São inúmeras as contribuições da mineração na geração de emprego e renda em todo mundo, seja de forma direta ou indireta, através da oferta de mateira prima para vários tipos de indústria. Dentro desta área as peneiras vibratórias são equipamentos fundamentais para o processo de separação e classificação de sólidos. Muitas vezes instaladas em prédio construídos em estruturas metálicas, a excitação induzida pelas peneiras a essas edificações podem trazer efeitos danosos a essas estruturas e até mesmo riscos as pessoas que transitam nestas áreas. Este estudo tem como objetivo evidenciar os ganhos obtidos, pela aplicação de tecnologia de amortecimento utilizada em aplicações rodoviárias como forma de mitigação a esses riscos.

 O estudo comparativo entre as acelerações obtidas nas estruturas do prédio, onde estão instaladas peneiras com sistema convencional de molas e helicoidais e do sistema proposto, permitiu avaliar a qualidade da solução adotada. Conforme os relatos históricos, a mineração é uma das atividades humanas mais antigas, onde até hoje a humanidade se beneficia das riquezas extraídas da terra (Dubiński, J. (2013). Max Planck (1858-1947), o famoso físico, afirmou em seus estudos que “mineração não é tudo, mas sem mineração tudo é nada”.

 Em diversas áreas de nossa sociedade, tanto nos dias atuais como no passado, tiveram seu desenvolvimento atrelado ao crescimento contínuo dos processos de mineração. A mineração tem como objetivo obter os mais variados recursos naturais presentes na face da terra para satisfazer as diversas necessidades do homem moderno. Recursos estes que podem ser utilizados na construção civil, geração de energia, indústria automotiva, eletrônica, química e nos tempos atuais no apoio para utilização de energia limpa com os veículos movidos a energia elétrica.

As peneiras vibratórias em muitos casos são consideradas como os principais equipamentos na mineração, realizando trabalho desde as fases iniciais do processo de mineração até nas fases finais do produto acabado (Linhares e Vimieiro, 2021). As peneiras vibratórias são responsáveis pela separação granulométrica dos materiais conforme o tamanho da partícula desejada em cada fase do processo de beneficiamento ( Ramatsetse et al., 2019). As peneiras vibratórias podem ser consideradas como equipamentos dotados por uma estrutura comumente denominada por caixa ou carcaça que é suportada sobre molas helicoidais. Existem ainda sistemas para fixação das telas, também denominados por deck e, por fim, seu mecanismo de acionamento (Barbosa w., 2020).

Mesmo se tratando de um equipamento de pouco complexidade, a instalação de peneiras vibratórias as estruturas que as suportam, carecem de estudos e análises das forças envolvidas neste processo, uma vez que as vibrações transmitidas para o solo durante sua operação podem causar efeitos danosos as edificações e as pessoas no seu entorno. (Assunção, 2009).

JUSTIFICATIVAS PARA O PROJETO

As peneiras vibratórias são máquinas que produzem movimentos para executar sua função de classificação. Seus movimentos são produzidos por mecanismos vibratórios que são baseados em sistemas de massas excêntricas capazes de gerar forças dinâmicas com amplitudes de vibração que podem variar de 1,5 a 6mm com frequências de operação entre 700 e 1200rpm (Metso, 2009).

A força dinâmica produzida pelos mecanismos vibratórios, similarmente às máquinas com partes rotativas, pode simplificadamente ser expressa por: F = m r ω2onde: F é a força dinâmica, m a massa desbalanceada, r a excentricidade da massa desbalanceada e ù corresponde à frequência circular de rotação. A direção da força dependerá do movimento executado pelo acionamento. A força no mecanismo vibratório pode ser alterada através dos contrapesos que são ajustáveis com insertos de aço ou de chumbo. Conforme a FIG. 1, os contrapesos giram em sentidos opostos. Pode ser notado que, com o auto-sincronismo, existem determinadas posições em que as componentes da força centrífuga gerada pelo movimento angular se somam ou se anulam.

 A força resultante Fr é dada por: Fr = (F1 +F2 )sin(2∏f t), onde F1 é a força centrífuga gerada pelos contrapesos do eixo A, F2 a força centrífuga gerada pelos contrapesos do eixo B e f a frequência de operação do equipamento. Toda essa energia dissipada em forma de ondas mecânicas provoca perturbações as pessoas e edificações no seu entorno, que ao longo do tempo podem ser prejudiciais ao seu perfeito funcionamento. Reduzir e ou eliminar os efeitos nocivos a que são submetidos as edificações e pessoas no entorno do prédio onde estão instaladas as peneiras R-MD 2440 X 6100 (FIG.02) do fabricante HAVER & BOECKER LATINOAMERICANA na usina de Brucutu na cidade de São Gonçalo do Rio Abaixo da empresa VALE S/A.

 Entre os efeitos nocivos provocados pela onda mecânica de vibração (FIG.03) causada com o funcionamento das peneiras vibratórias, temos desde perturbações como ruído elevado pela vibração das janelas do prédio da sala de controle de operação a cerca de 50m do local de instalação das peneiras. Desconforto as pessoas que realizam inspeções e manutenções no prédio causado pelo ruído emitido bem como pressão sonora e deslocamento de ar. E por fim queda de componentes do telhado do prédio como travessas e telhas que poderiam ter causado acidentes pessoais.

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

Aplicar uma tecnologia capaz de mitigar e ou eliminar os efeitos das ondas de vibrações provocadas pelo funcionamento das peneiras vibratórias, bem como não alterar as características estruturais e de montagem da peneira em sua base foram as primeiras premissas adotas para este projeto.

Diante desta proposta, em busca fora do ramo da mineração, foi proposta a empresa FIRESTONE o desafio de aplicar sua tecnologia do asfalto como uma possível solução aos problemas de perturbação estrutural ao prédio onde estão instaladas as peneiras objeto deste estudo. Para garantia do sucesso nesta aplicação foi incluída no projeto a empresa HAVER & BOECKER LATINOAMERICANA, fabricante da peneira, não só para propor a menor interferência possível na montagem de tal dispositivo, como também garantir a mesma performance operacional da peneira vibratória. Com as características de projeto em mãos a empresa FIRESTONE, lançou mão de seu dispositivo denominado pelo nome de MARSH MELLOW como solução para o problema em estudo. Marsh Mellow™ (FIG.04) é o nome comercial da mola de borracha e tecido desenvolvida pela Firestone Industrial Products. A construção básica do Marsh Mellow inclui um núcleo de borracha sólida com um centro oco, e corpo reforçado com tecido. As variáveis controláveis desta construção são as chaves para o extremo design flexível que a mola oferece

Através da sinergia entre as empresas Haver e Firestone, chegou-se à conclusão do tipo e da quantidade de Marsh Mellow’s a serem utilizados. Com os softwares de simulação para construção de peneiras utilizado pela Haver os dados calculados foram encontrados conforme a tabela 01. Com a substituição dos marshmellows pelas molas helicoidais, aumentará a força transmitida do equipamento para o prédio, uma vez que a razão de frequências diminui. Conforme cálculos efetuados pelas duas empresas, havia o consenso em que os Marshmellow reduzirão significativamente as forças transmitidas da peneira para o prédio durante o start-up e parada, quando comparado com as molas helicoidais. Já para reduzir a emissão de esforços para o solo conforme apresentados pelos cálculos, se necessária a alteração da configuração inicial que era de 2 molas no console dianteiro e 02 molas no console traseiro, passando para 02 na dianteira e 02 na parte traseira.

Porém para quantificar a perturbação causada ao prédio e demais instalações no entorno, só seria possível com testes com o equipamento em operação, assim como a definição dos apoios (2 ou 2 coxins por apoio). Resultados dos testes No dia 27/12/2022, após a montagem da primeira peneira R-MD 2440 X 6100 – HAVER, utilizando os amortecedores do tipo Marsh Mellow – Firestone, foi possível realizar as primeiras medições tanto de dados referente a performance do equipamento, como da perturbação do prédio. Para a coleta de dados de processo foi utilizado e sensor piezoelétrico 100mv/g MODEL CMSS2200 SKF com o analisador CMXA75 do mesmo fabricante.

Os resultados referentes a performance do equipamento (FIG.05) não apresentam alteração significativas, ficando dentro do desejado para o perfeito atendimento às necessidades de processo. Já referente as forças de perturbação nas edificações onde são instaladas as peneiras, conseguimos verificar um ganho significativo entre uma peneira operando com molas helicoidais de aço e outra com amortecedores do tipo Marsh Mellow.

Para realização das medições foram realizadas coletas com apenas a peneira com Marsh Mellow(PN01) em operação em seguida com apenas uma peneira como molas helicoidas (PN02) e por fim com duas peneiras com molas helicoidais (PN02+PN04). Conforme exposto na tabela 02 as medições realizadas perpendiculares nas estruturas de tapamento lateral do prédio (P1), apresentam uma redução na perturbação de cerca de 60% com a utilização do Marsh Mellow’s. Já a 07 metros da periferia da peneira no mesmo ponto do tapamento lateral (P2), os valores de perturbação ficaram na ordem de 40% de redução.

Mesmo não sendo objetivo principal do referido estudo, obtivemos também uma melhoria ergonômica para as equipes de manutenção com a redução do peso do sistema de amortecimento, uma vez que as molas helicoidais pesam 24kg, estando praticamente no limite preconizado pela NR-17 que é de 25kg por pessoas e os Marsh Mellow’s apenas 08kg. Também conseguimos uma redução de 3db no ruído emitido pela peneira utilizando os amortecedores Marsh Mellow’s.

 AUTORES: Aparício Afonso dos Santos, Lucas Teixeira Fernandes e Jordann Rosa – Vale S/A – Mina de Brucutu, São Gonçalo do Rio Abaixo – MG