John Chadwick examina a tecnologia da “mina mais integrada do mundo”e para onde essa tendência pode levar as operações
Matéria publicada originalmente na edição de agosto 2015 da revista International Mining
Como resultado, em 2011, a Boliden se comprometeu em investir US$ 580 milhões para expandir e modernizar a mina, efetivamente construindo uma nova instalação com base em Lappberget. Como parte do projeto de expansão, Boliden contratou a ABB para implantar tecnologias de seu conceito “Internet das coisas, serviços e pessoas” (loTSP – Internet of Things, Services and People), proporcionando benefícios de produtividade para o processamento mineral do novo concentrador e para as operações da nova seção subterrânea.
A plataforma de automação 8ooxA em Garpenberg não só controla as áreas da planta, guinchos e a eletricidade que corre pelos transformadores de alta tensão da mina, mas também coordena as sub-operações, uma vez vistos como tarefas separadas.
“É um alto nível de automação,” explica o CEO da Boliden, Lennart Evrell. “Depois que os caminhões despejam o minério nos britadores, este é processado sem tocar em mãos humanas: do guincho até a superfície e através da planta, 24 horas por dia”.
Isso transformou Garpenberg “na mina mais integrada e avançada do mundo” e que “está rendendo resultados impressionantes”.
Depois que Boliden e ABB concluíram o projeto em meados de 2014, a tonelagem de minério moído de Garpenberg subiu quase 60%, para 2,22 milhões t e a mina atingirá sua capacidade da meta de 2,5 milhões t/ano até o final de 2015. Os custos por tonelada foram reduzidos e tem havido conquistas ambientais significativas com a diminuição do consumo de energia, uso de água e de ruído – para os 500 habitantes que vivem nas proximidades.
O controle do sistema 8ooxA é o “cérebro” por trás da Garpenberg automatizada. Seus operadores e engenheiros, situados em 33 diferentes locais da unidade, estão conectados aos funcionários no chão da mina e planta, equipados com tablet através de uma rede de comunicação com e sem fio, instalada na planta e em parte da mina subterrânea que se estende além de 1.000 m abaixo da superfície.
Adaptado para atender as rigorosas necessidades de mineração, o sistema 8ooxA controla e coleta dados de mais de 400 motores elétricos da unidade, 280 acionadores de velocidade variáveis e dois guinchos (para o pessoal e minérios) no novo poço de 1.200 m ??para a extração do corpo de minério de Lappberget.
O sistema integra todas as funções críticas, tais como a gestão da água, de britadores, de correias transportadoras, carregamento de skip, concentrador e estações de bombeamento. Ele também controla o sistema SmartVentilation garantindo que os ventiladores funcionem às velocidades necessárias para limpar o ar, após uma detonação ou simplesmente uma fumaça persistente de um veículo de diesel subterrâneo.
Quando os sensores dos equipamentos coletam algum feedback que exceda os parâmetros normais, por exemplo, especialistas da ABB a centenas de quilômetros de distância podem fornecer orientação para ajudar a mineradora tomar decisões de manutenção pró-ativas, ao invés de esperar até que algo dê errado. O resultado é que a companhia economiza tempo, dinheiro e a necessidade de manter especialistas de alto custo na própria mina.
Os níveis de automação são inéditos e há controle o abaixo e acima do solo para otimizar o desempenho como nunca antes. ABB diz que seu conceito de “Mineração ao Próximo Nível” é próprio para enfrentar os desafios atuais, incluindo os preços dos metais voláteis, o aumento dos custos de energia, legislações mais rigorosas, maiores exigências de segurança e escassez da força de trabalho.
“As soluções de energia e automação abrangentes para a mineração no século 21 são uma poderosa demonstração de como a Internet das Coisas, Serviços e Pessoas estão mudando fundamentalmente a indústria de mineração”, disse Peter Terwiesch, presidente da divisão de Automação de Processos da ABB.
“Minas como Garpenberg enfrentam regulamentações ambientais, custos de trabalho e energia maiores e forte demanda da população e dos trabalhadores em relação à segurança”, diz Hans Jonsson, gerente geral da Boliden Garpenberg.
Mais seguro, mais rápido
ABB forneceu uma solução abrangente para tanto os guinchos de produção e de serviço. Os sistemas são totalmente integrados na plataforma de controle da mina, o que significa que ambos os guinchos de mina podem ser operadas e supervisionadas a partir de uma única sala de control
e.
O guincho de produção normalmente opera no modo automático – a caçamba é preenchida por uma correia transportadora subterrânea em que uma tonelagem de minério sob medida tenha sido colocada automaticamente. Na superfície, o minério é descarregado e o sistema tem uma capacidade para transportar 416 t/h de minério a uma velocidade de 17 m/s. A caçamba detém 28,5 t e completa 14,5 viagens a cada hora.
A ABB fornece suporte remoto 24 horas para os guinchos em Garpenberg, através do Serviço de Monitoramento do Desempenho de Içamento da empresa (HPMS).
Ventilação sob demanda
O SmartVentilation é uma solução VOD (Ventilation on Demand), desenvolvida em conjunto com a Boliden, que fornece ventilação controlada para entregar ar fresco apenas onde e quando for necessário. Ele minimiza o consumo de energia por meio do uso da funcionalidade sob demanda. Isso gera 30-50% de economia de energia em comparação com um sistema clássico. O sistema também melhora a segurança através de funções incorporadas que, em caso de incêndio, por exemplo, impedem a propagação da fumaça através da mina e permitem uma exaustão dos gases perigosos mais rapidamente.
A instalação do primeiro SmartVentilation na mineradora foi em 2009, com cerca de 70 ventiladores. Uma atualização e expansão do sistema foram realizadas em 2013 para o aumento da produção para 2,5 milhões t/ano. Hoje, o sistema supervisiona e controla todos os 120 ventiladores, portas e sensores de qualidade do ar. O sistema controla desde o fornecimento de ar fresco, aquecimento, distribuição no interior, e exaustão do ar viciado da mina.
Tal como acontece com grande parte desta automação em Garpenberg, a atenção aos detalhes é importante. Por exemplo, quando qualquer porta de ventilação recebe um sinal para abrir, o ventilador local fechará por um breve período para reduzir o diferencial de pressão.
O sistema SmartVentilation controla cinco ventiladores de superfície que operam em três eixos, com uma potência instalada de cerca de 2,5 MW. O Minevent 1 (dois ventiladores) fornece 330 m³/s. Minevent 2 (os outros três principais ventiladores) oferece 297 m3/s, mas que está sendo expandido para 420 m³/s. Os ventiladores de reforço e auxiliares subterrâneos totalizam juntos aproximadamente 6 MW do potencial de consumo de energia. Todos os ventiladores estão equipados com controladores de frequência variável (VFDs – Variable Frequency Drives) para o controle de velocidade contínua. O próprio VFD é uma importante tecnologia de economia de energia. Seu controle automático é ditado por movimentos dos veículos, jateamentos e outras atividades que impacta no fluxo de ar fresco no interior da mina.
Os resultados falam por si:
Melhor qualidade do ar e utilização de infraestrutura através da funcionalidade sob demanda.
– Consumo médio de energia de 30% da potência instalada nominal (~ 2,5 MW).
Controlar a ventilação subterrânea desta forma também pode ajudar numa eliminação mais rápida de gases de detonação, o que significa menos tempo de inatividade. O uso eficiente do sistema de ventilação também pode postergar novos investimentos em infraestrutura, devido à expansão da mina.
A ventilação é de longe o maior consumidor de energia subterrânea. Um estudo realizado pela Natural Resources do Canada, em 2005, nomeado “Aferição do Consumo de Energia das Minas Subterrâneas Canadenses”, mostrou que o consumo total médio das dez minas analisadas foi de 90,4 kWh/t de minério içado. Destes, 44,3 kW foram consumidos na ventilação. Com 49%, está muito a frente de outros componentes; 10% de içamento, 9% de perfuração e 7% de remoção e transporte.
Os motores elétricos são a causa de um enorme desperdício de energia, de modo que o controle reforçado dos mesmos apenas nas aplicações de ventilação e de içamento em Garpenberg gera uma importante contribuição.
O SmartVentilation está totalmente integrado no Sistema 8ooxA e altamente modularizado:
Fácil de manter e expandir, reduz custos e melhora a disponibilidade
– As ferramentas de engenharia padrão do sistema 8ooxA tornam-o mais fácil para se adaptar às necessidades específicas
– Dados amplos de todo o sistema de operação segura são divulgados para os controladores locais para garantir o controle adequado em situações de não-rede
– Investimento pode ser feito por fases.
Além disso, o SmartVentilation pode usar informações de qualquer sistema de rastreamento de localização global para gerar cálculos de demanda de ventilação. Isto pode ser utilizado ao invés de, ou em combinação com o rastreamento do veículo.
Controle de processo
A Garpenberg possui duas estações de britagem subterrâneas a 700 m e 1.087 m abaixo do nível do solo, equipadas com britadores de mandíbula Morgardshammar (velhas, mas ainda muito eficazes, sendo a mais antiga fabricada em 1958). A ABB forneceu novos motores e acionamentos para as estações de britagem, todos integrados ao sistema de controle 8ooxA.
Uma vez içado, o minério vai para o circuito de moagem – um moinho autógeno e um moinho de bolas, ambos recondicionados pela Outotec. Sistemas de acionamento de moinho é um componente crítico e a ABB forneceu dois sistemas de acionamento de moinho de engrenagem de anel. A solução de velocidade variável é de fácil manutenção e permite uma operação otimizada.
No downstream, a ABB também forneceu sistemas de acionamento para as células de flotação, bombas e espessadores, bem como o sistema de controle geral da planta (8ooxA). Controle de processo avançado (APC – Advanced Process Control
) na moagem e flotação é essencial para maximizar a produção de plantas e reduzir o consumo de reagente químico, bem como para evitar paradas não planejadas da planta. O novo concentrador da unidade possui disponibilidade de 95%.
ABB e Boliden têm um longo histórico de colaboração bem-sucedida no campo da tecnologia de automação. Em 2009, as empresas concordaram em colaborar em um projeto para alcançar a aplicação do Model Predictive Control (MPC) para um circuito de flotação completo. Os objetivos eram duplos; em primeiro lugar a estabilização do processo, apesar das perturbações externas, tais como as variações da qualidade de minério. Em segundo lugar, o teor de zinco deveria ser maximizado, através da recuperação e do grau de concentrado.
A ABB entregou sua solução de controle de processo avançada para otimizar o processo de flotação de zinco, de modo a atingir uma melhor recuperação do minério em determinado grau. A solução incrementou o rendimento e deu consistência à qualidade de zinco.
Olhando para o futuro, Terwiesch prevê que o processo seja “otimizado de acordo com as propriedades de minério”. Moagem e flotação serão otimizados através do uso de dados em tempo real para detectar mudanças de teor à medida que o minério é extraído da lavra subterrânea.
A planta pode reagir à variabilidade em tempo real. O sistema de controle alerta a planta de processo e ajustes preditivos são feitos aos circuitos de moagem e na flotação, de acordo com as propriedades de minério. “O resultado é maior recuperação e menor consumo de energia”.
Ele também destaca a capacidade de metas de produção ser otimizada para as condições de mercado, com “pontos de ajuste de processo refinados para maximizar retornos financeiros”. Convergência de sistemas de TI e sistemas de controle de processo fornecem informações de vendas e índices de preços globais. Isso permite que os sistemas de controle refinem pontos de ajuste de processo e maximizem o retorno financeiro para os preços de material de alimentação e produtos atuais.
Fonte: Revista Minérios & Minerales