AVALIAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DO CIRCUITO DE MOAGEM E
SEPARAÇÃO DO CIMENTO – ESTUDO DE CASO
M. C. R. BEHAR1, V. M. SILVA2, V. S. MADEIRA¹, E. MEDEIROS¹, R.E.L.ABREU¹
1
Universidade Federal da Paraíba, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química
2
Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Engenharia Química E-mail para contato: marianacrbehar@hotmail.com
RESUMO – O cimento é o segundo material mais consumido no mundo, o que torna necessária a ampliação da capacidade produtiva analisando principalmente a eficiência e produtividade dos equipamentos utilizados. Este trabalho foi realizado em uma fabrica de cimentos na cidade de Alhandra – PB, no circuito de moagem e separação do cimento. O objetivo foi avaliar e melhorar o desempenho dessa etapa, devido à dificuldade encontrada em manter a produção constante e com a qualidade desejada. Para isso foram feitas análises de amostras coletadas nas correntes do separador e no interior do moinho, tornando possível a construção da curva de Tromp para avaliar o comportamento do sistema. Os resultados mostraram uma baixa eficiência no separador, que resultava na baixa e variável produção, sendo necessário estudar as causas deste problema para implementar as soluções cabíveis. Após as mudanças, as análises foram repetidas e os resultados foram satisfatórios em todos os pontos avaliados. Destaca-se que houve a redução no consumo energético do circuito o que significou numa economia de R$13.234 reais/mês.
1. INTRODUÇÃO
A moagem do cimento é o segundo setor que mais consome energia em uma fábrica de cimento. Ela funciona através de um circuito fechado entre o moinho de bolas e o separador aerodinâmico que deve promover a dispersão uniforme das partículas em um fluxo de ar ascendente e separá-las em duas correntes, grossos (produto que retorna ao moinho) e finos (produto final). Define-se como fator de circulação “c” o número de vezes que, em média, uma partícula retorna para a moagem até atingir o tamanho desejado (ou finura) (SÂNCHEZ, 1990). A finura do cimento é determinada como superfície específica (ou Blaine) e seu valor depende do desempenho do processo de moagem e classificação. A finura influencia diretamente na resistência do cimento, quanto maior o Blaine, ou seja, mais fino o cimento, maior a resistência do mesmo.
A eficiência e produtividade da moagem são afetadas por diversos fatores como as condições operacionais do separador e do moinho e aspectos físico-químicos da matéria prima a ser moída. (SELLITTO, 2002). O desempenho dos separadores dinâmicos está entre os principais parâmetros avaliados na moagem do cimento, para isso utiliza-se a curva de Tromp, que mostra a probabilidade, ou grau de seletividade (T), de um determinado tamanho de partícula, que entra no separador, em ir para a corrente de grossos. Seu estudo pode identificar problemas, tanto na separação, quanto na moagem do cimento. Um classificador com baixo desempenho resulta em um maior consumo energético, baixa produção e alta carga de retorno para o moinho. Vários parâmetros influenciam na eficiência destes equipamentos, destacando-se: a umidade do material, o fluxo de ar, a velocidade do rotor no separador, o desgaste dos corpos moedores, a taxa de alimentação, o tamanho dos grãos na saída do moinho e erros no projeto do equipamento (TAVARES, 2007).
Este trabalho foi desenvolvido em uma fábrica de cimentos situada em Alhandra - PB. O objetivo foi estudar e avaliar o circuito de moagem e separação do cimento, dando ênfase no separador aerodinâmico de 3ª geração (tipo SEPAX) utilizado na planta. Pretendia-se identificar e solucionar as causas dos indesejáveis e constantes cortes na alimentação do moinho haja vista que isso limitava o aumento da produção. Além disso, o trabalho teve como objetivo ajustar os valores do Blaine (superfície específica, ou finura do cimento), que situavam-se entre 4150 e 4470 cm²/g, fora do padrão estabelecido pela fábrica de 3900 a 4100 cm²/g.
2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Foram coletadas amostras no interior do moinho e no circuito do separador, nos pontos assinalados na Figura 1. Durante as coletas o moinho permanecia há 4 horas com alimentação constante, e uma produção de 60 t/h de cimento CPII-Z (cimento com adição de material pozolânico).
Figura 1. Sistema de moagem utilizado na fábrica de cimentos. Amostras coletadas no separador: Amostra 1=Finos; Amostra 2=Alimentação; Amostra 3=Retorno 1; Amostra 4=Retorno 2.
Do interior do moinho foram retiradas amostras de aproximadamente 3 kg nos pontos assinalados na figura. Essas amostras passaram por peneiramento mecânico. Uma moagem eficiente requer um percentual retido na peneira de 2,5mm < 5%, para a 1ª câmara, e menos de 20% retido na peneira de 0,15 mm para a segunda câmara. No circuito do separador foram retiradas simultaneamente amostras com cerca de 2 kg nos 4 pontos assinalados da Figura 1. As amostras foram caracterizadas em granulômetro laser. Foi medida a pressão de saída (p) do separador e a potência do ventilador (Pt) para calcular o fluxo de ar através da Equação (1).
(1)
A razão ar/material utilizada no separador aerodinâmico de 3ª geração (tipo SEPAX) deve situar-se em 2,0 m³/kg.
Com os dados da distribuição granulometria a laser a curva de Tromp, T(fator de Tromp) x Dm (diâmetro médio), é construída. Onde T é calculado através das equações 2, 3 e 4, e Dm através da Equação 5. É possível calcular, paralelamente, o fator de circulação (c), a eficiência de separação (E) e ingremidade (K), através das equações 6, 7 e 8.
(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
Sendo: F: Fluxo de finos na saída do separador;
A: Fluxo de alimentação do separador;
f: Resíduo da peneira dos finos do separador (%); a; Resíduo da peneira da alimentação do separador (%); g: Resíduo da peneira do retorno do separador (%);
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 Distribuição Granulométrica do Circuito do Separador
As Figuras 2, 3, 4 e 5 apresentam as distribuições granulométricas obtidas nas quatro correntes do separador. A Tabela 1 resume os dados obtidos para cada distribuição granulométrica e as observações pertinentes a cada caso.
Figura 2. Granulometria da Alimentação do Separador.
Figura 3. Granulometria do Retorno 1 do Separador. Destacando os Superfinos.
Figura 4.Granulometria do Retorno 2 do Separador.
Figura 5.Granulometria do Produto Final do Separador (finos).
Tabela 1. Dados e observações para cada distribuição granulométrica.
Corrente Dm (m)(1) Observação
Alimentação, A 28,75 Distribuição bastante heterogênea.
Retorno 1
(inferior) 21,81
Grande quantidade de superfinos (com diâmetro de partículas entre 0,1 à 1 μm).
Retorno 2
(superior) 38,88
Distribuição bastante heterogênea e tamanho de partículas maior do que o retorno 1 (não era o esperado).
Finos, F 12,13 Produto bastante fino.
(1) Diâmetro médio calculado com base na distribuição em volume.
A medição de Fluxo indicou 164.062,5 m³/h, com uma produção de 68Ton/h tem-se uma relação ar/material de 2,41 m³/kg.
3.2 Curva de Tromp
A Figura 6 mostra a Curva de Tromp do sistema e a Tabela 2 os resultados dos parâmetros obtidos. Destaca-se o elevado valor do By-Pass (26,05%), a alta taxa de circulação (c) e baixa eficiência de separação (47,9%).
Q 3 ( Va lo re s ac um ulat iv os ) % Q 3( V al or es ac um ul at iv os) % Q 3 ( Va lo re s ac ula ti vo s) % Q 3 (V alo re s ac um ulat iv os ) % Diâmetro (µm) Diâmetro (µm) Diâmetro (µm) Diâmetro (µm)
As amostras coletadas no interior do moinho indicaram que logo no ponto 2 da primeira câmara (M2) e no ponto 1 da segunda câmara (M1), as especificações para a eficiência da moagem já são atingidas; com 2,68% de material retido na peneira de 2,5 mm, para a primeira câmara e 14,12% na peneira de 0,15 mm para a segunda câmara.Os resultados dos demais parâmetros que influênciam na separação são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Valores encontrados e valores ideais para as variáveis de operação do separador.
Parâmetro Valor encontrado Valor ideal
Umidade 0,26 % Até 0,8%
Blaine 4150 – 4470 cm²/g 3900 – 4100 cm²/g
Rotação do separador 50-54 rpm Varia de acordo com a finura desejada
3.3 Avaliação dos Resultados e Diagnóstico do Sistema
As análises granulométricas e a curva de Tromp mostraram um retorno de grossos para o moinho com grande quantidade de partículas finas e superfinas, que deveriam ter sido arrastadas para os produtos. Isto diminui a eficiência do separador, aumenta o fator de circulação e o Blaine (em função da sobre moagem) (Tabela 2). A granulometria do moinho indicou uma moagem eficiente já nos primeiros metros da primeira e segunda câmara, descartando problemas na moagem. A razão ar/material estava dentro do especificado e a umidade do material se mantinha abaixo de 1%. A rotação do separador estava mais baixa do que o especificado para o equipamento, justamente, na intenção de diminuir o retorno. Restava avaliar a planta do separador e detectar possíveis deficiências mecânicas no equipamento. Neste caso foi constatado que não havia um sistema para a dispersão/distribuição do sólido na entrada do separador o que facilitaria o arraste das partículas sólidas pela corrente de ar. Sendo assim, as partículas finas ficavam agregadas as grossas, conseguindo vencer a corrente de ar e retornando para o moinho.
Figura 6. Curva de Tromp
Tabela 2. Parâmetros e resultados.
Parâmetro Resultado Referência(1)
By-Pass 26,05 5 – 15% Fator de Circulação(c) 2,66 < 3,00 Diâmetro de Corte (μm) 26 - Ingremidade 0,18 0,5 – 0,6 Eficiência(%) 47,9 75 – 85%
(1) Parâmetros operacionais utilizados para o separador em questão (TAVARES, 2007). 0 20 40 60 80 100 120 2,0 8,0 32,0 128,0 P roba bil idade ( % ) Diâmetro de Malha T(%) x Diâmetro da malha
3.4 Solução Proposta
A fim de melhorar a dispersão das partículas sólidas no separador, foi projetada, construída e instalada uma placa de espalhamento, colocada abaixo da entrada da alimentação (Figura 7). Após a instalação da placa uma nova coleta e análise granulométrica foi realizada.
Figura 7. À esquerda o projeto da placa de espalhamento e sua localização na tubulação do separador. À direita a placa de espalhamento real após a instalação.
3.5 Resultados Após Implantação da Melhoria
As Figuras de 8 à 11 apresentam as distribuições granulométricas das correntes do separador antes e após a instalação da placa. É possível constatar que o resultado foi bastante satisfatório, pois o diâmetro médio das partículas presentes no retorno 1 e 2, aumentou; não são mais encontradas, em grande quantidade, partículas finas e superfinas no retorno 1; as partículas presentes no retorno 1 são maiores do que aquelas presentes no retorno 2 (55,43 contra 47,02
m), e, finalmente, o tamanho médio do produto obtido aumentou de 12,13 para 16,43 m.
Figura 8. Granulometria da alimentação antes e depois da placa de espalhamento.
Figura 9. Granulometria do retorno 1 antes e depois da placa de espalhamento.
Dmédio=28,75 m Dmédio=27,02 m
Figura 10. Granulometria do retorno 2 antes e depois da placa de espalhamento.
Figura 11. Granulometria do produto final antes e depois da placa de espalhamento.
A Figura 12 é referente a Curva de Tromp encontrada após a instalação da placa e a Tabela 4 os resultados extraídos dela.
Observa-se um aumento na ingremidade e uma queda de 9,11% no by-pass, o que indica uma melhora na separação do sistema. O fator de circulação diminuiu bastante e o Blaine alcançou a faixa desejada. Destaca-se ainda um aumento considerável na eficiência da separação (de 47,9% para 71,6%). A Figura 13 mostra a influência da instalação da placa no aumento da produção, de 60 t/h para 77 t/h, a qual se mantém constante por longos períodos de tempo.
Figura 12. Curva de Tromp 2ª Coleta.
Tabela 4. Resultados dos parâmetros obtidos através da construção da curva de Tromp.
Parâmetro ANTES DEPOIS Referência(1)
By-Pass 26,05 16,94 5 – 15% C 2,66 1,63 < 3,00 Diâmetro de Corte 26 μm 50 μm - Ingremidade 0,18 0,33 0,5 – 0,6 Eficiência 47,9% 71,56% 75 – 85% Blaine 4150 – 4470 3664 – 4100 3600 – 4100
(1) Parâmetros operacionais utilizados para o separador em questão. 16,94 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 2,0 8,0 32,0 128,0 Pro b ab ili d ad e (% ) Diâmetro de Malha (µm) T x Diâmetro da malha Dmédio=38,88m Dmédio=47,02m Dmédio=12,13m Dmédio=16,43m
Figura 13. Comparativo da Alimentação do moinho (a) antes e (b)depois da instalação da placa. Foi realizado um levantamento dos valores de potência e alimentação do moinho e separador durante alguns dias de operação antes e após a instalação da placa, sendo possível calcular o consumo específico dos dois equipamentos. Após a instalação da placa para o moinho obteve-se uma redução de 3,6 kWh/t e para o separador 0,127 kWh/t, totalizando uma economia de R$13.234 reais/mês.
4 CONCLUSÃO
Com um estudo detalhado da planta do equipamento foi notada a ausência da placa de dispersão e a solução proposta e executada foi a instalação da placa de dispersão. Após a instalação da placa, os estudos foram repetidos e o trabalho se mostrou satisfatório em todos os pontos avaliados, visto que gerou melhorias no que diz respeito à qualidade, produção e economia.
REFERÊNCIAS
SANCHEZ, ISIDRO; MATSUSHITA, KOJI; PONS, FRANCISCO. Moagem e Moinhos, São Paulo,1990 SELLITTO, M.A.– Inteligência Artificial: Uma Aplicação em uma Indústria de Processo. Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Vale do Rio dos Sinos, São Leopoldo, RS.
Gestão&Produção v.9, n.3, p.363-376, dez. 2002
TAVARES, L.M., REIKDAL, C.E.,ALMEIDA S.L. Influência de variáveis operacionais no desempenho
de classificador aerodinâmico (Influence of operating variables on the performance of a dynamic air classifier). Laboratório de Tecnologia Mineral, Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais,
COPPE/UFRJ e Centro de Tecnologia Mineral, CETEM/MCT. REM: Revista Escola Minas, Ouro Preto, 60(3): 497-503, jul. set. 2007 (a) (b ) Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
