Case de sucesso: Análise de estabilidade

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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. 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

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. O equipamento possui uma lança capaz de bascular  verticalmente paralelo à altura da pilha. 

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]

Para iniciar o estudo, o primeiro passo tomado foi 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. As demais estruturas compostas por chapas estruturais foram modeladas em elementos de casca e avaliadas conforme os critérios normativos internacionais. 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.

Após a modelagem, aplicação de cargas e condições de contorno, a máquina foi avaliada do ponto de vista estrutural. 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, enquanto 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. Ressalta-se que  cada aresta também é considerada um possível eixo de tombamento da recuperadora.

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

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. 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.

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

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

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Referências:

[1] Acervo KOT Engenharia.

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