Introduction

Ore slurry tanks usually have agitators to homogenize the slurry before pumping it to the next stage of the material processing process. These agitators introduce cyclical forces into the side which, depending on the tank geometry, agitator rotation speed and power, can cause excessive vibrations in the equipment. These vibration levels can drastically reduce the useful life of the asset and generate a high risk of collapse due to crack propagation. In cases like these, vibration analysis by imaging the tank can provide crucial information for analyzing the situation, helping to propose reactive measures to mitigate the problem.

Case

The client found that his tanks, in a specific condition of slurry level and agitator rotation, had large vibration amplitudes visible to the naked eye. This vibration, in a short time of tank operation, was capable of causing cracks in the concrete base. Kot was therefore hired to assess the possible damage to the metal structure and propose solutions to mitigate the problem.

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. 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. Confira mais a respeito da análise de vibrações por imagem clicando aqui.

Figure 1: Vibration measurement with the IRIS camera.

Além disso, 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. 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.

Figure 2: Tank vibration - IRIS camera.

The figure below (Figure 3) shows an amplified image of the tank's vibration captured by the IRIS camera.

Figure 3: Amplified vibration of the tank - IRIS camera.

It was also observed that the vibration caused the bottom of the tank to lift in relation to the civil base, as shown in figure 4 below:

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

Os dados de vibração coletados em campo foram usados para calibração de uma análise de vibração forçada pelo método dos elementos finitos (MEF). 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.

Figure 5: Forced vibration analysis.

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. 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.

Solution

The solution presented was a change in the tank's operating procedure. For the critical slurry levels for vibration, a reduction in the agitator's rotation speed was proposed. This measure moves the frequency of the exciter source away from the natural frequency of the structure, reducing vibration on the side of the tank by around 40 times. With this change, no cracks are expected to appear in the structure during the useful life of the asset.

Vale 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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