Simulação fluidodinâmica computacional (CFD) na indústria de mineração
O uso da simulação na indústria de mineração possibilita melhorias significativas em processos e equipamentos, para que os profissionais da área possam desenvolver, verificar e implementar novas tecnologias especializadas relacionadas à inovação de processos, eficiência operacional, manutenção, melhores práticas, segurança e desenvolvimento sustentável.
Pesquisadores do Laboratório de Tecnologia Mineral (LTM) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) estão utilizando o software de simulação fluidodinâmica Ansys Fluent para desenvolver pesquisas na área de mineração, voltadas para modelagem de processos de manuseio e processamento de materiais sólidos, participando de projetos em parceria de grandes indústrias mineiras e metalúrgicas do Brasil.
Licença acadêmica para soluções Ansys
Os pesquisadores utilizam Ansys Fluent para realizar experimentos que combinam Fluidodinâmica Computacional (CFD) e Modelo de Fase Discreta (DPM) para melhorar a capacidade de simulação de sistemas de manuseio de minérios e outros produtos similares, além de simular processos de moagem.
Ansys Fluent é o software líder da área de dinâmica de fluidos, com recursos avançados para modelar fluxos laminares e turbulentos, bem como física mais complexa, incluindo fluxos multifásicos, reações químicas, radiação e dinâmica de partículas. O laboratório de tecnologia mineral contou com a licença Ansys Academic Research CFD, que oferece condições especiais para pesquisadores e universidades.
A ESSS e a Ansys possuem uma série de produtos voltados especificamente para professores e pesquisadores que deseja utilizar a tecnologia Ansys para fins didáticos, que permitem:
- Resolver problemas didáticos adequados para sala de aula
- Criar um Laboratório Virtual próprio e complementar as práticas de laboratório real
- Mesclar teoria e prática de simulação computacional e
- Formar pesquisadores habituados ao uso de tecnologia de alto desempenho
O programa de parcerias da ESSS com universidades tem como objetivo difundir o uso de ferramentas de simulação Computer Aided Engineering (CAE) na vida acadêmica dos futuros profissionais de tecnologia. Dessa maneira, a simulação começa a fazer parte dos conhecimentos dos engenheiros já no início da carreira, tornando-os mais aptos para o mercado de trabalho e incentivando a inovação tecnológica.
Projetos de mineração desenvolvidos pelo LTM utilizando Ansys Fluent:
Simulação do fluxo de ar sobre uma pilha de estoque
Neste caso, simulações CFD são utilizadas para o estudo da velocidade de ar, pressão e turbulência perto e sobre as pilhas de estoque e são gerados resultados-chave para o desenvolvimento de modelos de predição. Um dos principais mecanismos utilizados é a emissão de particulados que acontece nas pilhas de estocagem nos pátios das usinas de tratamento mineiro.
Simulação da emissão de particulado durante a descarga de correias transportadoras
O foco deste estudo é a emissão de particulado na descarga de correias transportadoras. O mecanismo é complexo, mas pode ser simulado utilizando o modelo de acoplamento CFD-DPM. A metodologia CFD resolve o comportamento do fluxo de ar enquanto a metodologia DPM permite acompanhar o movimento das partículas durante a queda, como elas interagem com o ar para predição da emissão de material particulado.
Fig.1 : Timelapse da descarga de pelotas de minério de ferro gerando emissão de particulado. Pontos azuis representam particulados (< 100 m) e pontos vermelhos representam pelotas de minério de ferro.
Simulação da elutriação de finos dentro de um forno de redução direta
Pelotas de minério de ferro são alimentadas para fornos de redução direta onde podem pode experimentar degradação mecânica durante o processo, gerando partículas finas que diminuem o rendimento do processo e a qualidade do produto. Simulações CFD são utilizadas para estudar o fluxo de ar e a queda de pressão dentro do forno. O fluxo multifásico é resolvido com a metodologia Kinetic Theory of Granular Fluids (KTGF), que permite predizer o intercâmbio de momentum entre as fases e o comportamento dos finos.
Simulação da degradação mecânica de pelotas de minério de ferro
Neste projeto, são utilizadas simulações acopladas de tipo CFD-DEM, junto com modelos de abrasão e quebra, na predição da degradação mecânica que experimentam as pelotas de minério de ferro durante o manuseio. A simulação do teste de degradação mecânica utilizada em usinas de tratamento de minérios para a previsão da degradação das pelotas.
Simulação do transporte de polpa dentro de moinhos
Para essa pesquisa, a simulação é utilizada para estudar o comportamento da polpa em diferentes tipos de moinhos. Os resultados obtidos são utilizados para descrever o efeito da classificação a modelos que estão sendo desenvolvidos atualmente para equipamentos de moagem.
Simulação da velocidade limite em túnel de vento
Este estudo permite conhecer a velocidade limite na qual as partículas pequenas são arrastadas pelo ar, gerando emissão de material particulado. As simulações acopladas de tipo CFD-DEM permitem estudar o comportamento de partículas pequenas numa superfície feita de partículas grandes.
