Introdução

Em geral, tanques de polpa de minério possuem agitadores para realizar a homogeneização da polpa antes do bombeamento para a próxima etapa do processo de beneficiamento do material. Nesse sentido, esses agitadores introduzem forças cíclicas no costado que, dependendo da geometria do tanque, velocidade de giro do agitador e potência, podem causar vibrações excessivas no equipamento. Como resultado, esses níveis de vibrações podem reduzir drasticamente a vida útil do ativo e gerar um risco elevado de colapso por propagação de trincas. Dessa forma, em casos como esse, a análise de vibração por imagem do tanque é capaz de fornecer informações cruciais para a análise da situação, auxiliando na proposição de medidas reativas para mitigar o problema.

Case

Inicialmente, o cliente constatou que seus tanques, em uma condição específica de nível de polpa e rotação do agitador, apresentavam grandes amplitudes de vibração visíveis a olho nu. Como consequência, essa vibração, em pouco tempo de operação do tanque, foi capaz de causar trincas na base de concreto. Portanto, a Kot foi contratada para avaliar os possíveis danos a estrutura metálica e propor soluções para mitigar o problema.

Para medir a vibração do equipamento em campo, a Kot utilizou a tecnologia de amplificação de movimento fornecida pela câmera IRIS MTM da RDI Technologies. Além disso, a aplicação da câmera IRIS para esse caso é muito vantajosa, pois permite a medição da vibração de vários pontos do tanque em apenas alguns minutos, determinando frequências de vibração do tanque e os deslocamentos em diversos pontos determinados da estrutura. Para mais detalhes, confira a respeito da análise de vibrações por imagem clicando aqui.

Figura 1: Medição de vibração com a câmera IRIS.

Ademais, é possível determinar qual é o modo complexo em que a estrutura está vibrando em poucas gravações ao redor do tanque. Para obter esse modo de vibração com métodos tradicionais de medição, como acelerometria, seria necessária a instalação de vários acelerômetros ao mesmo tempo ao redor de todo o costado. Nesse caso, isso seria inviável para o caso, devido ao tempo necessário para instalação dos sensores no tanque e tempo necessário para fazer o processamento dos sinais.

Figura 2: Vibração do tanque – Câmera IRIS.

Por exemplo, na figura abaixo (Figura 3) é possível observar uma imagem amplificada da vibração do tanque capturada pela câmera IRIS.

Figura 3: Vibração amplificada do tanque – Câmera IRIS.

Adicionalmente, observou-se que a vibração causava um levantamento do fundo do tanque em relação à base civil, conforme figura 4 abaixo:

Figura 4: Levantamento do fundo do tanque – Câmera IRIS.

Em seguida, os dados de vibração coletados em campo foram usados para calibração de uma análise de vibração forçada pelo método dos elementos finitos (MEF). Assim, a análise MEF forneceu dados de deslocamento, tensão e deformação para todos os pontos do tanque, sendo possível mensurar os efeitos da vibração observada em campo na estrutura.

Figura 5: Análise de vibração forçada.

Por conseguinte, uma análise de fadiga de alto ciclo da estrutura do tanque demonstrou que a condição de vibração medida em campo, é severa o suficiente para reduzir a vida útil do tanque. Nessas condições, caso o equipamento opere nessa condição por cerca de 200 horas, existe o risco de aparecimento de trincas nas soldas do costado, comprometendo a integridade estrutural do ativo.

Solução

Dessa forma, a solução apresentada foi uma mudança no procedimento operacional do tanque. Para os níveis de polpa críticos para vibração, foi proposta uma redução da velocidade de giro do agitador. Com isso, esta medida afasta a frequência da fonte excitadora da frequência natural da estrutura, reduzindo em cerca de 40 vezes a vibração no costado do tanque. Assim, com essa alteração, não se espera surgimento de trincas na estrutura durante a vida útil do ativo.

Cabe destacar que, essa simples modificação não gera impactos na produtividade da operação do cliente, visto que a nova velocidade selecionada para o agitador não compromete a qualidade de homogeneização da polpa. Além disso, evita os custos relacionados a instalação de reforços, que incluem tanto a construção desses, quanto o lucro cessante pela paralização do ativo.

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FAQ

1. O que é a tecnologia de amplificação de movimento (câmera IRIS M™) e por que ela supera a acelerometria tradicional nesse caso?

A tecnologia de amplificação de movimento utiliza processamento avançado de vídeo para detectar deslocamentos imperceptíveis ou sutis na estrutura e amplificá-los visualmente em tempo real.

Parâmetro	Acelerometria Tradicional	Análise por Imagem (Câmera IRIS M™)
Tempo de Instalação	Elevado (exige fixação de dezenas de sensores e cabos).	Instantâneo (medição óptica à distância, sem contato).
Mapeamento de Campo	Pontual (restrito aos locais onde há acelerômetros).	Global (cada pixel do sensor da câmera atua como um ponto de medição).
Visualização do Modo	Exige interpolação complexa e demorada de sinais.	Exibe visualmente o modo de vibração real do equipamento em minutos.

 

2. Quais foram os principais sintomas e anomalias detectados no tanque de polpa?

Em determinadas condições operacionais (combinação específica de nível de polpa e rotação do agitador), o tanque apresentava amplitudes de vibração visíveis a olho nu. Os principais achados em campo foram:

• Trincamento precoce na base de concreto: A energia vibracional transmitida causou danos estruturais na fundação civil em pouco tempo de operação;

• Levantamento do fundo do tanque (lifting): As imagens amplificadas revelaram que a deformação dinâmica fazia com que o fundo metálico do tanque se separasse temporariamente da base rígida durante os picos do ciclo de vibração.

 

3. Como os dados da câmera foram integrados à Análise por Elementos Finitos (MEF) e à avaliação de fadiga?

Os deslocamentos e frequências capturados pela câmera IRIS M™ serviram para calibrar com precisão o modelo computacional do tanque no software MEF. A partir dessa calibração, foi realizada uma Análise de Vibração Forçada:

1. Mapeamento de Tensões: Identificou-se a distribuição exata de tensões e deformações cíclicas ao longo de todo o costado metálico;

2. Análise de Fadiga de Alto Ciclo: Os cálculos demonstraram que manter o equipamento operando na condição crítica por cerca de 200 horas resultaria no surgimento de trincas nas soldas do costado, com risco iminente de vazamento ou colapso estrutural.

 

4. Qual foi a solução recomendada e quais foram os impactos operacionais e financeiros?

A solução eliminou a causa raiz — a ressonância entre a frequência de giro do agitador e a frequência natural do tanque — por meio de uma ajuste no procedimento operacional:

• Ação: Redução da velocidade de rotação do agitador exclusivamente durante as faixas críticas de nível de polpa;

• Atenuação de Vibração: Diminuição de cerca de 40 vezes na amplitude de vibração do costado;

• Desempenho do Processo: A homogeneização da polpa e a produtividade da planta mantiveram-se 100% preservadas;

• Ganho Financeiro: Evitou-se o custo de fabricação de reforços metálicos e, principalmente, o lucro cessante (prejuízo decorrente da paralisação da linha para obras).