Utilizadas em pátios de estocagem e homogeneização de minério, mais conhecidas como máquinas de pátio, são ativos de grande porte e importância para as mineradoras. Esses equipamentos são responsáveis pelo manuseio dos materiais em operações de construção ou recuperação de pilhas. Sendo assim, este artigo aborda o trabalho realizado pela empresa na análise de estabilidade de uma recuperadora de minério.

O Blog da Kot possui um texto expositivo sobre a análise estrutural de uma dessas máquinas e você pode conferi-lo aqui.

Introdução

Nesse sentido, a Kot assumiu a responsabilidade de analisar uma recuperadora tipo roda de caçamba. O equipamento encontra-se em operação desde 2006 e manuseia minério de ferro com grande capacidade. Durante a operação, a máquina é capaz de transladar paralelamente às pilhas de material e também girar em torno do seu próprio eixo. Além disso, o equipamento possui uma lança capaz de bascular verticalmente paralelo à altura da pilha. 

Para isso, as análises computacionais foram elaboradas utilizando software FEM. O modelo computacional tridimensional da recuperadora pode ser visualizado na Figura 1.

Figura 1: Modelo 3D da recuperadora em elementos finitos. [1]

Primeiramente, foi feita a modelagem da recuperadora em elementos finitos. As estruturas da máquina compostas por perfis estruturais foram modeladas em elementos de barras e verificadas estaticamente segundo as recomendações estabelecidas em norma. Da mesma forma, as demais estruturas compostas por chapas estruturais foram modeladas em elementos de casca e avaliadas conforme os critérios normativos internacionais. Por exemplo, alguns dos carregamentos considerados na análise encontram-se listados abaixo.

• • Peso próprio da estrutura metálica e dos equipamentos instalados;

• • Carga de material no transportador de correia;

• • Efeitos dinâmicos de transporte do material na correia;

• • Sobrecarga nas escadas, passadiços, plataformas e coberturas;

• • Cargas devido ao vento de operação;

• • Entupimento de chute.

Posteriormente, após a modelagem, aplicação de cargas e condições de contorno, a máquina foi avaliada do ponto de vista estrutural. Inclusive, maiores detalhes dessa análise podem ser encontrados no case de sucesso abaixo.

Caso de Sucesso: Análise Estrutural de uma Máquina Recuperadora de Minério

Análise de estabilidade

A análise de estabilidade global consiste em avaliar a possibilidade de tombamento de uma máquina. Para isso, é calculado o índice de segurança relativo à estabilidade, definido por norma, para todas as combinações de carregamentos e situações de operação relevantes para o estudo.

Foram realizados dois estudos de estabilidade distintos para a recuperadora, um considerando apenas a massa girante e outro com a máquina completa. A primeira análise verificou se existia risco de o dispositivo de antitombamento ser requisitado, ao passo que a segunda analisou o risco do tombamento completo da máquina.

A Figura 2 mostra o polígono de estabilidade avaliado na análise de estabilidade da parte superior da máquina. Cada aresta do polígono é considerada um possível eixo de tombamento que acionaria o dispositivo antitombamento.

Figura 2: Polígono de estabilidade considerado na análise da estrutura giratória. [1]

A Figura 3 ilustra o polígono de estabilidade avaliado na análise de estabilidade da máquina completa. Da mesma forma, cada aresta também é considerada um possível eixo de tombamento da recuperadora.

Figura 3: Polígono de estabilidade considerado na análise da recuperadora completa. [1]

Além disso, a fim de validar os esforços e o modelo criado, a Kot realizou a instrumentação de extensômetros em pontos do sistema de translação do equipamento. Em seguida, após a instalação dos sensores, foi executada a operação comandada pela equipe da empresa, realizando o giro do equipamento com o intuito de variar as solicitações em cada perna do portal para a coleta das variações das deformações via extensometria.

Por conseguinte, os resultados obtidos em ambas análises de estabilidade foram positivos e a máquina foi aprovada sob esse ponto de vista. Ressalta-se que durante a análise foi constatado que o sistema de antitombamento não seria acionado e nas duas análises todos os índices de solicitação encontrados foram inferiores ao de segurança. 

Além disso, os dados obtidos por meio da instrumentação de campo mostraram-se cruciais para a validação do estudo, pois com isso foi possível determinar o centro de gravidade do equipamento com o auxílio do modelo gerado em elementos finitos.

Conclusão

Em suma, a análise de estabilidade de máquinas de pátio é um estudo extremamente importante para as empresas. Afinal, tombamentos de  equipamentos como esses podem causar acidentes catastróficos, gerando fatalidades, paradas de produção e prejuízos financeiros inestimáveis.

A Kot possui grande interesse e um leque amplo de conhecimentos para estudar diversos contextos de engenharia. Consulte nossa equipe para mais informações!

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FAQ

1. Qual a função da recuperadora do tipo roda de caçamba no pátio de minério?

A recuperadora de minério é uma máquina de pátio de grande porte responsável pelo manuseio e recolhimento do material em pilhas de estocagem e homogeneização. O equipamento analisado atua no transporte de minério de ferro e realiza três movimentos principais: translação paralela às pilhas, giro em torno do próprio eixo e basculamento vertical da lança.

2. Como foi construído o modelo em elementos finitos (FEM) da máquina?

A modelagem tridimensional dividiu a estrutura de acordo com a geometria dos componentes:

• Elementos de barra: Utilizados para representar os perfis estruturais da maquina;

• Elementos de casca (shell): Utilizados para modelar as estruturas compostas por chapas metálicas.

Essa abordagem permitiu avaliar com precisão as tensões e os deslocamentos em cada trecho da estrutura de acordo com as normas internacionais.

3. Quais carregamentos operacionais e críticos foram considerados na simulação?

A simulação estrutural e de estabilidade submeteu o modelo a diversas combinações de cargas, incluindo:

• Peso próprio da estrutura metálica e sistemas mecânicos/elétricos;

• Carga de minério no transportador de correia e efeitos dinâmicos de transporte;

• Sobrecarga em escadas, passarelas, plataformas e coberturas;

• Cargas provocadas pelo vento de operação;

• Eventos de entupimento de chute de transferência.

4. Como foram estruturados os dois estudos de estabilidade global?

O estudo abordou a estabilidade sob duas perspectivas complementares:

1. Análise da Estrutura Giratória (Massa Girante): Avaliou se as variações de carga na parte superior da máquina teriam capacidade de acionar o dispositivo mecânico antitombamento;

2. Análise da Máquina Completa: Avaliou o equilíbrio global de todo o equipamento (incluindo o portal de translação) para verificar o risco de tombamento geral da estrutura.

5. O que são os polígonos de estabilidade e qual seu papel na análise?

Os polígonos de estabilidade são representações geométricas onde cada aresta delimita um possível eixo de tombamento do equipamento. A análise computacional verifica se o vetor resultante de forças e a posição do Centro de Gravidade (CG) permanecem dentro das margens normativas de segurança em relação a cada um desses eixos durante todas as etapas do ciclo de operação.

6. De que maneira a extensometria de campo ajudou a validar a simulação?

A equipe instalou extensômetros no sistema de translação (pernas do portal) e realizou manobras comandadas de giro da máquina. A medição das variações de deformação real permitiu mapear as reações nos apoios sob diferentes ângulos da lança, sendo fundamental para calibrar o modelo computacional e determinar com precisão a posição do Centro de Gravidade (CG) do equipamento.

7. Quais foram as conclusões do estudo em relação à segurança do equipamento?

Os resultados de ambas as análises de estabilidade foram plenamente satisfatórios. Ficou demonstrado que o sistema de antitombamento não seria acionado sob condições operacionais previstas e que todos os índices de solicitação encontrados no modelo ficaram abaixo dos limites de segurança normativos, atestando a integridade do ativo.

Referências:

[1] Acervo Kot Engenharia.