Dimensionamento de Frotas para Mineração – Tempos de Ciclo

Dando continuidade ao artigo recém-publicado sobre noções básicas de dimensionamento de frotas, vou agora abordar o tema de definição dos tempos de ciclo.

No artigo anterior abordamos o número de passes do equipamento de carga, sendo que a “experiência” prática dos principais mineradores aponta para um número de passes entre 3 e 6.

Vamos iniciar com a análise do ciclo do equipamento de carga. Abaixo uma tabela com o resumo de uma análise de carregamento de caminhão de 240 toneladas:

Figura 1 – Simulação de Carregamento

Podemos observar que vários conceitos discutidos no artigo anterior estão aqui aplicados. Vamos analisar os dados por etapas conforme abaixo:

Densidade: já havíamos discutido as diferentes densidades para cada tipo de material. Embora este exemplo seja de uma mineração que possuí várias litogias diferentes, tanto para minério, quanto para estéril, utilizamos uma densidade média.

Por se tratar de um projeto “Brownfield” possuímos a informação de altos valores de fator de enchimento, tanto para estéril quanto para minério.

O tempo de ciclo da unidade de carregamento é uma informação do fabricante. Trata-se do ciclo hidráulico (neste caso) para carregamento no banco, giro, elevação e descarga no caminhão.

Conforme gráfico abaixo, podemos visualizar a informação do fabricante para um tempo de ciclo típico de uma escavadeira Caterpillar 6060:

Figura 2 – Tempos de Ciclo de Escavadeira

Nosso dimensionamento foi realizado utilizando um tempo de ciclo médio em minutos (0,48 minutos ≈ 28,8 segundos). Este valor foi utilizado se levando em consideração que o material solto na frente de lavra era de fácil carregamento / escavação.

Acrescentamos no tempo de ciclo 0,10 minutos (6 segundos) como tempo adicional de primeiro passe. A experiência prática mostra que em alguns ciclos existe um ajuste de posicionamento no 1º passe de carregamento.

Outra análise que precisamos incluir é o tempo de manobra do caminhão. Mesmo que tenhamos uma condição ideal em que não faltem caminhões para a unidade de carregamento, precisamos considerar um tempo mínimo para que o caminhão carregado saia da frente e dê lugar ao próximo caminhão que será carregado. Neste caso consideramos pouco mais de ½ minuto (0,7 minutos). Este é um valor padrão para dimensionamento, entretanto, necessita ser revisto em caso de praças de trabalho apertadas, etc.

A próxima análise refere-se ao carregamento do caminhão. Simulamos a quantidade de passes necessária para o enchimento do caminhão até o seu “Payload Target”, ou seja, sua capacidade de carga nominal. No nosso exemplo, o número de passes foi igual a 4, resultando em um tempo de ciclo teórico de 2,24 minutos para carregar um caminhão.

Na figura 1, identificamos dois pontos de atenção. Tanto a escavadeira, quanto o caminhão estão sobrecarregados em peso. Esta informação precisa ser compartilhada com o fabricante / revendedor autorizado, uma vez que é necessário alinhar o que estamos planejando para a operação com a capacidade do equipamento e garantias de performance do fabricante.

Finalizamos então a análise teórica dos tempos de ciclo de carregamento. Vamos agora avaliar os tempos de ciclo do transporte.

A análise dos tempos de ciclo de transporte é totalmente influenciada pelas informações de planejamento de lavra. Normalmente o planejamento de lavra utiliza um modelo de blocos para definir como será a evolução da lavra ao longo dos anos. Abaixo uma figura de um exemplo de modelo de blocos:

Figura 3 – Exemplo de modelo de blocos

Embora existam softwares avançados para realizar a análise técnica e econômica da lavra, para o dimensionamento de frotas o importante é o resultado final do planejamento, ou seja, qual volume de material será movimentado de cada frente de lavra a fim de se determinar a DMT para cada uma delas.

Abaixo apresento um perfil típico de estrada de transporte como exemplo:

Figura 4 – Perfil típico de estrada de transporte

Este esquemático do que seriam as seções principais de uma estrada de transporte de 1.000 metros, permite que façamos uma simulação básica do tempo de ciclo do caminhão.

Precisamos conceituar como chegamos a resistência total, conforme informada no gráfico de “rimpull” - figura 7. A resistência total é composta por resistência ao rolamento acrescida da rampa efetiva. Vamos tratar os dois assuntos em separado.

Resistência ao rolamento – basicamente é a resistência encontrada pelos pneus durante o deslocamento do caminhão. Abaixo um desenho esquemático que demonstra esta resistência:

Figura 5 – Resistência ao rolamento

A resistência de rampa é a inclinação que o caminhão precisa vencer. Para mineração esta resistência é medida em percentuais ao invés de graus. Portanto o mais importante é conhecer a conversão de uma rampa em graus para seu respectivo valor em percentual. Abaixo a tabela com as conversões:

Figura 6– Conversão de rampas

A resistência total é utilizada nos gráficos de “rimpull” do caminhões, para determinação das velocidades e consequentemente do tempo de ciclo do caminhão.

Para determinação dos tempos de ciclo de transporte carregado e retorno vazio, é necessário que sejam analisadas as curvas de torque e capacidade de carga dos caminhões. Na figura abaixo apresentamos um destes gráficos:

Figura 7 – Curva de “Rimpull” do caminhão

A análise acima foi realizada para um caminhão “subindo carregado”. Existem duas retas L e E (Loaded e Empty) que representam o preso bruto máximo do equipamento. Estas retas são cortadas por retas que representam a resistência total, onde as duas retas se encontram colocamos o ponto 1 (em azul). Agora traçamos uma reta até a interseção com a curva de “rimpull” do caminhão – ponto 2. Traçamos uma reta vertical – ponto 3 e descobrimos qual será a velocidade do caminhão para aquela condição. No exemplo acima o caminhão estará subindo carregado de 2ª marcha a uma velocidade aproximada de 15 km/h.

Existem vários softwares de dimensionamento de frotas que trazem os dados de “rimpull” em seu banco de dados. Inserido as informações corretas o software já lhe fornece o tempo de ciclo para aquela determinada distância e rampa. O exemplo acima é para demonstrar o conceito que estes softwares utilizam.

Atenção especial também é necessária nas curvas. Curvas muito acentuadas impactam no tempo de ciclo, pois requerem que o caminhão faça uma redução da velocidade. Abaixo um gráfico de superelevação de curvas e respectivas velocidades:

Figura 8 – Superelevação em curvas

Como podemos observar o dimensionamento de frotas para mineração é um assunto extenso, complexo e muito detalhado. Este artigo visa compartilhar algumas informações básicas sobre os tempos de ciclo, apenas um dos itens do dimensionamento, mas mesmo assim não podemos assumir que somente estes pontos são suficientes.

O dimensionamento também deve levar em consideração o “Fleet Match”, restrições de operação como: operação noturna, habilidade do operador, chuvas, neblina, etc.

Por estes motivos, solicito que você – leitor, não deixe de tecer seus comentários, sugestões e contribuições para que possamos explorar cada vez mais este tema fascinante.

Referências:

• CATERPILLAR® PERFORMANCE HANDBOOK a Cat® publication by Caterpillar Inc., Peoria, Illinois, U.S.A.FEBRUARY 2007

• http://www.global-resource-eng.com/services/mining-design-planning-operations-support/

• http://support.precisionmining.com/documentation/haulage-part-1-haulage-theory-setup/