A SPECTOS ECONÔMICOS DE TRANSPORTE EM MINA A CÉU ABERTO

O principal objetivo do sistema de transporte em mina a céu aberto é a movimentação de material de um ponto para outro com o menor custo possível. Para isso são utilizados, em sua maioria, caminhões como veículos de transporte. Historicamente houve uma evolução do porte desses equipamentos, devido ao aumento da produção nas minas.

Conforme López Jimeno et al. (2015), as capacidades dos caminhões variaram desde 5 toneladas em 1935, passando por 200 toneladas na década de 80 e chegando a 450 toneladas nos dias atuais, acarretando grandes investimentos na aquisição da frota. Assim, a necessidade de aumento de produtividade e redução dos custos na operação destes equipamentos são fundamentais para a gestão econômica dos projetos minerários.

2.1.1 Produtividade dos caminhões

No transporte de minério e estéril realizado por caminhões em minas a céu aberto, a produtividade consiste na relação entre a quantidade de material transportado, em toneladas, desde um ponto de origem específico (frente de lavra) até um ponto de destino (pilha de estéril, britagem, pátio de estoque, entre outros) e o tempo necessário para o transporte, em horas.

A produtividade é um indicador operacional importante para o dimensionamento da frota de carregamento e transporte (SOUSA JÚNIOR, 2012), cujo objetivo é atender ao planejamento da lavra através de uma produção previamente estabelecida. Sua maximização é importante, pois proporciona a amortização dos investimentos de aquisição dos equipamentos e a obtenção de baixos custos de produção. Entretanto, é limitada por fatores como a velocidade limite de tráfego, usualmente compreendida em 40 km/h ou 50 km/h, com o intuito de preservar a segurança. É expressa pela equação (1) (LÓPEZ JIMENO et al., 2015).

... (Equação 1)

Onde:

P é a produtividade (t/h);

C é a capacidade de carga real da caçamba do caminhão (t);

E é o fator combinado da eficiência do operador e condição do equipamento; Tc é o tempo de ciclo do caminhão (min).

De acordo com a equação (1), pode-se dizer que a capacidade de carga real do caminhão depende da densidade do material fragmentado ou empolado e do volume e fator de enchimento da caçamba (LÓPEZ JIMENO et al., 2015). O tempo de ciclo corresponde ao somatório dos tempos fixos (carregamento, manobra, descarregamento e espera) e tempos variáveis (viagem carregado e viagem vazio) despendidos na operação do caminhão.

O aumento da produtividade é consequência de um aumento da carga média transportada pelo caminhão ou diminuição do seu tempo de ciclo. A carga média é limitada pela capacidade da caçamba do caminhão, sendo, assim, um parâmetro de controle limitado. Contudo, há registros no estado da arte de trabalhos realizados no sentido de manutenção deste parâmetro.

Hodges et al. (2018) realizaram a estabilização da carga média de transporte de minério de bauxita como uma alternativa de incremento de produtividade e, consequentemente, redução de custos dentro do processo produtivo das operações unitárias de lavra. A partir de melhorias implantadas na padronização da carga média de transporte proporcionaram um aumento de 2,47% no volume da carga média transportada e otimização do consumo de combustível em 2,53%, reduzindo a quantidade de viagens dos caminhões.

Por outro lado, a diminuição do tempo de ciclo do caminhão implica na redução dos tempos fixos e tempos variáveis. Os tempos fixos são parâmetros de controle limitado, ao contrário dos tempos variáveis que dependem diretamente da distância de transporte e da velocidade média do caminhão, conforme equação (2) (LÓPEZ JIMENO et al., 2015).

... (Equação 2)

Onde:

Di é a distância do trajeto de ida (m);

Dv é a distância do trajeto de volta (m);

Vi é a velocidade média carregado (km/h);

Vv é a velocidade média vazio (km/h).

A distância de transporte é um parâmetro inerente ao traçado de cada rota, configurando um valor fixo medido entre o ponto de coleta e o ponto de descarte do material. Ainda assim, há registros no estado da arte quanto à alteração da distância para se alcançar maior produtividade e menor custo.

Felsch Júnior et al. (2018) realizaram melhorias operacionais em uma mina de ferro do Quadrilátero Ferrífero reduzindo a distância de transporte. As melhorias resultaram em decréscimo de 9,3% dos custos operacionais.

A velocidade máxima que um caminhão-fora-de-estrada pode desenvolver depende de fatores técnicos do veículo, como potência do motor, eficiência do sistema de transmissão e esforço de tração que o mesmo deve desenvolver para vencer as forças de resistência a que é submetido (Figura 1). A velocidade máxima pode ser expressa mediante equação (3) (LÓPEZ JIMENO et al., 2015).

... (Equação 3)

Onde:

Vmax é a velocidade máxima (km/h);

Pot é a potência do caminhão (hp); Et é a eficiência da transmissão;

Figura 2.1 – Representação esquemática da força normal e de resistência (Traduzido de Hustrulid, 2013).

A figura 2.1 mostra que com o aumento da carga imposta ao pneu pela força normal N, o esforço de tração, ou impulso que deve ser empregado para a roda começar a girar, também aumenta. Para ocorrer o movimento, o esforço de tração empregado deve atingir uma magnitude que supere o conjunto de forças contrárias, no qual faz parte a resistência ao rolamento, por exemplo, e ser menor que a força de aderência. As forças de resistência são abordadas nos itens 2.4, 2.5 e 2.6.

A velocidade é diretamente afetada pelas forças de resistência ao movimento, sendo que, dentre estas, a resistência ao rolamento é afetada pela qualidade da via (TANNANT; REGENSBURG, 2001). Desta forma, entende-se que a diminuição da resistência total a que o caminhão é submetido acarreta menor esforço de tração para sua movimentação e, consequentemente, maior velocidade é desenvolvida, respeitando-se os valores limites para o tráfego. Assim, reduz-se o tempo de viagem de transporte, o que gera aumento da produtividade e redução de custos.

2.1.2 Custos operacionais

Borges (2013) afirma que “uma das etapas de maior peso na composição dos custos operacionais de toda a mina é a etapa de manuseio, que corresponde ao carregamento e transporte, [...]”. Os custos de transporte correspondem aos gastos decorrentes do consumo de combustível, lubrificantes (óleo e graxa), filtros (de ar, gasóleo e óleo), material de desgaste, reparos, da aquisição e manutenção de pneus, materiais e da manutenção de vias e recursos humanos (BORGES, 2013; LÓPEZ JIMENO et al., 2015).

Movimento

Tração necessária  Forças de resistência Forças de impulso Tração disponível Tração utilizável Tração

Do manual da Caterpillar elaborado por Holman (2006), o modelo matemático para obtenção do custo unitário final de transporte equivale à relação entre o somatório dos custos por hora e a produtividade, sendo expresso em unidades monetárias de custo por tonelada, US$/t (Equação 4).

... (Equação 4)

Onde:

Cunit é o custo unitário operacional (US$/t);

Cop é o somatório dos custos operacionais de transporte (US$/h);

P é a produtividade dos caminhões (t/h).

Nota-se, portanto, que os custos operacionais são diretamente relacionados à qualidade de construção das vias. O consumo de combustível, por exemplo, é fortemente impactado pela resistência ao rolamento, enquanto que o desgaste e o tempo de vida dos pneus e os componentes mecânicos dos caminhões são impactados pela rugosidade ou irregularidades existentes na camada superficial das estradas, que demandam maiores necessidades de manutenção.

De forma geral e esquematizada, a figura 2.2 apresenta a interdependência dos parâmetros que influenciam a produtividade e custos de transporte. Os parâmetros em destaque (coloração cinza) são aqueles que afetam diretamente os tempos variáveis, que é o parâmetro com menor limitação de controle por parte da equipe de operação de mina quando comparado aos parâmetros de carga média e tempos fixos.

Pode se observar, hierarquicamente (Figura 2.2), a rugosidade da via como elemento importante de controle para a gestão econômica e segura das estradas. Neste caso, para o estudo da influência deste parâmetro na resistência ao rolamento, velocidade, tempo de viagem, produtividade e custos, são necessárias algumas simplificações devido à complexidade em se obter ou mensurar determinados dados.

Tal simplificação, neste trabalho de pesquisa, não considera as características do material que compõe o revestimento das estradas de mina (densidade, granulometria, umidade, etc.) e as forças de resistência do ar e de inércia que se opõem ao movimento do caminhão fora-de-estrada.

Figura 2.2 – Representação hierárquica dos parâmetros que influenciam a produtividade e custos de transporte.