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Como a indústria de mineração pode melhorar sua eficiência usando ferramentas de simulação

Indústria Mineração e Metalurgia

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.

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:

  • Alimentadores

  • Peneiras vibratórias
  • Misturadores

  • Elevadores

  • Transportadores helicoidais

  • Caminhões

  • Retroescavadeiras

Confira como a simulação economizou tempo e dinheiro para a fabricante das maiores máquinas de perfuração da América Latina.

Vantagens da simulação

O software de simulação de partículas de última geração Rocky DEM 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 MechanicalAnsys Fluent

Acoplamento em uma retomadora de roda de caçambas utilizando o Rocky DEM e o Ansys Mechanical.

Simulação de um moinho mostrando a modificação do desgaste da superfície.

Análise de uma peneira vibratória através da simulação.

Simulação de partículas em um britador.

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

Análise e otimização de chutes de transferência com o Rocky DEM.

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 Rocky DEM. 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 do software Ansys com o Rocky DEM 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 como a RESEMIN fabrica equipamentos para mineração utilizando simulação.

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.

Saiba como resolver os problemas mais comuns em equipamentos de transporte na mineração.

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.



Engenheiro Civil Mecânico - ESSS

Formado pela Universidade de La Serena, Chile, é Engenheiro Civil Mecânico com conhecimento em simulação avançada (FEA, CFD e DEM). Inside Sales na ESSS desde 2019, atendendo o mercado comercial do Chile e os mercados acadêmicos do Chile, Argentina, Paraguai e Uruguai.


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