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Vinícius Fialho Regueira
1 Universidade Federal de São João Del-Rei MG 26 a 28 de maio de 2010 Associação Brasileira de Métodos Computacionais em Engenharia A utilização dos roletes ESI no Brasil M.P. Porto 1 1 Departamento de Engenharia Mecânica UFMG Belo Horizonte, MG CEP: Resumo. As correias, auxiliadas por roletes, são o principal meio de transporte de minério de ferro utilizado no Brasil e no mundo. Utilizam-se como mecanismo impulsionador destas correias motores elétricos. Atualmente, a maior preocupação com o efeito estufa e o consumo de energia no país é crescente, e a demanda por máquinas com menor consumo de energia igualmente. Neste cenário, surgiriam os roletes ESI (Energy saving idlers), com a proposta de economizar até 30% da energia despendida por atrito. Este trabalho traz à tona a discussão dos benefícios dos roletes ESI e exemplifica numericamente, a partir da implementação em um software, demonstrando as situações em que este traz benefícios consideráveis. Palavras chaves: Mineração, roletes ESI, Consumo de energia.
2 1 INTRODUÇÃO Os roletes do tipo ESI, sigla em inglês de Energy Saving Idlers, tem como idéia de melhoria a diminuição do consumo de energia elétrica quando comparado ao conjunto de rolos convencionais, a partir da diminuição das perdas por atrito. Existem diversas perdas de energia em um transportador. Dentre as mais importantes, pode-se citar a energia despendida por atrito nos roletes, energia potencial gravitacional, energia de aceleração do minério, energia de atrito entre a correia/minério e a guia sob o chute alimentador, o tombamento dos roletes, etc. As melhorias atribuídas aos roletes tipo ESI são referentes às perdas por atrito decorrente do uso de roletes. Estas são divididas em perdas por deformação da correia sobre os rolos, movimentação do minério entre os rolos, atrito nos rolamentos e selamento. Assim, espera-se que os roletes tipo ESI gerem uma diminuição destas perdas, em especial nas duas primeiras, o que na prática ocorre. Será realizada neste artigo uma comparação entre as potências consumidas utilizando roletes convencionais e roletes tipo ESI. Simulações de potência consumida serão apresentadas para espaçamentos entre cavaletes de 1,0m (com espaçamento entre roletes centrais de 0,4m e 0,3m para os ESI) e 1,2m (com espaçamento entre roletes centrais de 0,4m para os ESI). Tapp (2000) atribui a Svedala o desenvolvimento de roletes tipo ESI, indicando que a disposição convencional de roletes (com 3 rolos patente de 1896 constando de um rolo central e dois laterais) se manteve inalterada e deveria ser mais bem avaliada, abrangendo mais um rolo central (chamado de rolete ESI primeiramente patenteado no Brasil). A Figura 1 apresenta as diferenças construtivas entre os roletes convencionais e ESI. Roletes Convencionais Roletes ESI Vista Frontal Vista Frontal Vista Superior Vista Superior Figura 1 Diferença construtiva entre os roletes tipo convencional e ESI. Este artigo busca estudar os efeitos benéficos dos roletes ESI, apresentando um software capaz de avaliar a utilização destes. 2 MATERIAIS E MÉTODOS O rolete ESI traz benefícios, como dito anteriormente, diminuindo principalmente as perdas energéticas na deformação da correia sobre os rolos e na movimentação do minério. Nordell (1996) indicou que as perdas por deformação da correia podem alcançar 60-70%
3 das perdas totais por atrito. Tapp (2000) indicou que as perdas por movimentação do minério podem ser altamente representativas quando ocorrem flechas da ordem de 3%. A redução total de energia devido à deformação da correia, quando comparado os roletes ESI com os convencionais, é dada pela Equação ( 0.5. f ) 4 / 3 c 1 f i = 4 / 3 4 / 3 c fc 1 f c 4 / 3 F (1) Observa-se que na Eq.1 o fator f c é a proporção de minério no rolo central. A redução do consumo de energia devido à movimentação de minério entre os roletes é dada pela Equação [( S S ) S ] E f i c Si c F f = 2 (2) A Eq.2 indica que a economia de energia relacionada a movimentação está relacionada a um fator de eficiência (E f ), ao espaçamento entre cavaletes (S i ) e ao espaçamento entre os rolos centrais (S c ). Observa-se que a quantidade superior de rolos no caso dos roletes ESI está diretamente relacionada a uma perda superior por atrito no selamento destes, e deve ser contabilizada na somatória final. A Figura 2 apresenta o Layout da Aba Gráficos do software PnConveyor. Este foi desenvolvido para analisar a viabilidade de projetos de transportadores de correia, e foi adaptado para abranger novos resultados exclusivamente para formulação deste artigo. Figura 2 Layout da aba Gráficos do software PnConveyor. O gráfico apresentado na Fig.2, assim como os demais gráficos deste artigo foram obtidos a partir do software PnConveyor.
4 3 RESULTADOS As simulações realizadas foram separadas em dois grupos: Simulação 1 - Roletes ESI: espaçamento entre roletes centrais de 0,4m e entre cavaletes de 1,2m e 1,0m; Roletes Convencionais: espaçamento entre cavaletes de 1,2m e 1,0m Simulação 2 - Roletes ESI: espaçamento entre roletes centrais de 0,4m e 0,3m combinados com espaçamentos de 1,2m e 1,0m respectivamente; Roletes convencionais: espaçamento entre cavaletes de 1,2m e 1,0m. Ambas as simulações são realizadas utilizando o mesmo conjunto de dados gerais de entrada. Simulação 1 A Figura 3 apresenta um gráfico da potência consumida em função da tensão na correia. Busca-se, a partir deste gráfico, realizar uma comparação entre as duas configurações de roletes (ESI e convencional) e simultaneamente notar se há melhorias representativas com a utilização de espaçamentos entre cavaletes diferentes. Figura 3 Comparação de potência total consumida por atrito versus tensão na correia (S c = 0,4m). Observa-se que todas as configurações apresentam decréscimo de consumo de potência quando se aumenta as tensões. No cômputo geral, os roletes ESI de 1,2m e o rolete convencional de 1,0m apresentaram resultados muito próximos. No que se refere às baixas tensões, o consumo de potência do rolete convencional (normal) de 1,2m é aproximadamente 30% superior ao consumo do rolete ESI de 1,0m. Para altas tensões, os roletes ESI não apresentam consumo de potência vantajoso quando comparado ao rolete convencional. A partir do gráfico da Figura 4, pode-se notar que a movimentação do minério tem importância decrescente com o aumento da tensão,. Este gráfico, quando comparado ao gráfico da Figura 3, mostra que as perdas devido a movimentação do minério têm grande importância na tendência de consumo de energia.
5 Figura 4 Comparação da potência consumida na movimentação do minério para espaçamento entre roletes centrais de 0,4m. A Figura 5 destaca a proximidade existente entre a potência consumida, devido a movimentação do minério, para os roletes ESI de 1,2m e para os roletes convencionais de 1,0m. Figura 5 Comparação da potência consumida na movimentação do minério: rolete convencional de 1,0m e rolete ESI de 1,2m. A Figura 6 apresenta uma comparação entre a potência consumida versus a flecha [%] (referente ao rolete convencional) entre os roletes convencionais e os roletes ESI, utilizando como referência o espaçamento entre cavaletes de 1,2m.
6 Figura 6 Comparação da potência consumida entre os roletes tipo ESI e os roletes convencionais versus a Flecha [%] (dos roletes convencionais), para o espaçamento entre cavaletes de 1,2m. A Fig.6 indica que os roletes ESI são benéficos a medida que as flechas percentuais (do rolete convencional) aumentam. Simulação 2 A Figura 7 apresenta um gráfico da potência consumida em função da tensão para os roletes tipo ESI e convencionais. Os roletes tipo ESI possuem espaçamento entre cavaletes de 1,2m e 1,0m combinados com espaçamento entre rolos centrais de 0,4m e 0,3m respectivamente. Figura 7 Comparação da potência consumida versus a Tensão para a situação 2: Roletes convencionais e ESI. Observa-se pela Fig.7 que os roletes tipo ESI de 1,0m (e espaçamento entre rolos centrais de 0,3m) não são economicamente superiores, no que se refere aos roletes ESI de
7 1,2m. (e espaçamento entre rolos centrais de 0,4m). O rolete ESI com 1,0m de espaçamento possui consumo de energia superior a altas tensões, pois, este apresenta maior quantidade de rolos por metro, influindo em perdas superiores devido ao selamento. 4 DISCUSSÃO Observa-se que, as perdas por atrito diminuem a medida que a tensão aumenta ( mantendo a carga vertical constante). Porém, o comportamento descrito pelos gráficos não devem ser extrapolados para outros transportadores, como será discutido a seguir. Para maiores tensões, a movimentação do minério perde importância na somatória das perdas, enquanto que, a deformação da correia ganha importância - conforme observado por Behrens (1967). A movimentação do minério é preponderante, para o caso avaliado, para uma flecha superior a 0,5%. Para o caso descrito por Behrens (1967), a movimentação do minério seria predominante para uma flecha de aproximadamente 3%; o software indicou que a movimentação do minério seria predominante a partir de 2,5%. Isso nos faz perceber que, em cada caso avaliado, a participação percentual das perdas pode variar para um mesmo valor de flecha. As simulações demonstraram que os roletes ESI de 1,2m e os roletes convencionais de 1,0m geram um consumo de potência similar, independentemente das flechas na correia. Assim, o projetista deve escolher entre os roletes ESI de 1,2m e os roletes convencionais de 1,0m considerando os pares de análises: número total de roletes e o preço da série utilizada; as tensões e a resistência mecânica da correia; a potência consumida e o sistema de acionamento dimensionado. 5 CONCLUSÕES Este trabalho tratou de uma discussão a respeito de transportadores de correia, equipamento muito utilizado para transporte de minério ferro no Brasil. Foram aqui avaliados os benefícios do uso dos roletes ESI frente aos roletes convencionais. Para tanto, foram apresentadas equações para ponderar as perdas por atrito devido a deformação da correia e a movimentação do minério em roletes convencionais, para obter os valores observados nos roletes tipo ESI. A partir destas equações foram realizadas simulações para comparar a economia energética observada nos roletes tipo ESI junto aos roletes convencionais, para um caso específico e para as perdas supracitadas. Observou-se que as perdas por atrito (movimentação do minério e deformação da correia sobre os roletes) decrescem com o aumento da tensão na correia, e com a diminuição da flecha na mesma. Para o caso avaliado, os roletes tipo ESI, com 1,2m de espaçamento entre cavaletes e 0,4m entre rolos centrais, e roletes convencionais, com espaçamento entre cavaletes de 1,0m, obtiveram resultados próximos, para qualquer flecha considerada. Para este caso, o projetista deve avaliar os custos de equipamento e de consumo de energia, para fazer sua escolha. Deve-se avaliar cada projeto de transportador de correia de forma particular, pois não existem cálculos simplistas para determinação da economia de energia. As características operacionais e de projeto são determinantes para avaliar se os roletes tipo ESI serão benéficos para a situação avaliada.
8 6 BIBLIOGRAFIA Behrens, U., Untersuchungen zum Walkwiderstand schwerer Forderbandanlagen; Dissertation, Technical University Hannover, Germany. Nordell, L.K., 1996: The power of rubber - Part I; Bulk solids handling, Vol 16 No. 3. pp Tapp, A.G., Energy saving throughing idler technology; Bulk solids handling, Vol 20 No. 4. pp DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.
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