Na indústria de mineração, a primeira equipe que entra em ação é a de exploração e pesquisa mineral. É esse setor que realiza a identificação, delimitação e caracterização dos materiais existentes, definindo a geologia da área e um possível depósito mineral. Os trabalhos de pesquisa, geralmente, são realizados com equipamentos de perfuração – que englobam desde perfuratrizes manuais até grandes sondas rotativas. Para os trabalhos da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., fazia-se necessário uma sonda/perfuratriz compacta, que pudesse ser transportada por uma caminhonete 4×4, já que os equipamentos da equipe eram demasiado grandes (necessitando de veículos maiores para transporte) ou demasiado pequenos (com baixa capacidade de perfuração).

Por conta do difícil acesso na maioria das áreas a serem exploradas e da necessidade de mobilidade do equipamento, a equipe de geologia e de engenharia lançou a proposta de desenvolver um equipamento compacto, que tivesse poder de perfuração para atender a demanda de pesquisa e um sistema de tração própria.

INTRODUÇÃO

O presente projeto surgiu de uma necessidade do setor de geologia e exploração mineral da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., com sede no sul de Santa Catarina.

A equipe buscava um equipamento de pesquisa (sonda ou perfuratriz) de tamanho compacto, baixo peso, fácil mobilidade e que apresentasse capacidade e rendimento de perfuração próximo à de uma sonda rotativa. O equipamento precisava atender requisitos como: ser compacto, ter capacidade de perfuração em diversos tipos de rochas, ter mobilidade própria, ser facilmente transportado por uma caminhonete 4×4 e embarcar/desembarcar facilmente em uma carreta-reboque.

 Primeiramente, foram procurados modelos capazes de atender a demanda. Constatou-se, então, que os equipamentos não tinham a mobilidade pretendida (sondas robustas) e/ou o valor de investimento não estava previsto no orçamento do setor. Com base nessas informações, a coordenação de geologia, em conjunto com a gerência da Unidade Metalúrgica, da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., decidiu desenvolver o equipamento internamente, de acordo com as características necessárias.

O projeto foi elaborado na própria Unidade Metalúrgica, localizada no município de Siderópolis (SC). No local são realizados trabalhos de manutenção, reforma e fabricação de equipamentos exclusivos para as operações da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda. O objetivo foi desenvolver um equipamento que atendesse a necessidade do departamento de geologia com eficiência, praticidade e segurança.

DEMANDAS E NECESSIDADES DO EQUIPAMENTO

O departamento de geologia e exploração mineral da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda. contava com uma sonda rotativa Boyles Bross e um trado mecanizado, para a execução das pesquisas. Nenhum desses equipamentos, porém, atendia a necessidade de forma adequada. A sonda rotativa Boyles Bross era um equipamento robusto demais para os trabalhos, demandando caminhão munck para locomoção e trator para deslocamento entre furos. Além disso, causava danos ao terreno devido ao arraste e precisava de praças de sondagem amplas – o que muitas vezes era um impeditivo para certas demandas. O trado mecanizado, por sua vez, atendia as demandas em materiais de menor consistência e em materiais um pouco mais duros (argilas compactas e rejeitos de carvão, por exemplo). Contudo, apresentava baixo rendimento e baixa capacidade de perfuração, além de ser uma operação basicamente manual. Atingia 15 metros em três dias de perfuração. Assim, era indispensável um equipamento intermediário que atendesse às demandas de forma mais adequada. Particularidades exigidas para o equipamento

a) Facilidade de transporte: a equipe de geologia da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda. dispõe de uma caminhonete 4×4 com carreta-reboque. A sonda/perfuratriz precisava, portanto, ter dimensões e peso compatíveis para ser transportada por esse veículo.

 b)Locais das atividades: os trabalhos são desenvolvidos em diferentes condições de terreno, acessos e para diversas finalidades (pesquisa mineral e investigações geotécnicas). As atividades ocorrem em residências, ruas, localidades rurais e locais inabitados. O equipamento precisava conseguir acessar esses diversificados locais.

c) Mobilidade: a sonda precisava ter mobilidade suficiente para se locomover entre um furo e outro e para embarcar/desembarcar na carreta-reboque. Um equipamento capaz de atender a demanda foi procurado no mercado, contudo, o valor de investimento foi um impeditivo. Diante do desafio, a equipe de geologia, em parceria com a Unidade Metalúrgica, da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., decidiu pelo desenvolvimento interno.

 DESENVOLVIMENTO

Para a execução do projeto, foram utilizados, como modelo, equipamentos tipo “bobcat” e mini escavadeiras hidráulicas, sendo estudados os sistemas de funcionamento para nortear a construção da sonda/perfuratriz. Após a definição de como seria a estrutura da sonda, foi acionado o departamento interno de projetos da Unidade Metalúrgica, da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., e elaborado um esboço em 3D do equipamento, como se observa na Figura 3.

 A Unidade Metalúrgica, por ser especializada em manutenção, reforma e montagem de equipamentos, possuía no estoque algumas peças que foram utilizadas na montagem, proporcionando mais agilidade e menor custo de aquisição. Para a construção do sistema de perfuração, foi aproveitada a estrutura de uma lança de perfuratriz de subsolo, com comprimento de 1,5 metros. Para maior envergadura de perfuração, a lança teve seu comprimento aumentado em 0,75 metros, proporcionando um curso útil de 2 metros. Também foi aproveitado um motor a diesel de uma mini carregadeira sucateada.

Para a execução do equipamento, foram adquiridos: a) Dois motores hidráulicos de rotação para a perfuração, um com maior velocidade de rotação e outro com maior torque, podendo ser trocados facilmente, atendendo às diversas situações durante a perfuração. b) Duas bombas hidráulicas, uma para tração e outra para o implemento. c) Quatro motores de tração, um para cada roda, proporcionando tração 4×4. d) Dois motores hidráulicos, para o avanço do conjunto de perfuração. e) Dois comandos hidráulicos. f) Um guincho hidráulico, para auxiliar na locomoção em terrenos muito irregulares e para içamento das ferramentas (simulando um sistema wire-line). g) Cinco atuadores hidráulicos (quatro para acionar o patolamento e nivelamento do equipamento e um para a inclinação da lança). Com todas as peças necessárias, foram acionados os diferentes setores da Unidade Metalúrgica (fabricação, automotiva, hidráulica, elétrica, usinagem e segurança) para o início da confecção do equipamento. De acordo com os equipamentos e peças disponíveis, o setor de fabricação estrutural dimensionou e montou o corpo da sonda/perfuratriz. Com o corpo estrutural pronto, o setor automotivo realizou a montagem da mecânica diesel. Posteriormente, o setor de hidráulica assumiu a montagem dos componentes e circuito hidráulico. A elétrica foi responsável pela instalação do controle remoto para locomoção. O setor de usinagem foi responsável por confeccionar peças e partes personalizadas para o projeto. Por fim, o setor de segurança da Unidade Metalúrgica inspecionou o equipamento, solicitando as devidas proteções e medidas de segurança ocupacional. Finalizada a montagem, a sonda/perfuratriz foi então liberada para testes, com o objetivo de verificar possíveis necessidades de ajustes e melhorias. Os testes foram executados no pátio da própria Unidade Metalúrgica, sendo acompanhados pelos responsáveis das áreas de geologia, hidráulica, automotiva e segurança do trabalho. Após os testes iniciais, foi observada a necessidade de alguns ajustes operacionais, ergonômicos e adequações de normas de segurança. A sonda/perfuratriz retornou, então, para a Unidade Metalúrgica. Com todas as necessidades atendidas, a sonda/perfuratriz foi novamente testada e finalmente liberada para operação em campo.

RESULTADOS

 A sonda/perfuratriz foi batizada de “Fênix”, por ter surgido a partir de equipamentos que já existiam e que estavam sem utilização na Unidade Metalúrgica, da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda. Os maiores investimentos (aquisições), portanto, foram relacionados à parte hidráulica do equipamento. Com a construção da sonda Fênix, as necessidades apresentadas pelo setor de geologia e exploração foram plenamente atendidas: equipamento compacto e de baixo peso para ser transportado pelos veículos disponíveis (caminhonete “Frontier”); consegue ingressar em locais com restrição de acesso; tem locomoção autônoma e capacidade de perfuração em diversos tipos de materiais/rochas.

A sonda Fênix possui dimensões e peso que são suportadas e se adequam ao tamanho da carreta-reboque, atendendo a primeira necessidade. A sonda possui tamanho de 2,05m x 1,35m x 1,40m (C x L x A) e peso bruto de 1.480kg. Com a torre deitada, o comprimento passa a 2,68 metros. O equipamento é traçado nas 4 (quatro) rodas (4×4) e possui capacidade de auto-locomoção e giro de 360° sobre seu próprio eixo, sendo guiada por controle remoto a cabo, como se observa na primeira versão da Fênix (Figura 9). Possui, ainda, um guincho hidráulico para auxílio de sustentação e tração em situações como terrenos íngremes. A Fênix tem capacidade de embarcar/desembarcar da carreta-reboque de forma independente, como se observa na Figura 10. A necessidade de um equipamento compacto que pudesse ingressar em locais de acesso restrito foi atendida, como se observa no trabalho executado em uma residência. Portanto, observa-se que a Fênix pode ser instalada em espaços pequenos sem prejuízo à execução das perfurações. Além da atuação em lugares restritos, a sua mobilidade permite rápida e fácil retirada do local em caso de necessidade. Devido às dimensões e peso reduzidos, a Fênix é um equipamento que causa baixo ou nenhum impacto aos terrenos pelo qual se locomove ou é instalada.

Optou-se pelo sistema de locomoção sobre pneus com suporte/ancoramento por 4 (quatro) patolas hidráulicas para proporcionar estabilidade e menor dano nos locais onde se instala. A Figura 14 mostra uma praça de sondagem sem nenhum dano ao terreno. Com relação à principal função de uma sonda, que é a capacidade de perfuração, a Fênix tem um ótimo desempenho em diferentes tipos de formações rochosas. Possui capacidade de perfuração desde materiais argilosos, passando por formações sedimentares como argilitos/siltitos/arenitos finos e perfurando arenito bastante compacto.

A Fênix não foi testada ainda em rochas ígneas e metamórficas. As fotos a seguir mostram perfurações executadas pela sonda Fênix. A Fênix tem grande flexibilidade, podendo perfurar formações litológicas menos consistentes atuando como trado mecanizado, utilizando amostrador helicoidal e pode atuar como sonda rotativa com recuperação de testemunho, furando a seco. Pode também trabalhar com barrilete duplo, coroa diamantada e injeção de água por tormel injetor (“cabeça d’água”), para perfuração de materiais mais resistentes. O guincho de tração pode ser utilizado como pescador da camisa, simulando um sistema wire-line. A capacidade de perfuração e avanço depende do material a ser perfurado e das ferramentas de corte adequadas, assim como se a perfuração é a seco ou com água. Devido à necessidade do setor e da coleta dos materiais a serem analisados, as perfurações, até o momento, vêm ocorrendo a seco, com o mínimo de utilização de água. Assim, os resultados e taxas de avanço mensurados estão baseados nessa forma de operação. A taxa de penetração para formações sedimentares, como argilitos até arenitos finos com baixa litificação, é de cerca de 1 metro a cada 3 minutos. O tempo de manobra (perfurar, sacar e quebrar ferramentas, retirar testemunho e descer a ferramenta) é em média de 40 minutos, devido ao trabalho manual. A capacidade diária de perfuração a seco, em materiais argilosos a arenito fino pouco litificado, para um turno de 8 horas, é em média de 10 metros (pode chegar até 12 metros). O consumo de combustível, nessas mesmas condições de perfuração, é de 0,63 litros por metro perfurado. Em média, portanto, a Fênix consome 25 litros de diesel para perfurar 40 metros.

CONCLUSÃO

 O projeto de construção de uma sonda/perfuratriz (denominada Fênix) desenvolvido internamente pela Unidade Metalúrgica, da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda., em conjunto com o setor de geologia, atendeu de forma satisfatória as necessidades da empresa. O equipamento de perfuração se mostrou dinâmico, compacto, com mobilidade autônoma, com baixo consumo de combustível e com capacidade de perfuração que atende aos requisitos dos projetos de exploração e pesquisa desenvolvidos pelo setor de geologia e exploração da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda. Tendo em vista o aperfeiçoamento constante do equipamento, estão em andamento outras duas melhorias para a Fênix. Ambas visam diminuir o esforço de trabalho manual e aumentar a produtividade e rendimento da perfuração:

a) Desenvolvimento de um sistema hidráulico de mordentes para auxiliar na quebra das ferramentas;

 b) Desenvolvimento de um sistema hidráulico para sacar o testemunho do tubo amostrador.

AUTORES: Alexandre Fauth, Coordenador de Geologia, Fabricio Dutra, Projetista Mecânico, Walison Uggioni, Supervisor de Hidráulica, Robson Bonassa, Técnico em Mineração e Eudorico Borges, Sondador.