A análise DEM em britagem móvel tem se tornado uma importante ferramenta para avaliação do escoamento de minério e otimização operacional em sistemas de mineração. Nesse sentido, continue a leitura e entenda como as simulações DEM auxiliaram na avaliação operacional da unidade de britagem móvel.

Britadores móveis

O conceito de unidade de britagem móvel não é novidade para os profissionais do ramo de mineração. No entanto, sua utilização só pôde ser mais difundida nos últimos anos, devido ao avanço nas áreas correlatas da engenharia. Quando comparados aos sistemas estacionários que contam com transportes por meio de caminhões fora de estrada, os britadores móveis apresentam, sobretudo, significativas vantagens, sendo as principais [1]:

• • Redução de custos;

• • Redução da força de trabalho necessária para a operação;

• • Diminuição do consumo de combustível;

• • Diminuição dos níveis de emissão de CO₂.

Visando a produção competitiva de minério, aliada às soluções mais sustentáveis, modernas e sem a utilização de caminhões fora de estrada para o transporte de materiais, um dos clientes da Kot desejava realizar o repotenciamento das capacidades nominais e de projeto de uma de suas unidades de britagem móveis, sendo de 9.500 para 10.500 e 11.500 para 12.600 toneladas por hora respectivamente. Esse sistema pode ser visto na Figura 1.

Figura 1: Vista geral do sistema de britagem móvel em questão. [2]

Dessa forma, com a alteração nas capacidades produtivas, nominal e de projeto, a variação da vazão mássica e da velocidade de operação dos transportadores nas máquinas impactam diretamente no comportamento do material nos chutes de recebimento e descarga das máquinas de mina.

A Kot foi responsável por diversos trabalhos nesse sistema de britagem móvel. Este artigo tem como objetivo dissertar sobre a verificação do alimentador de recebimento e de um chute intermediário de transferência de minério da unidade, por meio de simulações do método dos elementos discretos (DEM).

Modelagem tridimensional

Iniciando os trabalhos, a primeira etapa de desenvolvimento para a análise por elementos discretos, foi a elaboração dos modelos tridimensionais do alimentador e do chute intermediário de transferência de material. 

Por se tratarem de modelos de superfícies de escoamento de material, não foram modelados detalhes como portas e janelas de inspeção e outros dispositivos auxiliares. Tais componentes, em geral, não são considerados na análise, pois não influenciam o fluxo de material na estrutura de maneira significativa. 

Por exemplo, as Figuras 2 e 3 mostram alguns dos modelos elaborados.

Figura 2: Modelo tridimensional do alimentador. [2]

Figura 3: Modelo tridimensional do chute intermediário. [2]

Análises

Algumas das principais análises, por meio do método dos elementos discretos, realizadas para a unidade de britagem móvel estão expostas abaixo.

• • Material

A Kot recebeu ensaios de caracterização do material que é transportado e realizou a calibração do modelo do material a partir das suas características. 

Nesse sentido, a caracterização tem o objetivo de levantar propriedades do material que são parâmetros de entrada das simulações no software específico de análise DEM (propriedades da interação partícula-partícula e partícula-parede do chute). Além disso, os ensaios auxiliam no entendimento do escoamento do fluxo de minério.

• • Alimentador

A Figura 4 mostra a vista geral e o plano central do modelo DEM gerado para o alimentador.

Figura 4: Vista geral à esquerda e plano central à direita do modelo DEM do alimentador. [2]

Por conseguinte, a análise DEM do alimentador indicou as velocidades operacionais do equipamento para algumas das diversas condições de material que são processados pelo equipamento, sendo indicada um tipo de operação adequado para cada variação de material manuseado. 

Assim, os valores obtidos estão de acordo com a proposta de repotenciamento da unidade de britagem móvel e servem como referência para operação do equipamento.

• • Chute intermediário

A Figura 5 mostra a análise de entupimento do chute intermediário da unidade móvel de britagem.

Figura 5: Análise de entupimento do chute intermediário. [2]

Entretanto, as simulações com o projeto repotenciado mostraram que o chute não comportava o aumento da capacidade dos transportadores para as condições de operação, uma vez que foram identificados problemas relacionados ao entupimento. Por essa razão, indicou-se o reprojeto do componente.

Em relação às cargas na mesa de impacto, foi verificado que os roletes nessa região estão aptos a operar sob a nova capacidade. Ademais, a análise indicou que a chapa identificada como defletora não recebe impactos do fluxo de material.

Simulações X Condições reais

A capilarização das técnicas computacionais proporcionou tanto o refinamento das metodologias para suas execuções quanto a aceitação dos resultados obtidos por meio delas. No entanto, ainda hoje, é muito bem visto pelos engenheiros e gestores, resultados simulados que retratam de forma visual as condições reais de operação.

Nesse sentido, o Vídeo 1 exibe a comparação de uma filmagem da operação do alimentador da unidade de britagem móvel em questão com o resultado de sua análise DEM.

Vídeo 1: Comparação entre as condições de operação e o resultado da simulação DEM do alimentador. [2]

Conclusão

As simulações computacionais podem ser tanto complementadas com informações coletadas em campo durante a operação, quanto endossadas em comparação com as condições reais que exibem grandes similaridades. 

Em suma, a Kot pode auxiliar na realização de análises computacionais e levantamentos de campo. A empresa pode atuar em diversos setores da indústria, desde o de celulose até o de mineração, trazendo soluções adequadas para suas necessidades. Consulte também nossa equipe para mais informações!

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FAQ

1. O que são unidades de britagem móvel e por que elas estão substituindo sistemas tradicionais?

As unidades de britagem móvel (frequentemente integradas aos sistemas In-Pit Crushing and Conveying — IPCC) são estruturas que realizam o primeiro estágio de cominuição do minério diretamente na praça da mina. As principais vantagens em relação aos sistemas estacionários alimentados por caminhões fora de estrada incluem:

• Redução do Custo Operacional (OPEX): Diminuição drástica no consumo de diesel e na manutenção de frotas pesadas;

• Sustentabilidade: Redução expressiva na pegada de carbono e na emissão de CO₂ pelo uso de transporte elétrico por correias;

• Otimização de Mão de Obra: Exigência de menor contingente de operadores para movimentação de frota na mina.

2. Qual era o objetivo e a meta de repotenciamento do britador móvel analisado?

O objetivo principal do cliente era aumentar as taxas de processamento do sistema de britagem sem comprometer a estabilidade do fluxo de minério:

• Capacidade Nominal: Elevação de 9.500 t/h para 10.500 t/h (aumento de ~10,5%);

• Capacidade de Projeto: Elevação de 11.500 t/h para 12.600 t/h (aumento de ~9,5%).

Essas alterações exigiam validar se os componentes de transferência — especificamente o alimentador de recebimento e o chute intermediário — suportariam a nova taxa de vazão mássica e velocidade das correias.

3. Como o Método dos Elementos Discretos (DEM) auxilia na avaliação de sistemas de britagem?

O DEM é um método numérico computacional que calcula o movimento e a interação individual de milhões de partículas granulares entre si e com as paredes metálicas dos equipamentos. Em sistemas de britagem móvel, a análise DEM permite:

• Mapear trajetórias, velocidades e ângulos de impacto do minério;

• Identificar zonas de acúmulo e risco de entupimento (plugging);

• Avaliar o desgaste em chapas de revestimento e o impacto sobre roletes das mesas de apoio;

• Testar variações operacionais sem necessidade de paradas de planta ou testes com protótipos físicos.

4. Como é realizada a calibração do material no software de simulação DEM?

Para que o modelo computacional represente fielmente a realidade da mina, são utilizados ensaios de caracterização física do minério transportado. Esses dados determinam os parâmetros de entrada no software, tais como:

• Coeficientes de atrito estático e dinâmico (partícula-partícula e partícula-parede);

• Coeficiente de restituição (elasticidade do impacto);

• Distribuição granulométrica e formato das partículas;

• Umidade e coesão do material.

A correta calibração garante que o comportamento do minério simulado seja equivalente ao escoamento observado no ambiente operacional real.

5. Quais foram as conclusões da análise DEM para o alimentador de recebimento?

A simulação confirmou que o alimentador de recebimento possui capacidade física para operar na nova condição repotenciada. A análise determinou as faixas de velocidade operacional ideais para diferentes tipologias de minério processado, fornecendo um guia seguro para a equipe de operação ajustar o equipamento conforme a variabilidade da tipologia vinda da lavra.

6. Qual problema foi identificado no chute intermediário de transferência e qual foi a solução indicativa?

Durante a simulação no cenário repotenciado (12.600 t/h no limite de projeto), o modelo DEM identificou que a geometria do chute intermediário não comportava o volume aumentado do fluxo de minério, apresentando um ponto severo de entupimento e bloqueio de fluxo.

• Resultado das Mesas de Impacto: Os roletes da mesa de apoio e as chapas defletoras foram aprovados, pois não recebiam impactos diretos nocivos;

• Recomendação: A Kot Engenharia recomendou o reprojeto geométrico do chute intermediário para adequar sua seção transversal ao novo perfil de escoamento antes da implementação do aumento de carga.

7. Como a validação visual entre a simulação DEM e a operação real reforça a confiabilidade do diagnóstico?

A comparação direta entre filmagens em alta velocidade da operação em campo e as animações geradas pelo software DEM mostrou alta convergência nas trajetórias do material e no perfil do leito. Essa validação visual comprova a precisão do modelo calibrado, dando segurança aos gestores para tomarem decisões de investimento em modificações estruturais com base nos resultados computacionais.

Referências:

[1] DEAN, M. et al. Selection and planning of fully mobile in-pit crusher and conveyor systems for deep open pit metalliferous applications. In: AusIMM 2015 3rd International Future Mining Conference, Sydney, NSW, Australia. 2015. p. 4-6.

[2] Acervo Kot