperadas, podendo avaliar esforços e deformações por análises estáticas e dinâmicas, conferir a distribuição de temperaturas e tensões térmicas, fazer análises com não linearidades de material, geométrica e de contato e análises de fadiga e fratura (tolerância ao dano). Com base nestes dados, um engenheiro consegue aumentar a eficiência de equipamentos, reduzir custos e otimizar processos.
A CODELCO, por exemplo, precisava modelar e propor melhorias no projeto do canal de entrada do concentrado de cobre para um dos seus conversores de fusão. Utilizando o software Rocky DEM, a empresa conseguiu recriar a situação original de desgaste na entrada do conversor e, com os mesmos parâmetros, a geometria e o arranjo da operação foram modificados para se obter resultados confiáveis.
A duração da placa de desgaste aumentou de 8 horas para 1 semana, uma operação que exigia 1 hora de máquina parada e 2 trabalhadores. Além da evidente redução de custos devido ao menor desgaste do material e à diminuição de paradas não programadas, a CODELCO conseguiu aumentar a confiabilidade do equipamento e melhorar a eficiência do sistema.
Segurança e sustentabilidade
Um acidente causa queimaduras com ácido em alta temperatura na pele de um trabalhador e contamina rios, solo e subsolo. Um vazamento de gases provoca intoxicação de populações vizinhas à indústria e dano ao ecossistema. Situações como estas devem ser evitadas a todo custo em uma indústria de mineração, sob pena de gerarem multas, danos a pessoas, equipamentos e à produção. Nesses casos, também é fundamental ter a simulação como aliada, prevendo não apenas a fadiga em materiais, mas também fenômenos que afetam equipamentos e estruturas. Podemos citar como exemplos:
- Ressonância
- Flambagem
- Fratura dúctil (sobrecarga)
- Cargas dinâmicas
- Efeitos térmicos
- Desgaste
- Corrosão
- Falha nos critérios de aplicação dos coeficientes de segurança
- Falha de material
- Intervenção de terreno (mudança nas condições de projeto)
A CODELCO chilena se viu frente ao desafio de melhorar uma condição de trabalho insegura para as vida humanas e para o próprio negócio, durante a utilização de cubetas de transporte de cobre líquido. O problema, neste caso, era a possibilidade de desengate do acoplamento yoke-cubeta. Utilizando a ferramenta Ansys Mechanical, foi possível realizar um projeto seguro, capaz de evitar perdas de material fundido e da continuidade na operação, trazendo segurança para os trabalhadores e posicionando a empresa como líder em solução de problemas em mineração no mercado.
Com todos esses exemplos, fica claro o valor e as vantagens da simulação para indústrias de mineração. Uma ferramenta aliada para a constante tomada de decisões de operadores de planta e de manutenção, que precisam estar à frente no mercado, melhorando índices como custos de manutenção e produção, disponibilidade dos equipamentos, segurança da operação, entre outros.
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