Redução de Porte Com Ganho de
Produtividade de Equipamentos de Mina.
Várzea do Lopes
Fevereiro/2016
Rodrigo Barbosa
e
1. SOBRE OS AUTORES
Rodrigo Correia Barbosa
Assessor Técnico de Operações de Mina Gerdau Mining Americas
Formação: Engenheiro de Minas Especialista em Gestão Financeira
Breno dos Santos Magalhães
Chefe de Planejamento de Lavra de Longo Prazo Gerdau Mining Americas
Formação: Engenheiro de Minas Especialista em Gestão Financeira
2. INTRODUÇÃO
Os históricos de dimensionamento de frota considerando os custos e condições operacionais típicas do Brasil apontam que na maioria das situações de mineração a céu aberto captura-se ganhos de escala ao adotar o uso de equipamentos de grande porte.
Considerando-se movimentações diárias que podem superar 80.000 toneladas de material, tal como ocorre em minas semelhantes a Várzea do Lopes, o porte dos equipamentos torna-se uma variável crítica.
O número de viagens diárias pode chegar próximo a 3 mil viagens, quando considerado o uso de caminhões rodoviários 6x4 ou pode ser drasticamente reduzido para 800 viagens/dia quando utilizado caminhões fora de estrada de porte médio. Isto impacta no ciclo dos equipamentos, uma vez que um fluxo elevado normalmente gera perdas operacionais ocasionadas pela interferência dos demais caminhões em circulação e na maioria dos casos resulta em um custo por tonelada maior.
3. HISTÓRICO OPERACIONAL
A mina de Várzea do Lopes historicamente adotou um modal de equipamentos flexível.
A movimentação de estéril na mina é fortemente caracterizada pela operação em piso formado por material de rocha decomposta de baixa competência saturada de água com basculamento em pilha de estéril. Para esta movimentação a solução técnica historicamente adotada era o uso de caminhões fora de estrada de médio porte com capacidade de carga da ordem de 100 toneladas.
No caso da movimentação de minério, a principal característica é a lavra em encosta. Neste caso historicamente adotou-se equipamentos menores, de porte típico utilizado em obras de movimentação de material em construção civil, tal como escavadeiras de porte entre 35 e 70 toneladas de peso bruto total e caminhões rodoviários 6x4 reforçados para mineração.
4. ANÁLISE CRÍTICA INICIAL
Havendo movimentações na mina realizadas por empresas prestadores de serviço, uma prática implantada em 2014 na avaliação de propostas comerciais foi a verificação do dimensionamento de frota proposto por empresas concorrentes ao contrato de movimentação de material.
Tal contrato foi concebido em função da movimentação total necessária na mina, deixando como variável aberta o modal de equipamentos a ser ofertado pelas proponentes.
A verificação da aderência do dimensionamento de frota das mesmas foi realizada utilizando-se o software Talpac.
Foram construídos modelos das diversas rotas de caminhões, suportados por estudos de características das vias de rolamento e materiais da mina.
Posteriormente as diversas combinações de equipamentos propostas foram simuladas e o dimensionamento final da frota a partir da simulação foi comparado ao dimensionamento proposto pelas concorrentes ao contrato, verificando-se assim se a aderência e coerência dos mesmos à realidade da mina.
5. ESTUDO DIRECIONADO
O estudo motivado pela avaliação do dimensionamento do contrato de movimentação de material criou uma base de dados que indicou a viabilidade de uma mudança de paradigma em relação ao porte dos equipamentos da mina.
Para a construção dos cenários a serem simulados foram realizados estudos de resistência ao rolamento nas vias de Várzea do Lopes. A resistência ao rolamento é expressa em termos de kgf ou percentagem e representa a dificuldade ou a perda de energia do caminhão ao rodar sobre diferentes tipos de piso.
Figura: Variáveis da resistência ao rolamento.
A formulação da resistência ao rolamento pode ser dada pelo produto entre o coeficiente de rolamento (K) (kgf/t) e o peso bruto do veículo (kgf). Por sua vez o coeficiente de rolamento é dado pela fórmula: K = 20 + 6a, onde a é o afundamento em centímetros do pneu do caminhão na pista.
Também como suporte foram realizados ensaios de densidade empolada em grande volume para a determinação com precisão dos fatores de empolamento nas conchas das escavadeiras e nas caçambas dos caminhões.
Foram construídos modelos tridimensionais das rotas de trânsito planejadas para cada movimentação em cada período. A resistência ao rolamento foi aplicada a cada trecho, os empolamentos foram calculados a cada etapa da escavação e do transporte e as curvas estatísticas típicas de carga média nos passes de carregamento e na caçamba do caminhão foram consideradas na finalização do modelo da simulação.
Partindo-se dos modelos construídos foram inicialmente simulados portes de escavadeira entre 35 t e 240 t e caminhões desde rodoviários 6x4 de 28 t até fora de estrada de 150 t.
Figura: Algumas das diferentes combinações de porte de equipamentos simulados.
Embora em diversas situações o senso comum leve a crer que um maior porte de equipamentos traz ganhos em escala, esta lógica provou-se falha quando confrontada com algumas das restrições operacionais existentes na mina.
- Transporte de estéril passando sob rodovia com restrição de largura e altura.
Foto: Passagem de apenas um caminhão por vez. Necessidade de “pare-siga”.
- Rocha decomposta gerando alta necessidade de forro em frentes de estéril.
Foto: Caminhão fora de estrada com dificuldades de trânsito.
Seguiu-se então um estudo direcionado que simulou 222.264 cenários operacionais diferentes, sendo que cada cenário foi simulado por 150 turnos, totalizando uma simulação equivalente a mais 266 milhões de horas de trabalho.
Simplificadamente, o conceito de produtividade dos caminhões deriva de sua carga média e do número de viagens que o mesmo realiza em um determinado período de tempo.
O que as simulações mostraram foi que em um ambiente com restrições operacionais tal como a mina de Várzea do Lopes, a redução do tempo de ciclo dos caminhões de pequeno porte compensava e superava a vantagem dos caminhões fora de estrada em relação ao payload maior.
Para a certificação da exequibilidade da operação simulada foram testados em campo caminhões de pequeno porte operando nos locais onde tradicionalmente operavam apenas caminhões fora de estrada de médio porte. Foram testados caminhões rodoviários (payload de 26 t a 40 t), bem como caminhão articulado (payload de 30 t) e caminhão fora de estrada de pequeno porte (payload de 30 t), sendo que o critério base para a pré-qualificação era a capacidade de transito em mão dupla pela passagem sob a rodovia.
Fotos: Superior esquerdo – Avaliação de trânsito em mão dupla. Demais fotos – testes operacionais com caminhões de pequeno porte em condições críticas.
6. RESULTADOS
Identificou-se que equipamentos de menor porte, embora tivessem payload menor, possibilitaram uma maior produtividade global, tanto quando considerando um investimento financeiro equivalente, bem como quando considerada a capacidade dos fluxos da mina, pois eram menos afetados pelas restrições operacionais da mina.
Os testes operacionais concluíram que os caminhões de pequeno porte desempenharam satisfatoriamente nas áreas anteriormente operadas com equipamento de grande porte.
Com base nestes estudos passou-se a adotar um porte menor de equipamentos em Várzea do Lopes.
