ANÁLISE DO EFEITO DO DIMENSIONAMENTO DE VEÍCULOS DE CARGA E TRANSPORTE NOS CUSTOS OPERACIONAIS DE A. Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Minas. E a todas as pessoas que contribuíram na minha jornada para me tornar um engenheiro de minas.
Este trabalho compara a produtividade e o custo por tonelada tratada de três opções de frota para um grande projeto de mineração de ferro a céu aberto com características semelhantes às minas do Quadrilátero Ferrífero.
Objetivo geral
O dimensionamento de equipamentos de mineração consiste em um processo de seleção e combinação de veículos de escavação, carregamento e transporte em uma mina, conforme estudo previamente realizado com base na produção almejada. Para realizar uma análise dos aspectos econômicos, é necessário avaliar os fatores relacionados ao equipamento, como custos de aquisição, CAPEX (Capital Expenditure) e custos operacionais, OPEX (Operational Expenditure). Portanto, o tamanho das frotas deve ser examinado frequentemente com vistas a otimizar sua produção em relação ao melhor custo-benefício.
Objetivos específicos
Alguns aspectos que afetam diretamente a produtividade e, conseqüentemente, questões econômicas, devem ser revistos regularmente, tais como: tempos de ciclo, condições de operação, consumo de peças e combustível, vida útil dos equipamentos, fatores mecânicos, depreciação, entre outros. Calcule os custos de aquisição e operação que permitem escolher a frota mais econômica, de acordo com as condições do projeto.
Etapas de um projeto de mineração
Execução da lavra
Operações unitárias de lavra
- Escavação e Carregamento
- Transporte
- Carregamento e Transporte em Mina a Céu Aberto
- Tipos de escavadeiras
- Transporte por caminhões em Minas a Céu Aberto
As operações de carregamento e escavação são realizadas com o objetivo de retirar e transportar o material desmontado para os equipamentos de transporte. Já a operação de uma escavadeira se baseia em: encher a caçamba, virar a carga, descarregar o equipamento de transporte e esvaziar. Os equipamentos de carga e escavação devem ser corretamente especificados e dimensionados de acordo com o tipo de material, a produção desejada e o tipo de equipamento de transporte.
Esse aumento da distância de transporte acarreta um alto custo operacional e consequente aumento dos custos de capital devido à necessidade de uma frota maior de caminhões, que representa o sistema convencional (SILVA, 2020). O fato de aumentar a distância de transporte entre a cava e a pilha de estéril força o surgimento de alternativas operacionais para redução de custos, e a utilização de esteiras transportadoras pode ser uma alternativa viável para isso. Este veículo tem boa flexibilidade, é muito móvel, fornece carregamento rápido e tem boa velocidade e distância de transporte em comparação com o trator.
Eles cavam em solo macio e, em alguns casos, duro, descarregam o material próximo a ele e podem ser descarregados em unidades de transporte. A caçamba possibilita levantar o material depositado para posterior despejo nas unidades de transporte. Nas últimas décadas, a tecnologia de fabricação de pneus se desenvolveu e os tamanhos de caminhões e carregadeiras se expandiram e atingiram a atual capacidade de produção, o que possibilitou a adaptação do tamanho das escavadeiras às novas dimensões dos equipamentos de transporte.
O ciclo do método de transporte por caminhão consiste em mover o material até a estação de britagem, descarregar no silo e retornar à frente de mina. As vantagens e desvantagens do transporte rodoviário são apresentadas a seguir, conforme Souza (2005) apud Abreu (2017). Os equipamentos de transporte podem ser transferidos para outra frente de mineração em um curto período de tempo, proporcionando flexibilidade operacional.
Durante o tempo de inatividade na planta de processamento, o equipamento de transporte pode ser movido para as frentes estéreis.
Estudo de tempos e movimentos
Conceitos para estimativa de produtividade dos equipamentos
- Volume da caçamba (Vc)
- Fator de enchimento (fill factor)
- Empolamento (e)
- Carga de tombamento (tipping-load)
- Carga útil (payload)
- Disponibilidade física (DF)
- Utilização (U)
- Tempo de ciclo
- Eficiência
- Produtividade de um equipamento
Após definir o ritmo de produção da mina, é necessário indicar os parâmetros de disponibilidade física, utilização e eficiência de funcionamento dos equipamentos. A utilização é um fator de utilização da máquina, ou seja, quanto o equipamento será utilizado em sua operação. As dimensões da máquina e seu respectivo ritmo de produção são fatores importantes na escolha do equipamento, principalmente porque o aumento de tamanho não necessariamente resulta em ganho de produtividade (LAGES, 2018).
Para estimar a produtividade dos equipamentos de carga e transporte são necessários 10 conceitos fundamentais (SILVA, 2011) que são descritos a seguir. Mp = tempo de manutenção preventiva, que corresponde a todo o período programado de serviços de inspeção e manutenção do bom funcionamento do equipamento. Mc = Tempo de Manutenção Corretiva, igual ao período de serviços executados para solucionar problemas e evitar grandes prejuízos.
O uso pode ser afetado por, entre outras coisas, formação de filas, incompatibilidade de equipamentos da frota, desligamento de outros equipamentos, ausência de operador, condições climáticas adversas, tipo de brita na mina. O tempo de ciclo do equipamento de carregamento leva em consideração quando o equipamento inicia e termina o enchimento da caçamba, coloca o material no caminhão e retorna à caçamba para iniciar um novo ciclo. A eficiência é um indicador que consiste na taxa de produção estimada realmente produzida por um dispositivo.
Para isso, foram considerados os indicadores de produção para realizar uma análise econômica, visando o aumento dos custos de aquisição de equipamentos e custos operacionais significativos e sua comparação entre a frota dimensionada. Dessa forma, é possível calcular e fornecer ao usuário resultados sobre capacidades de caçambas de escavadeiras, tempos de ciclo de escavadeiras e caminhões e a quantidade de equipamentos necessários para cada frota considerada.
Proposições para dimensionamento de frotas
Dimensionamento de caminhões
Segundo Komatsu (2013), o tempo de ciclo dos caminhões é composto pelos tempos de: carga, viagem carregada, descarga, viagem vazia e paradas e atrasos. A produtividade real é a produtividade teórica ajustada para fatores de utilização, disponibilidade e eficiência de mão de obra, conforme mostrado na Equação 15.
Dimensionamento de escavadeiras
O tempo necessário para carregar totalmente um caminhão, também conhecido como tempo de ciclo da escavadeira, é obtido pela Equação 19. Segundo Komatsu (2013), o tempo de ciclo da escavadeira é a soma do tempo de manobra do caminhão com o tempo da primeira passagem somado aos tempos das demais passagens, conforme a equação 19. O tempo de manobra dos caminhões estudados é de 30 segundos e o tempo da primeira passagem é sempre menor que os demais, pois a escavadeira já se moveu, levantou a braço para carregar o caminhão quando o caminhão estaciona.
A Tabela 5 mostra as faixas de transição de tempo de escavadeiras hidráulicas em diferentes condições de operação de acordo com o manual Komatsu (2013). A equação 22 é usada para calcular o número de ciclos da escavadeira que ocorrem em uma hora. Assim como a produtividade real do caminhão, a produtividade real da escavadeira é o valor da produtividade teórica ajustada pelos fatores de utilização do equipamento, disponibilidade e eficiência do trabalho, conforme mostrado na Equação 24 .
Proposições para análise econômica
Os custos operacionais dos equipamentos de mineração referem-se ao custo da máquina quando ela está em operação. Estes incluem custos de reparo e manutenção, consumo de combustível, pneus e salários para operadores e mantenedores de equipamentos. Os custos por hora para cada equipamento agrega todos os componentes do veículo, a vida útil, o valor de cada peça e a mão de obra envolvida no reparo das peças.
A partir disso, são monitoradas as substituições, manutenções e reformas de componentes e estimados os custos para manter os equipamentos em condições ideais de operação ao longo de sua vida útil. Esse custo estimado é dividido pelas horas consideradas de vida útil das peças e componentes, obtendo-se o custo por hora de cada equipamento. Esta obra pressupõe uma vida útil de caminhões e escavadeiras de 60.000 horas, ambas trabalhando 5.245 horas por ano.
No entanto, é possível prever o valor atual ou o consumo aproximado de acordo com as condições atuais de operação sem medir o consumo. O Manual de Especificação e Aplicação Komatsu (2013) traz informações sobre o consumo médio de combustível de cada modelo de caminhão e escavadeira, que pode variar entre baixo, médio e alto dependendo das condições de operação. Alto consumo: Más condições das estradas de transporte; fator de carga recomendado acima; Alta eficiência operacional, com mínimos atrasos ou esperas.
A Tabela 6 mostra o consumo de combustível por hora trabalhada de escavadeiras hidráulicas e caminhões fora de estrada, ambos em consumo médio. Supõe-se que cada pneu tenha 5.245 horas de uso, então todos são substituídos uma vez por ano.
Compatibilidade entre equipamentos
Inputs
As Tabelas 7 e 8 apresentam os custos operacionais utilizados para a análise econômica dos gastos com escavadeiras e caminhões. A partir dos dados do tempo de manobra do caminhão, tempo da primeira passada, tempo das demais passadas e número de passadas necessárias para abastecer um caminhão, foi possível calcular o tempo de ciclo da escavadeira, conforme Tabela 11 A Tabela 12 apresenta os resultados do número de ciclos por hora das escavadeiras, capacidade da caçamba, quantidade de massa de carga por caminhão, produtividade teórica e produtividade real, que foi ajustada pelos parâmetros de aproveitamento físico, disponibilidade e eficiência.
Parâmetros de tempo de ciclo, número de ciclos de caminhão por hora, produtividade teórica e produtividade real foram calculados com base nas equações e 15, respectivamente, que foram referenciadas na Seção 4.1.1, na seção Materiais e Métodos. Ano Distância média de transporte (km) Velocidade média de transporte (km/h) Tempo médio de viagem (s).
Dimensionamento de frotas
Dimensionamento da Frota 1
Dimensionamento da Frota 2
Dimensionamento da Frota 3
Análise econômica
Apesar de possuir equipamentos com especificações de menor consumo de combustível, o elevado número de equipamentos da Frota 1 necessários para atender a produção exigida pela mina resultou em maior custo de combustível entre as demais combinações de frotas estudadas. A Frota 3, maior (PC8000 e 930E), demonstrou compensar o alto consumo médio de combustível de seus veículos, com demanda de menos equipamentos para a operação. Esse custo foi maior para os caminhões 830E da Frota 2, que diferiram apenas 5% a mais em relação aos caminhões 930E da Frota 3, e cerca de 22% a mais em relação aos caminhões 730E da Frota 1, conforme mostra a Figura 19.
A frota 1, com um número significativamente maior de veículos em operação, tinha um custo de mão de obra elevado em comparação com as frotas 2 e 3, com maiores capacidades de produção. Observou-se um sentido decrescente desse custo em relação ao tamanho dos equipamentos da frota. A Figura 23 mostra os percentuais de cada tipo de custo em relação aos custos totais investidos durante 10 anos de operação.
Apesar da frota 3, que é maior, precisar de menos caminhões para operar, seu custo com pneus representa 10% do seu custo total e é o mais alto de todas as frotas de porte. Os valores investidos em obra (manutenção e operação) representam 15% dos custos da frota 1, 8% da frota 2 e apenas 7% da frota 3. A frota 1 tem uma participação mais acentuada nos custos de mão de obra em relação às demais, pois requer um número maior de equipamentos para operar.
O custo do diesel é o mais alto entre todas as despesas operacionais, com uma despesa em relação aos custos totais muito semelhante em cada frota, e gerou um impacto maior na frota menor. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
