A indústria de mineração exerce um papel fundamental em setores econômicos de grande relevância no Brasil.
Além da produção para abastecimento interno, o país possui uma forte relevância no mercado internacional. O setor representa cerca de 4% do PIB brasileiro e é responsável por aproximadamente 20% das exportações nacionais.
Em 2024, a mineração brasileira movimentou mais de R$ 270 bilhões, destacando-se na balança comercial, especialmente com minérios de ferro, ouro, bauxita e nióbio. Estados como Minas Gerais, Pará, Goiás e Bahia são centros importantes da mineração no país.
A arrecadação de royalties da mineração (CFEM) atingiu mais de R$ 7,5 bilhões em 2024, representando um aumento significativo em relação aos anos anteriores. Esse recurso é crucial para financiar infraestrutura, educação e saúde em municípios mineradores.
O ciclo produtivo da mineração brasileira envolve várias etapas sofisticadas, que incluem perfuração, desmonte, transporte, britagem, moagem, flotação e fundição. Importantes empresas da área vêm demonstrando cada vez mais compromisso do setor com a sustentabilidade.
O investimento em projetos como viveiros comunitários, proteção e cercamento de nascentes, recuperação ambiental e doação de mudas representam esta responsabilidade.
Dentro deste contexto, o método de simulação em CFD tem se tornado uma ferramenta fundamental para a modernização e otimização da indústria de mineração.
Esse método permite a modelagem e análise detalhada do comportamento de fluidos e partículas em diferentes processos mineradores, oferecendo soluções precisas, proporcionando eficiência operacional e sustentabilidade.
STEEL ROLLING, JL Engenharia & Software e SIEMENS – Parceria em Aplicações de Simulação para Otimização de Equipamentos e Processos de Mineração
O uso de simulação CFD é amplamente utilizado em diversos setores industriais, com foco em otimização de processos, sendo crucial em um cenário onde se busca maior eficiência com menor custo.
Com perfil inovador, a STELL ROLLING, empresa com grande experiência na fabricação de equipamentos do setor, identificou uma oportunidade de otimizar seus equipamentos visando oferecer soluções mais eficientes e customizadas para seus clientes na indústria de mineração.
Desde 2024, a empresa utiliza o software SIEMENS STAR-CCM+ no desenvolvimento de produtos como agitadores de polpa de minério e peneiras interestágio.
A utilização do software permite testar virtualmente melhores configurações operacionais, permitindo um equipamento com maior performance aos clientes.
“A utilização do STAR-CCM+, aliado ao apoio técnico da JL Engenharia & Software, nos permitiu identificar condições críticas de operação de nossos agitadores, definindo as melhores condições de bombeamento de polpa nos tanques. Adicionalmente, conseguimos hoje fabricar peneiras interestágio que consomem menos potência energética do que nossos concorrentes. Isso vai ao encontro com nossa estratégia de entregar maior eficiência energética aos nossos clientes” Felipe Lozano, Diretor de Engenharia, STEEL ROLLING.
Agitadores de polpa de minério
Os agitadores industriais servem para possibilitar a homogeneização, suspensão e mistura de fluidos. O impelidor é o componente central do equipamento, composto por um conjunto de pás que rotacionam durante o acionamento.
Na parte inferior do tanque, é possível ser acoplado uma entrada de gás para homogeneização e reações de oxidação da polpa.
A análise do agitador da Steel Rolling através do STAR-CCM+ é realizada principalmente a fim de se obter valores de bombeamento e potência. Estes parâmetros nos indicam a eficiência da mistura da polpa e o consumo energético do equipamento, respectivamente.
Adicionalmente a estas análises, as ferramentas presentes no STAR-CCM+ permitem uma análise visual de comportamento do caso, como campos de velocidade e pressão.
Para os casos com injeção de gás, o software possui modelos de análise multifásica para uma melhor abordagem, permitindo identificar a interação entre polpa e ar.
Através de visualização da fração volumétrica de polpa e gás no modelo, por exemplo, é possível analisar pontos que estão influenciando de forma positiva ou negativa a eficiência do agitador, assim como a melhor forma de inserir ar no tanque.
Como uma análise complementar, podemos, dentro do STAR-CCM+, utilizar o carregamento de cargas nas pás provenientes da polpa para realizar uma análise estrutural nos componentes. Indicativos como valores máximos de tensão e modos de vibração podem ser de grande interesse para monitorar os pontos mais exigidos mecanicamente na estrutura.
Peneira Interestágio
Assim como o agitador industrial, a peneira interestágio integra o portfólio de equipamentos da Steel Rolling. Ele encontra-se acoplado na região superior do tanque do agitador e serve para separar o carvão ativado da polpa, direcionando a polpa para o tanque subsequente no processo de beneficiamento da polpa de minério.
Este equipamento possui uma tela em um formato cilíndrico, que facilita o fluxo e permite uma distribuição homogênea da polpa. Uma gaiola rotativa acoplada externamente permite uma varredura do carvão e polpa na tela, impedindo o bloqueio da tela e garantindo um fluxo contínuo.
O movimento rotativo das pás, que se encontram acopladas a um eixo central, permite a suspensão do material, que é levado para a saída da voluta.
Como o rotor realiza uma função de bombeamento da mistura, é necessário se obter um ponto de operação ideal para o equipamento. A abordagem para o caso de simulação CFD de uma peneira interestágio leva em conta a perda de carga promovida pela tela, além do ganho de pressão produzido pelo rotor.
A simulação CFD neste caso é fundamental, principalmente para uma análise de campos de pressão e consumo de potência do equipamento.
Com o STAR-CCM+ podemos utilizar modelos apropriados para simular a passagem da polpa através da tela e a suspensão deste material.
A aplicação do método CFD na indústria de mineração brasileira representa um avanço significativo na busca por maior eficiência operacional, segurança e sustentabilidade.
Em um setor que contribui com cerca de 4% do PIB nacional e movimenta bilhões de dólares anualmente, otimizar processos é fundamental para manter a competitividade global e reduzir impactos ambientais.
A aplicação da simulação CFD na indústria de mineração, encontrada no desenvolvimento de equipamentos como agitadores de polpa de minério e peneiras interestágio, proporciona inúmeros benefícios.
Por meio do STAR-CCM+, é possível se obter uma análise detalhada de parâmetros como consumo de potência e bombeamento, permitindo otimizações que antecedem a fabricação física dos componentes.
A possibilidade de visualização de campos de velocidade, pressão e fração volumétrica facilita a compreensão do comportamento dos fluidos dentro dos equipamentos, permitindo a identificação de melhorias no design.
Além disso, a integração entre a análise de fluidos e a análise estrutural garante um projeto mais robusto e eficiente, minimizando falhas e aumentando a vida útil dos equipamentos.
Dessa forma, a simulação CFD se destaca como uma ferramenta indispensável para a indústria de mineração. Através dos recursos presentes no STAR-CCM+ é possível se obter reduções de custo, maior confiabilidade dos equipamentos e aprimoramento contínuo dos processos.
A utilização da simulação CFD na indústria de mineração não é apenas uma tendência, mas uma necessidade estratégica, consolidando o Brasil como um dos líderes no setor.
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