Alexandre Nascimento Hernndez

CONTROLE DA PORCENTAGEM DE SLIDOS NA

MOAGEM, OTIMIZAO DA ALIMENTAO DA

FLOTAO E AUMENTO DA VAZO DE ALIMENTAO

NOVA DA PLANTA DE BENEFICIAMENTO DA

MINERAO MARAC INDTRIA E COMRCIO

MMIC, Yamana Gold Inc.

Alto Horizonte GO

2008

Projeto Programa Trainee Yamana

Agradecimento

Yamana Gold Inc e Minerao Marac Indstria e Comrcio pela excelente oportunidade de crescimento profissional.

Aos Srs. Luis Rodrigo Costa e Jorge Moncada Jara, meus chefes, pela orientao e extrema pacincia em momentos difceis.

Aos Srs. Jair Hiplito e Daniel Daher pelas diversas discusses construtivas e pelo grande apoio.

Aos Srs Operadores da Sala de Controle da Usina de Beneficiamento pela prontido nos questionamentos e pacincia.

Aos novos colegas e amigos formados, pela distrao.

minha famlia e namorada pelo apoio e fora para vencer essa etapa de minha vida profissional.

Embora ningum possa voltar atrs e fazer um novo comeo, qualquer um pode comear agora e fazer um novo fim.

Chico Xavier

Resumo

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver lgicas para aperfeioar e criar, em etapas onde no existem, os controles das porcentagens de slidos controlando a adio de gua no circuito de moagem da planta de beneficiamento de cobre e ouro da Minerao Marac Indstria e Comrcio MMIC, do grupo Yamana Gold Inc. Os controles na etapa primria da moagem foram otimizados antes mesmo do trmino e apresentao desse trabalho, gerando grandes ganhos em estabilidade no circuito e permitindo a Engenharia de Processo manipular a varivel porcentagem de slidos na alimentao do moinho SAG e na sua caixa de descarga, com muito mais segurana. Na etapa secundria da moagem o sistema mais complexo e desprovido de instrumentos essenciais para o controle de adio de gua, no possibilitando, ainda, a sua implementao. Porm, os instrumentos necessrios esto em fase de projeto e implantao e a introduo dos controles propostos neste trabalho para a etapa secundria geraro os mesmo benefcios obtidos na etapa primria. No decorrer dos estudos, de acordo com o produto fornecido pela moagem, verificou-se a possibilidade de otimizar a alimentao do processo de flotao, manipulando a porcentagem de slidos da alimentao da pr-classificao e classificao por ciclones, etapas primria e secundria, consecutivamente. Verificou-se, tambm, que os controles propostos para a etapa secundria determinam com eficcia a carga circulante no moinho de bolas. O conjunto desses controles possibilita otimizar a vazo de alimentao nova dessa planta de beneficiamento.

Abstract

This present work objective is to develop logics to improve and create the solid percentage controls in stages where they dont exist, controlling the water addition in the grinding circuit of the copper and gold Plant Beneficiation of Minerao Marac Indtria e Comrcio MMIC, a company of Yamana Gold Inc. The controls in the grinding primary stage were optimized even before finishing and presenting this work generating great stability in the circuit, also allowing the Process Engineering to manipulate a variable solid percentage in the SAG mill feed and in the discharge box with a lot more safety. The system in the secondary grinding stage is more complex and without essential equipment for the water addition control, not enabling still its implementation. However, the equipment necessary is in implementation project phase and the introduction of theses controls proposed in this work to the secondary stage will generate the same benefits obtained in the primary stage. During studies and according to the material supplied by the grinding, was able to verify the possibility to optimize the feed in the flotation process manipulating the solid percentage of the feed pre-classification and classification by cyclones, secondary and primary phases, consecutively. Also was verified that the controls proposed to the secondary stage determine with efficiency the circulating charge in balls mill. The assembly of these controls is going to possibly optimize the feed outflow of this Beneficiation Plant.

SUMMRIO

Resumo / Abstract

1 Introduo ..................................................................................................................... 3

2 Reviso da Literatura .................................................................................................... 4

2.1 Moagem ......................................................................................................... 4

2.2 Pr-Classificao e Classificao .................................................................. 5

2.3 Algoritimos .................................................................................................... 5

3 Objetivos ...................................................................................................................... 7

4 Mtodos ...................................................................................................................... 8

4.1 Controle de vazo de gua na alimentao e na caixa do SAG ..................... 8 4.1.1 Definies de processo .................................................................... 8 4.1.2 Lgica do controle atual .................................................................. 9 4.1.3 Lgica do controle otimizante ......................................................... 9 4.1.4 Simulao do controle otimizante ................................................. 13

4.2 Controle de vazo de gua na moagem secundria ..................................... 15 4.2.1 Balano de Massas e guas do circuito da Moagem Secundria . 15 4.2.2 Balano de Massas e guas das bancadas de ciclones ................. 16 4.2.3 Pontos de adio de gua e instrumentao do circuito ................ 17 4.2.4 Clculo de vazo de gua na caixa e no underflow ....................... 17

4.3 Algoritmo final para a vazo de gua na alimentao do SAG ................... 18

4.4 Carga Circulante do Moinho de Bolas ......................................................... 19

4.5 OTIMIZAO ............................................................................................ 19 4.5.1 Prioridade de variveis a serem controladas ................................. 19

5 Resultados e Discusses ............................................................................................. 21

5.1 Resultados obtidos em fase de teste do controle otimizante ........................ 21

5.2 Implementao do controle otimizante ........................................................ 25

6 Concluso ................................................................................................................... 26

3

CAPTULO 1

INTRODUO

No mundo de hoje, a indstria segue um ritmo frentico de mudana em busca da otimizao dos processos produtivos. A automao de processos aparece neste contexto de maneira muito contundente para viabilizar a otimizao dos processos minerais. As tcnicas de controle vem sendo aprimoradas constantemente e atualmente tcnicas de controles otimizantes vem sendo desenvolvidas, factvel e capaz de trazer ganhos significativos para o processo, em termos de qualidade dos produtos produzidos e aumentos de capacidade. Isto se d devido s dificuldades de se controlar malhas altamente interdependentes, com grandes tempos de atrasos e de difcil percepo, j que diversos parmetros de processo no podem ser medidos on line. Nessa busca so abordados aspectos e deficincias das tecnologias convencionais de controle e so apresentadas tcnicas avanadas de controle de processo otimizante que utilizam tecnologias de inteligncia artificial como: sistema especialista, modelo fsico de processo, rede neural e lgica nebulosa. So enfatizadas as vantagens do emprego do sistema de controle otimizante baseado em modelos matemticos na indstria mineral, que permite trazer ganhos significativos em performance, quando comparado com as tcnicas convencionais.

A lucratividade de uma indstria como um todo funo da tonelagem produzida, da qualidade do produto final, da utilizao otimizada de energia e dos custos operacionais, uma tecnologia para maximizar o lucro global quando isto depende de vrios objetivos localizados associados s vrias etapas da cadeia produtiva, determinando Valores de Referncias locais simultaneamente para vrias reas da cadeia produtiva, levando em considerao todas as restries conhecidas. O fator limitante tipicamente no origina sempre da mesma parte da indstria.

A evoluo a partir de otimizao localizada para otimizao global reflete uma percepo mais integrada do sistema de produo.

Neste contexto, este trabalho identifica controles que podem ser otimizados e prope, utilizando tcnicas de algoritmos para insero no Sistema Supervisrio, controles automticos onde eles ainda no existem na planta de beneficiamento da Minerao Marac Indstria e Comrcio. Estes controles visam despertar o interesse em formao de tecnologia interna, no formando, mas, com a idia de incentivar a criao de um sistema especilalista e/ou maior intercmbio tecnolgico com empresas terceirizadas especializadas no assunto. O trabalho a seguir proporciona estabilidade operacional na varivel porcentagem de slidos nas polpas de minrio do circuito de moagem, e, sendo o fator que sua variao porcentual representa um maior distrbio no processo de moagem e classificao, sua estabilidade gera maior segurana para a engenharia de processo avaliar como outras variveis afetam o processo, possibilitando assim um caminho mais rpido para a otimizao do circuito.

4

CAPTULO 2

REVISO DA LITERATURA

2.1 Moagem

No processo de fragmentao a moagem o ltimo estgio. Nesta etapa, a combinao de impacto, compresso, abraso e atrito, reduzem as partculas a um tamanho adequado liberao do mineral para, posteriormente, serem concentrado nos processos subseqentes. Cada minrio tem uma malha para ser modo, dependendo de muitos fatores incluindo a distribuio do mineral til na ganga e o processo de separao que vai ser usado em seguida. A moagem a rea da fragmentao que requer maiores investimentos, maior gasto de energia e considerada uma operao importante para o bom desempenho de uma instalao de tratamento. A submoagem do minrio resulta num produto grosso com liberao parcial do mineral til, inviabilizando o processo de concentrao. Neste, a recuperao parcial do mineral til e a baixa razo de enriquecimento respondem pela inviabilidade do processo. A sobremoagem tambm no desejada, pois ela reduz o tamanho das partculas, desnecessariamente, o que acarretar um maior consumo de energia e perdas no processo de concentrao. A moagem deve ser muito bem estudada na etapa de dimensionamento e escolha de equipamento, e muito bem controlada na etapa de operao da usina, pois o bom desempenho de uma instalao industrial depende em muito da operao da moagem.

O objetivo do circuito de moagem maximizar a capacidade e, ao mesmo tempo, fornecer um tamanho de produto que resulte em recuperao e desempenho aceitveis na flotao. Isso feito na Minerao Marc utilizando-se um moinho semi-autgeno (SAG) operando em circuito fechado com uma peneira e um britador de pebble, e um moinho de bolas operando em circuito fechado com hidrociclones. O undersize da peneira do moinho SAG processado tambm nos ciclones da moagem primria.

Existem diversas variveis de processo que devem ser controladas no circuito de moagem do moinho SAG para maximizar a capacidade. Existem malhas de controle de estabilizao para cada umas das variveis de processo, intertravamentos eltricos para proteger os equipamentos contra danos que podem resultar da quebra ou falha de um componente e alarmes para advertir o operador sobre condies do processo e operao dos equipamentos que podero ter um impacto negativo na operao geral do moinho SAG e equipamentos associados.

A malha de controle de vazo de gua de diluio do moinho SAG mantm o fluxo desejado de gua de processo para o moinho SAG e, portanto, determina a densidade da polpa no moinho. O fluxo de gua de processo controlado para garantir que h condies adequadas de moagem no moinho SAG. Para controlar a densidade, gua adicionada proporcionalmente ao total de minrio (novo e recirculado) alimentado no moinho SAG. A balana no transportador de alimentao do moinho SAG fornece a taxa de alimentao total de minrio. A vazo de gua para o chute de alimentao medida por um medidor de vazo e controlada por uma vlvula de controle de vazo.

5

A eficincia de moagem diminui acima ou abaixo da faixa alvo de porcentagem de slidos. Uma razo de gua baixa (alta densidade) ajuda a proteger os revestimentos se o carregamento do moinho estiver baixo. Uma razo de gua elevada (baixa densidade) ajuda a lavar e descarregar um moinho sobrecarregado. O carregamento do moinho pode ser aferido de acordo com a presso nos mancais.

2.2 Pr-Classificao e Classificao

A pr-classificao tem como objetivo recuperar material fino do produto na parte inferior da peneira do moinho SAG, esse material j possui uma distribuio de tamanhos necessrios para liberar as partculas do mineral valioso do restante dos minerais do minrio e facilitar a recuperao do mineral valioso no processo de flotao mais adiante. Essa etapa de pr-classificao reduz o potencial de produzir material excessivamente fino no moinho bolas, e aumenta gradualmente a capacidade do moinho de bolas. Os ciclones so utilizados para produzir a polpa de produto final.

As variveis que mais afetam a classificao da polpa de minrio so a densidade da alimentao no ciclone, presso da alimentao dos ciclones e o tamanho do produto no moinho SAG. Em geral, minrios moles processados em taxas de produo mais elevadas produzem uma descarga mais grossa no moinho SAG do que minerais mais duros processados em taxas de produo mais baixas.

O sistema de controle responsvel pela manuteno da densidade adequada na alimentao dos ciclones. A densidade para os ciclones monitorada e a adio na caixa da bomba ajustada de acordo. A densidade de alimentao dos ciclones a varivel que mais afeta a distribuio de tamanhos das partculas no overflow.

A malha de controle de densidade de alimentao dos ciclones da moagem tem por finalidade controlar a densidade da polpa de alimentao dos ciclones. A expresso densidade da polpa designa a razo em peso entre a gua e os slidos existentes na polpa. A densidade da polpa de alimentao apresenta um efeito significativo na separao dos tamanhos de partculas feita nos ciclones. Em razo disso, necessrio o controle de densidade da polpa de alimentao para garantir que o produto no overflow do ciclone, que forma o circuito de alimentao da flotao, fique com o tamanho de partcula adequado. A vlvula de controle de vazo de gua de processo da caixa da bomba (330-PP-01) de alimentao dos ciclones da moagem primria modulada para controlar a densidade da alimentao de polpa bombeada para os ciclones, controlando assim o tamanho de partcula do overflow que flui para o distribuidor de alimentao da flotao.

A % de slidos (por peso) pode ser ajustada conforme necessrio para atingir a distribuio de tamanhos desejados para o produto (P80). Uma densidade de alimentao dos ciclones abaixo do set point (provocada por muita adio de gua) produz classificao ineficiente nos ciclones prejudicando a alimentao ideal para a flotao.

2.3 Algoritmos

Um algoritmo uma sequncia no ambgua de instrues que executada at que determinada condio se verifique. Mais especificamente, em matemtica, constitui o conjunto de processos (e smbolos que os representam) para efectuar um clculo.

O conceito de algoritmo freqentemente ilustrado pelo exemplo de uma receita, embora muitos algoritmos sejam mais complexos. Eles podem repetir passos (fazer iteraes) ou necessitar de decises (tais como comparaes ou lgica) at que a

6

tarefa seja completada. Um algoritmo corretamente executado no ir resolver um problema se estiver implementado incorretamente ou se no for apropriado ao problema.

Um algoritmo no representa, necessariamente, um programa de computador, e sim os passos necessrios para realizar uma tarefa. Sua implementao pode ser feita por um computador, por outro tipo de autmato ou mesmo por um ser humano. Diferentes algoritmos podem realizar a mesma tarefa usando um conjunto diferenciado de instrues em mais ou menos tempo, espao ou esforo do que outros. Tal diferena pode ser reflexo da complexidade computacional aplicada, que depende de estruturas de dados adequadas ao algoritmo. Por exemplo, um algoritmo para se vestir pode especificar que voc vista primeiro as meias e os sapatos antes de vestir a cala enquanto outro algoritmo especifica que voc deve primeiro vestir a cala e depois as meias e os sapatos. Fica claro que o primeiro algoritmo mais difcil de executar que o segundo apesar de ambos levarem ao mesmo resultado.

O conceito de um algoritmo foi formalizado em 1936 pela Mquina de Turing de Alan Turing e pelo clculo lambda de Alonzo Church, que formaram as primeiras fundaes da Cincia da Computao.

A maioria dos algoritmos desenvolvida para ser implementada em um programa de computador. Apesar disso eles tambm podem ser implementados por outros modos tais como uma rede neural biolgica (tal como no crebro quando efetuamos operaes aritmticas) em circuitos eltricos ou at mesmo em dispositivos mecnicos.

Para programas de computador existem uma grande variedade de linguagens de programao, cada uma com caractersticas especficas que podem facilitar a implementao de determinados algoritmos ou atender a propsitos mais gerais.

As formas mais comuns de representao de algoritmos so as seguintes: Linguagem Natural: Os algoritmos so representados diretamente na

linguagem natural. Fluxograma convencional: uma representao grfica que emprega

formas geomtricas padronizadas para identificar as diversas aes e decises que devem ser executadas para resolver o problema.

Pseudo-Linguagem: Emprega uma linguagem intermediria entre a linguagem natural e uma linguagem de programao para descrever os algoritmos.

Nesse trabalho, os algoritmos sero estruturados em linguagem natural, com o objetivo de transmitir a idia principal da estrutura do controle e dar maior flexibilidade ao setor de automao para implantao dos algoritmos no Sistema Supervisrio.

7

CAPTULO 3

OBJETIVOS

O presente trabalho tem como primeiro objetivo apresentar uma estratgia de controle que possibilita controlar a porcentagem de slidos dos fluxos de polpas no circuito de moagem da Minerao Marac Indstria e Comrcio. Com a porcentagem de slidos controlada, o segundo objetivo desse trabalho demonstrar que possvel, manipulando a porcentagem de slidos desses fluxos, otimizar a alimentao da flotao de acordo com o produto da moagem, evitando moagem desnecessria e, como conseqncia, aumentando a vazo de alimentao nova da planta. O terceiro e tlimo objetivo desse trabalho demonstrar que os controles propostos podem ser implementados facilmente.

8

CAPTULO 4

MTODOS

4.1 Controle de vazo de gua na alimentao e na caixa do SAG

A vazo de gua na alimentao do moinho SAG calculada de acordo com uma taxa horria de massa que entra no moinho, como as tonelagens por hora na caixa de descarga do moinho e, em seqncia, na alimentao da moagem secundria so, na prtica, diretamente proporcionais alimentao nova do moinho SAG, um controle que determine com maior eficincia essa taxa de alimentao nova no moinho SAG estar, por conseqncia, determinando, tambm com maior eficincia, a taxa horria na descarga do moinho e na alimentao da moagem secundria. Entende-se que o controle atual de vazo de gua na alimentao do moinho SAG d margens a erros considerveis, portanto, a principal motivao desse trabalho aperfeioar esse controle em especfico determinando o melhor parmetro de taxa horria na alimentao que o controle deve utilizar para calcular a vazo de gua.

4.1.1 Definies de processo

A carga de minrio que alimenta o moinho SAG da planta de beneficiamento da MMIC composta por dois tipos de alimentao, uma a denominada alimentao nova, proveniente da pilha pulmo, formada pelo produto da britagem, e a outra carga circulante, formada pelo material que no foi cominudo o suficiente para seguir para a flotao ou para o moinho de bolas.

O moinho SAG est projetado para trabalhar com a carga de minrio misturada com gua em uma razo de porcentagem de slidos de 75%, ento, a massa de gua necessria para uma determinada massa de minrio pode ser calculada da seguinte forma:

%75=+ as

s

MMM

( )75,0

75,01 sa

MM

=

A caixa de descarga do moinho deve conter polpa com a porcentagem de slidos por volta de 50%, que a faixa de operao da bateria de ciclones classificadores. A massa de gua est relacionada com a massa de minrio conforme a seguinte equao:

( )5,0

5,01 sa

MM

=

Equao (1)

Equao (2)

9

Essa porcentagem de slidos pode ser deslocada dentro de uma faixa de valores para controle da granulometria do overflow.

4.1.2 Lgica do controle atual

O controle atual de vazo de gua na alimentao do SAG est estruturado em um algoritmo, um loop de 90s, que calcula a vazo de gua considerando uma taxa de alimentao instantnea, estando a balana a 100s de distncia da vazo de gua na alimentao (velocidade constante da correia CV-02), o controle est sujeito picos de variaes durante esses 100s que no sero levados em conta, assim, o controle no timo. O controle da vazo de gua na caixa de descarga feito atravs de um Set Point do operador, o operador da sala de controle inseri um valor correspondente a situao atual, um valor que permanece constante a considerveis variaes na alimentao.

4.1.3 Lgica do controle otimizante

As correias que transportam a alimentao nova e a carga circulante so on/off (velocidade constante ou desligadas), dessa forma, para simplificar o controle, a lgica montada considerando trechos de correia dados em tempo (s), por exemplo, 100s de correia.

As balanas, tanto a da alimentao nova quanto a da carga circulante, esto defasadas no tempo em relao vazo de gua na alimentao do moinho SAG em 100 e 215s respectivamente. Dessa forma, pode-se determinar com preciso, desde que as balanas estejam bem calibradas, a massa de minrio contida em um trecho de x segundos de correia e aplicar a esse trecho exatamente a quantidade de gua necessria para atingir os 75% de slidos, devendo esse trecho ser menor ou igual ao menor tempo de defasagem.

As balanas possuem uma memria interna e as informaes de suas medies podem ser atrasadas em at 300s, possibilitando posicion-las virtualmente em qualquer ponto da correia. Utilizando esse recurso, a balana da carga circulante pode ser atrasada em 115s e posicionada com o mesmo tempo de defasagem da balana da alimentao nova.

Ento, a massa mida de minrio contido em cada trecho de 100s de correia, por exemplo, e o momento em que essa massa comea a alimentar o SAG pode ser calculada atravs de um algoritmo em forma de loop que integra a taxa horria instantnea da alimentao nova durante o perodo de defasagem entre a balana e a vazo de gua na alimentao, ao final do loop pode ser calculada a massa de minrio seco e a gua contida atravs de um valor de umidade. A taxa horria mdia seca pode ser calculada dividindo o total obtido na integrao pelo tempo de integrao, o algoritmo de integrao em intervalos de 1s ficaria assim:

De 1 at 100 faa; Contar 1s e continuar (Delay) Mun = Mun + [(Txn)/3600]

Muc = Muc + [(Txc)/3600] Loop Ac = (Mun+ Muc)*(%Um)

MsT = (Mun+ Muc) *(1-%Um)

hs

sTxm 1

3600100MsT =

Algoritmo (1)

10

Onde:

Mun = Contador de massa mida da alimentao nova. Muc = Contador de massa mida da carga circulante. Txn = Taxa horria instantnea da alimentao nova. Txc = Taxa horria instantnea da carga circulante. Ac

= gua contida na alimentao. MsT = Massa seca total.

mTx = Taxa horria mdia seca.

Considerando a densidade da gua de 1t/m e a gua contida no minrio, a vazo de gua na alimentao (Qa) a ser aplicada referente massa desse trecho de correia ser a massa de gua divido pelo tempo de correia ( 100s).

Vazo de gua na alimentao:

( )h

s

sAcMsQ Ta 1

3600100

175,0

75,01

=

Considerando a gua j adicionada na alimentao, que a parte slida que alimenta a caixa somente a alimentao nova e que a relao entre slidos e gua na caixa do SAG deve ser de 50%, a vazo de gua para a caixa (Qcx) pode ser determinada assim:

( ) ( ) anmncx Qhs

sUmuUuQ

=

13600

1001)(%M%1

5,0M)5,01(

Equao (3)

Equao (4)

11

O controle de vazo de gua na alimentao e na caixa de descarga do SAG para trechos de 100s de correia feito introduzindo as equaes 3 e 4 no algoritmo (1) e inserindo esse algoritmo dentro de um loop infinito (2):

De 1 at inifinito faa; Mun = 0

Muc = 0 De 1 at 100 faa;

Contar 1s e continuar (Delay) Mun = Mun + [(Txn)/3600]

Muc = Muc + [(Txc)/3600] Loop Ac = (Mun+ Muc)*(%Um)

MsT = (Mun+ Muc) *(1-%Um)

hs

sTxm 1

3600100MsT =

Aplicar Equao (3) Aplicar Equao (4)

Loop

Ao final de um loop interno de 100s do algoritmo (2), o valor da Taxa Horria Mdia Seca calculada ficar disponvel durante 100s at que o prximo loop interno seja completado. Assim, possvel criar outro algoritmo (4) isolando a equao que calcula a vazo de gua na caixa de descarga, dessa forma o controle seria executado de acordo com o tempo de resposta uma variao na vazo de polpa na alimentao do SAG na descarga do moinho:

Aps x segundos de fim do algoritmo (2) executar: De 1 at inifinito faa;

Aplicar Equao (4) Contar 100s (Delay)

Loop

Algoritmo (2)

Algoritmo (4)

12

A lgica do controle at aqui aplicvel para a situao de operao normal da moagem, SAG e Bolas operando e sem recirculao do underflow da ciclonagem do moinho SAG. Existem outras duas situaes de operao, uma onde necessrio operar com o fluxo do underflow dividido, onde parte desse fluxo recircula para o moinho SAG e a outra parte segue para a caixa do moinho Bolas, e outra situao onde necessrio operar somente com o moinho SAG. Nessas duas outras situaes de operao seriam necessrias novas equaes baseadas em balano de massas e guas da bateria de ciclones (proposto no tpico 4.5 deste trabalho) e os controles, tanto para a operao normal quanto para as outras duas situaes, podem ser amarrados em um s controle estruturado em uma condicional composta referente s vlvulas que determinam o destino do underflow da bateria de ciclones como no seguinte algoritmo:

De 1 at inifinito faa; Mun = 0

Muc = 0 De 1 at 100 faa;

Contar 1s e continuar (Delay) Mun = Mun + [(Txn)/3600]

Muc = Muc + [(Txc)/3600] Loop

Se vlvula FV-2081 aberta e FV-2082 fechada faa: Ac = (Mun+ Muc)*(%Um)

MsT = (Mun+ Muc) *(1-%Um)

hs

sTxm 1

3600100MsT =

Aplicar Equao (3) Aplicar Equao (4)

Se no, faa: Se vlvula FV-2082 aberta e FV-2081 fechada faa:

Equaes baseadas em balano de massas (1) Se no, faa:

Equaes baseadas em balano de massas (2) Fim Se

Fim Se Loop

Algoritmo (5)

13

4.1.4 Simulao do controle otimizante

Uma simulao do controle de vazo de gua na alimentao e na descarga do moinho SAG foi feita em planilha Excel e os resultados representados em grfico, nos grficos o instante 0s a leitura instantnea e o instante -100s o momento em que a leitura alimentada no moinho SAG, os grficos seguem abaixo:

Taxa Horria Instantnea - Alimenta Moinho SAG - t/h

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-1 -4 -7 -10 -13 -16 -19 -22 -25 -28 -31 -34 -37 -40 -43 -46 -49 -52 -55 -58 -61 -64 -67 -70 -73 -76 -79 -82 -85 -88 -91 -94 -97 -100Segundos (s)

Taxa

Hor

ria In

stan

tn

ea (t/h

)

Srie1

Grfico 1: Simulao de Variao da Taxa Horria Instantnea da alimentao do SAG

No grfico acima, pode-se perceber uma variao negativa acentuada, essa variao foi inserida propositalmente na simulao para demonstrar como o controle otimizante proposto atua e comparar com a resposta que o controle atual pode ter.

Intengrao da Taxa Horria Instantnea - Alimenta Moinho SAG - t/h

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

-1 -4 -7 -10 -13 -16 -19 -22 -25 -28 -31 -34 -37 -40 -43 -46 -49 -52 -55 -58 -61 -64 -67 -70 -73 -76 -79 -82 -85 -88 -91 -94 -97 -100Segundos (s)

Ton

elad

as (t)

toneladas (t)

Grfico 2: Integrao da Taxa Horria Instantnea da alimentao do SAG

Esse grfico representa a integrao do perodo de 100s da simulao, nele podemos ver uma regio de inflexo referente a um pico de variao negativa acentuada que considerada pelo controle otimizante.

14

Taxa Horria Mdia e Aleatria - Alimenta Moinho SAG - t/h

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-1 -4 -7 -10 -13 -16 -19 -22 -25 -28 -31 -34 -37 -40 -43 -46 -49 -52 -55 -58 -61 -64 -67 -70 -73 -76 -79 -82 -85 -88 -91 -94 -97 -100Segundos (s)

Taxa

Ho

rria

- t/h

t/h Instantneat/h Mdiat/h Aleatria

Grfico 3: Taxa Horria Mdia Resultante e Aleatria da alimentao do SAG

O grfico acima representa o resultado do controle para o perodo da simulao. A rea abaixo da reta calculada pelo controle otimizante proposto (t/h Mdia) exatamente igual rea abaixo da curva real (t/h Instantnea). Foi inserida no grfico uma reta que representa a taxa horria (t/h Aleatria) que pode ser considerada pelo controle atual, podemos ver que o mesmo est sujeito a erros grosseiros, podendo causar conseqncias desastrosas tanto para o processo quanto para a operao da usina, nesse caso em especfico ocorrer um aumento significante na porcentagem de slidos.

O controle, por no estar sujeito a valores instantneos, alm de precisar a quantidade de gua a ser adicionada, gera menores variaes na vazo de gua na alimentao. O resultado esperado aps vrios loops com o controle segue representado em grfico abaixo:

Controle timo de vazo de gua na alimentao do SAG - Resultado esperado

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

100 200 300 400 500 600 700 800Loop - segundos

Con

tro

le At

ual

- m

/h

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

Con

tro

le O

timiz

ado

- m

/h

Controle AtualControle Otimizado

Grfico 4: Controle timo de vazo de gua na alimentao do SAG Resultado esperado.

15

4.2 Controle de vazo de gua na moagem secundria

Na moagem secundria, para controle da porcentagem de slidos, necessrio ser feito um balano de massas do circuito que comea com uma pr-classificao do produto da moagem primria por ciclones e termina com uma classificao, tambm por ciclones, do produto da moagem primria, que j foi pr-classificado e do produto da moagem secundria, formando uma carga circulante, e uma carga circulante reduzida composta pelo concentrado scavenger e rejeito cleaner.

Os balanos de massas e guas podem ser feitos de duas maneiras, uma utilizando algum dos mtodos de simulao existentes na bibliografia e a outra medindo. Os mtodos de simulao utilizam um nmero muito elevado de variveis de processo que so considerados constantes para a simulao, como granulometria de alimentao, por exemplo. Ser considerado nesse trabalho o mtodo atravs de instrumentao e amostragens de campo.

4.2.1 Balano de Massas e guas do circuito da Moagem Secundria

A alimentao da moagem secundria formada pelo underflow da classifico por ciclones, a alimentao desses ciclones formada pelo underflow da pr-classificao, pelo prprio underflow da classificao, formando uma carga cirulante da moagem secundria, e carga circulante da flotao. Os fluxos de polpas do circuito da moagem secundria esto numerados e representados no fluxograma esquemtico (1) abaixo:

Fluxograma (1): Fluxos do circuito da moagem

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4.2.2 Balano de Massas e guas das bancadas de ciclones

Os fluxos 1 e 3 formam, respectivamente, as alimentaes da pr-classificao e classifico. Nesses fluxos existem medidores de vazo e, com medidas de porcentagem de slidos da alimentao, do overflow e do underflow, pode-se determinar o balano de massas e guas.

O fluxo de massa de slidos da alimentao dos ciclones pode ser calculado atravs da seguinte equao:

+

=

wfwf

QMs

s

pp

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Onde: Ms = Fluxo de massa na alimentao Qpp = Vazo de polpa na alimentao s = densidade dos slidos na alimentao wf = porcentagem de slidos na alimentao

O fluxo de massa de slidos do Underflow dos ciclones pode ser calculado com as equaes abaixo:

+=

wfwfMsMsF 1

Fwuwowu

wowfUs

=

Onde: F = Massa de polpa na alimentao Us = massa de slidos no underflow wo = porcentagem de slidos no overflow wu = porcentagem de slidos no underflow

A massa de slidos do Overflow (Os) obtida subtraindo da equao (5) a equao (6):

UsMsOs =

As massas de guas para a alimentao, underflow e overflow so calculadas pela equao (1).

Equao (5)

Equao (7)

Equao (8)

Equao (6)

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4.2.3 Pontos de adio de gua e instrumentao do circuito

No circuito da moagem secundria existem trs pontos de adio de gua, um no fluxo 2, underflow da pr-classificao, outro na caixa de descarga do moinho de BOLAS e o terceiro no underflow da classificao. Estes ltimos dois pontos formam uma bifurcao de uma mesma tubulao.

A adio de gua no underflow da pr-classificao tem somente a funo de diluio para facilitar a transferncia para a caixa de polpa, a vlvula que controla essa vazo de gua modulada manualmente em campo e, para adequao dessa polpa porcentagem de slidos pela adio de gua na caixa na sequncia, seria necessrio somente quantificar a vazo de gua de diluio do underflow instalando um medidor de vazo.

A tubulao principal que bifurcada para adio de gua na caixa e no underflow da classificao possui um medidor de vazo e uma vlvula que controlada remotamente da sala de controle. Para um controle eficaz, seria necessria a instalao de um medidor de vazo e uma vlvula de controle remoto na tubulao da vazo de gua na caixa, ento, a vazo de gua na caixa e no underflow seriam calculados e a soma aplicada na tubulao principal, ao mesmo tempo, a vlvula de controle da caixa ajustaria a vazo calculada para ela e, por subtrao, a quantidade necessria de gua iria para o underflow.

Poucos so os fluxos do circuito da moagem secundria que so equipados com densmetros, mas, sabido da necessidade e importncia de instalaes de densmetros na alimentao da pr-classificao e clasificao, existindo, inclusive, projetos para adequao de densmetros existentes. Nos overflows existe um PSI que possui densmetro. A instalao de densmetros nos underflows praticamente invivel, mas, tambm, so os fluxos que apresentao menores variaes na porcentagem de slidos, ento, esses fluxos seriam amostrados em campo frequentemente e as porcentagem de slidos inseridas pelo operador da sala de controle no Sistema Supervisrio.

Para o controle do fluxo da carga circulante da flotao seria necessrio, ao menos, um medidor de vazo e a porcentagem de slidos seria feita em campo e inserida no sistema supervisrio. Esse fluxo importante, pois, a gua que vem por este fluxo consitui uma gua que recirulada dentro da prpria usina, evitando que esse volume de gua se perca por evaporao ou infiltrao, o que ocorre quando a recirculao de gua se estende at a barragem de rejeitos.

4.2.4 Clculo de vazo de gua na caixa e no underflow

De incio, o controle de vazo de gua na caixa ser estruturado de acordo com a massa slida que a alimenta. O fluxo de massa slida do underflow da pr-classificao (Usp) calculado unindo as equaes 6,7 e 8, usando na equao 6 a vazo da bomba PP-01 ou 02. No underflow da classificao (Usc), o fluxo de massa slida tambm calculado unindo as equaes 6,7 e 8, s que agora, usando na equao 6 a vazo da bomba PP-03 ou 04. E, por fim, a massa de slidos proveniente da recirculao da flotao (Msf) calculada utilizando a equao 5. Ento, o fluxo de massa slida total na caixa (Msc) vai ser:

MsfUscUspMsc ++=

Equao (9)

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Com a gua, a polpa contida na caixa deve ter sua porcentagem de slidos prxima de 59%. Para atingir esta porcentagem de slidos a vazo de gua na tubulao que alimenta a caixa e o underflow calculada da seguinte forma:

QdupWsf

WsfMsfWuc

WucUscWup

WupUspMscQ

=

111%59

%591

Onde: Msc = massa total slida que alimenta a caixa Wup = porcentagem de slidos do underflow da pr-classificao Wuc = porcentagem de slidos do underflow da classificao Wsf = porcentagem de slidos da carga circulante da flotao Qdup = gua de diluio do underflow da pr-classificao

A equao 10 est simulada em planilha Excel e validada de acordo com o fluxograma de projeto.

Como dito anteriormente, o clculo acima para a tubulao principal que alimenta tanto a caixa como o underflow. As vlvulas das tubulaes ramificadas da tubulao principal, uma que vai para a caixa e outra que vai para o underflow, so moduladas em campo e a relao de abertura entre as duas pode ser determinada na prtica sem problemas. Caso seja necessrio um controle com maior preciso, seria necessria a instalao de um medidor de vazo e uma vlvula automtica na ramificao que vai para a caixa, ento, o resultado da subtrao do clculo de gua para o underflow da equao 10 seria aplicado vlvula da caixa.

4.3 Algoritmo final para a vazo de gua na alimentao do SAG

De posse do balano de massas dos ciclones proposto no item 4.2.2 pode-se determinar o algoritmo indicado no inicio deste trabalho onde so consideradas duas outras situaes de operao do moinho, uma com o underflow da pr-classificao dividido, metade recirculando para o SAG e a outra metade indo para o circuito da moagem secundria, a outra quando o moinho est operando sozinho, o underflow recircula todo para ele, e a recirculao da flotao que antes ia para a caixa do bolas agora vai para a caixa do SAG. O controle amarrado na posio das vlvulas que controlam o destino deste fluxo.

Nessa outras duas situaes, como o tempo de defasagem entre a vazo de polpa medida na tubulao da bomba PP-01/02 e a alimentao no moinho da carga circulante do underflow muito curto, pode ser considerado como instantneo e o fluxo de massa e de gua, considerando a gua de diluio, dessa carga circulante adicionado equao (3) e (4).

Esses controles esto simulados e validados em planilha excel.

Equao (10)

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4.4 Carga Circulante do Moinho de Bolas

Um controle de extrema importncia para o processo determinar a carga circulante do moinho de bolas, essa carga circulante tem influncia direta no desempenho de moabilidade deste moinho. Com a implementao dos controles propostos at aqui, o clculo dessa carga circulante pode ser exibido a todo o momento pelo Sistema Supervisrio, possibilitando operao da planta o seu controle. A carga circulante calculada de acordo com o balano de massas proposto no item 4.2.2 da seguinte forma:

UsMsUsCC

=%

4.5 OTIMIZAO

A estratgia de otimizao proposta aqui consiste em um ajuste da granulometria do produto da moagem que gere um melhor desempenho do processo de flotao e elimine remoagem, remoagem essa que ocupa espao de alimentao nova da planta, conseqentemente, possibilitando um aumento dessa vazo de alimentao nova na planta. Assim, essa otimizao determina uma vazo mxima de alimentao para uma dada granulometria de produto da moagem.

A principal varivel contida na estratgia proposta a porcentagem de slidos de alimentao da pr-classificao e da classificao. Mediante o seu controle, possvel diminuir ou aumentar o dimetro de corte dos ciclones, diminuindo ou aumentando a porcentagem de slidos nessa alimentao consecutivamente.

4.5.1 Prioridade de variveis a serem controladas

So identificadas aqui trs variveis que geram grande impacto no processo de moagem e de alimentao da flotao em relao s outras. Essas trs variveis devem ser controladas na seguinte ordem de prioridade:

1. Granulometria do Overflow da pr-classificao:

Controlando a porcentagem de slidos da alimentao da pr-classificao pode-se trabalhar no limite superior de granulometria no overflow que no prejudique a recuperao. Evitando carregamento desnecessrio na moagem secundria. A granulometria indicada por um PSI.

2. Granulometria do Overflow da classificao:

Como na pr-classificao, pode-se trabalhar no limite superior de granulometria overflow da classificao, evitando remoagem e carregamento desnecessrio na moagem secundria. A granulometria indicada por um PSI.

Equao (11)

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3. Carga circulante (CC%) do Moinho de Bolas:

Com o controle da carga circulante proposto no item 4.4 pode-se trabalhar dentro de um faixa operacional a qual a eficincia do moinho maior.

As outras variveis, como nveis de caixa e presso dos ciclones, por exemplo, bastam estar dentro de suas faixas operacionais que no geram distrbios elevados como a porcentagem de slidos.

Com os controles propostos at aqui, foi criado um diagrama de pirmide representando a estratgia de otimizao descrita acima.

Diagrama 01: Pirmide prioridade de controles

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CAPTULO 5

RESULTADOS E DISCUSSES

5.1 Resultados obtidos em fase de teste do controle otimizante

O controle otimizante foi inserido no Sistema Supervisrio para teste indicando somente o resultado que teria sem modular vlvula que controla a vazo de gua, e, mantendo o controle atual, os dois controles foram comparados atravs de grficos (trends) criados pelo prprio Sistema Supervisrio como pode ser visto nas figuras retiradas das telas de computador do sistema.

Figura 01: Integrao da taxa horria em loops de 100s

O grfico acima demonstra a taxa horria sendo integrada em loops de 100s, a linha amarela o resultado da integrao que fica disponvel at o final do prximo perodo.

A massa de alimentao nova contida entre a alimentao do SAG e a balana o resultado dessa integrao, ento, esse valor usado pelo controle proposto nesse trabalho para calcular a vazo de gua que est estruturado dentro do mesmo loop da integrao, ou seja, ao trmino do perodo de integrao a vlvula modulada para esse valor resultante. O grfico a seguir representa qual valor de taxa horria esse controle usaria, linha verde, representa, tambm, qual valor de taxa horria o controle atual usou, linha azul claro, e o clculo de vazo de gua resultante, linha azul escuro.

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Figura 02: Taxa horria instantnea e atuao dos controles atual e proposto

A figura 02 representa bem como o controle atual pode gerar distrbios na estabilidade de porcentagem de slidos na alimentao da planta, ele tomou um valor bem abaixo do que vinha sendo a alimentao anteriormente e tomou como realidade para os prximos 90 segundos. Vale lembrar que nessa figura no est aplicada a defasagem entre a balana e a alimentao do SAG, o Sistema Supervisrio toma como verdade que o valor medido pela balana o valor que est sendo alimentado no SAG, o controle proposto corrige est defasagem. O grfico da figura 02 foi vetorizado, a defasagem aplicada e os grficos resultantes seguem a seguir na figura 03.

Figura 03: Defasagem entre balana e alimentao aplicada aos controles atual e proposto

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Na figura percebe-se bem a dimenso do erro do controle atual e como o controle proposto otimizante. Na figura identificado dois cenrios de risco a operao do moinho SAG. No primeiro, representado pelo perodo da linha tracejada amarela, o controle atual utilizou uma taxa horria de alimentao nova para o clculo de vazo de gua abaixo de 50% do que estava realmente alimentando o SAG, aumentando muito a porcentagem de slidos da polpa no chute de alimentao do SAG, dificultando o fluxo dessa polpa e, mesmo que improvvel, a chance de entupimento do chute por qualquer outro motivo aumenta. No outro cenrio, representado pelo perodo da linha tracejada vermelha, como no primeiro, a porcentagem de slidos no interior do moinho aumenta consideravelmente, e depois, quando a queda da alimentao identificada pela balana comea entrar no moinho e o sistema atravs do controle atual entende que a alimentao restabeleceu a normalidade anterior, aplica muito mais gua do que o necessrio causando uma desconsolidao da alta porcentagem de slidos no interior do moinho repentinamente, podendo causar golfamentos do moinho que ativam a emergncia de corda da CV-03 parando o moinho.

Est representado na figura 02 um momento da alimentao da planta com muitas variaes, existem, tambm, momentos em que ocorre uma variao grande e pontual que o controle atual pode assumir como no exemplo da figura 04 a seguir.

Figura 04: Variao pontual na alimentao do SAG

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Neste outro exemplo da figura 05 abaixo a vazo de gua chegou a zerar com a atuao do controle atual, enquanto que o controle proposto utilizou uma mdia da taxa horria no perodo de 100s.

Figura 05: Vazo de gua zerada

Um ltimo exemplo demonstrado pela figura 06 abaixo. Nesse exemplo percebe-se como o controle proposto atua amortecendo as variaes de vazo de gua na alimentao do moinho SAG em relao ao controle atual que escolhe um valor aleatrio.

Figura 06: Comportamento do controle atual e o proposto durante operao normal

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5.2 Implementao do controle otimizante

Aps os testes virtuais o controle foi inserido no Sistema Supervisrio e atuou como previsto. Foi percebido, tambm, que o PID que controla a abertura da vlvula passou a ter uma sintonia muito mais fina do que com o controle anterior.

O controle de vazo de gua na alimentao do moinho SAG, que j existia, agora usa um valor de taxa horria mdia em vez de um valor aleatrio e o controle de vazo de gua na caixa do mesmo moinho que era feito com um Set-Point de vazo de gua pelo operador da sala de controle, agora feito com um Set-Point determinado pelo Sistema Supervisrio. Segue abaixo a tela do sistema demonstrando os dois controles (Figura 07).

Figura 07: Controles de vazo de gua na alimentao e na caixa do SAG

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CAPTULO 6

CONCLUSO

Os resultados esperados em fase de estudo foram os obtidos em fase de teste e obtidos tambm aps implementao.

O controle proposto para a moagem secundria pode ser implementado com facilidade e ter como conseqncia os benefcios obtidos na faze primria.

Esse trabalho proporcionou uma ferramenta extremamente muito til para a engenharia de processo para a fase primria da moagem, possibilitando a manipulao da porcentagem de slidos na alimentao da pr-classificao. Com a implementao dos controles para a fase secundria da moagem, possvel otimizar o fluxo de alimentao da flotao de acordo com o produto da moagem manipulando a porcentagem de slidos da alimentao dos cilclones, e determina a carga circulnte. O conjunto desses trs controles possibilita otimizar a vazo de alimentao nova da planta de beneficiamento.

Na operao atual da usina verifica-se que boa parte do material que poderia seguir direto para a flotao pelo overflow da pr-classificao est indo para o seu underflow, carregando desnecessariamente o circuito da etapa secundria da moagem, gerando ineficincia das bombas dessa etapa pelo acumulo desnecessrio de finos, ou seja, na etapa primria o corte dos ciclones pode ser aumentado tranquilamente. Uma boa flexibilidade para o controle desse corte seria configurar os ciclones da bancada da pr-classificao com diferentes aberturas de vortex, e nesse caso, em conjunto com o controle da porcentagem de slidos seriam utilizados os ciclones com maiores aberturas de vortex. Por outro lado, o corte dos ciclones da classificao, etapa secundria, esta alto e pode ser diminudo.

A ferramenta de fcil instalao e no requer investimentos elevados.