Análise das Escavadeiras Hidráulicas na Industria Mineira
-
Upload
deodato-por-jesus -
Category
Documents
-
view
1.052 -
download
8
description
Transcript of Análise das Escavadeiras Hidráulicas na Industria Mineira
1. INTRODUÇÃO
A mineração é um dos sectores básicos da economia do país, contribuindo de forma decisiva para
o bem-estar e a melhoria da qualidade de vida das presentes e futuras gerações, fundamental
para o desenvolvimento da sociedade, desde que seja operada com responsabilidade social,
estando sempre presentes os preceitos do desenvolvimento sustentável. A actividade mineira é
fundamental para o desenvolvimento da humanidade desde a pré-história.
A sobrevivência, a interacção com outros seres e diversas outras conquistas foram possíveis por
meio do uso de minérios.
Numa actividade mineira é imprescindível o uso máquinas de movimentação de terras. Sobre
estes equipamentos realçando as escavadeiras hidráulicas é que nos iremos debruçar ao longo da
brochura. Irei descrever as diferentes escavadeiras existentes, suas características e a
aplicabilidade dos diferentes tipos nas indústrias mineira.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA1
1.1OBJECTIVO
Fazer com que o estudante utilize os conhecimentos obtidos ao longo do semestre na
cadeira de Metodologia de Investigação Cientifica.
Analisar as escavadeiras hidráulicas bem como a sua utilidade nas indústrias mineiras.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA2
1.1 DEFINIÇÃO DE CONCEITOS1
MINERAÇÃO: é um termo que abrange os processos, actividades e indústrias cujo objectivo é a
extracção de substâncias minerais a partir de depósitos ou massas minerais. Podem incluir-se aqui
a exploração de petróleo e gás natural e até de água
ESCAVADEIRA: é a designação genérica aos vários tipos de máquinas de escavar, de revolver ou
remover terra ou de retirar aterro. É também conhecida como escavador, escavadora ou pá
mecânica. A maior do mundo, construída pela companhia alemã Krupp, tem 96 metros de altura e
pesa 13500 toneladas.
ESTÉRIL: é o mineral sem nenhuma utilidade ou valor agregado quando minerado e é proveniente
das operações de lavra.
MINÉRIO: (do latim minera, mina) é um mineral que é economicamente auto-sustentável para a sua
prospecção e exploração industrial
FRENTE DE TRABALHO: É o local de exploração imediata (ataque) do jazigo.
EXPLORAÇÃO A CÉU ABERTO: refere-se ao método de extracção de rochas ou minerais da terra
por sua remoção de um poço aberto ou de uma escavação em empréstimo. O termo é usado para
diferenciar esta forma de mineração dos métodos extractivos que requerem perfuração de túneis
na terra - mineração subterrânea.
1 Segundo Diversos. (14 de Junho 2012). Wikipédia, a enciclopédia livre. Obtido em 25 de Junho de 2012, de Wikipédia, a enciclopédia livre: pt.wikipedia.org/
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA3
1. MÁQUINAS DE MOVIMENTAÇÃO DE TERRA
As máquinas de movimentação de terras são todas aquelas responsáveis pela escavação,
carregamento e transporte das rochas ou solos.
Na indústria mineira usam-se variados tipos de máquinas para a movimentação de terra mas as
mais utilizadas são:
Escavadeiras;
Buldozers;
Scrappers;
Escarificadores (Ripers);
Motoniveladoras;
Dragas (Draglines);
Camiões.
Há muitos fabricantes destas marcas destacando-se a Caterpillar, Ford, Volvo BM, Atlas Copco,
Krupp, Komatsu, Hitachi, Kawasaki e Gallion.
Para maiores índices de produtividade, rendimento e segurança destas máquinas é necessário
uma formação prévia dos operadores.
O engenheiro de minas tem de adquirir as máquinas de mineração de uma maneira rentável. Ele
poderá obter em segunda mão, aluguer, novo, etc.2
De todas estas máquinas a que suscita interesse nesta investigação são as escavadeiras, e sobre,
elas nos debruçaremos a seguir.
2 Para mais informações consulte Giammusso (1988, pp. 20).
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA4
1.1ESCAVADEIRAS3
São máquinas de escavação bastante antigas que surgiram nos meados do seculo passado,
ainda movidas a vapor, nos Estados Unidos.
As escavadeiras são máquinas habitualmente utilizadas para efectuar mecanicamente as
operações de arranque e ou de carga, tanto dos terrenos estéreis como do minério. São
máquinas estacionárias, porque muito embora possuam órgãos próprios de locomoção
(órgãos estes que podem ser esteiras, pneus ou trilhos), estes praticamente não participam no
ciclo operatório.
São pois equipamentos destinados: ou ao arranque e carga de produtos provenientes de
maciços virgens constituídos por rochas brandas; ou à carga de produtos desmontados pela
prévia acção dos explosivos, no caso dos maciços formados por rochas duras. Podem ser
subdivididos em dois tipos fundamentais: de balde único e de balde múltiplo, conforme a
tabela a seguir:
De Balde único
Balde Frontal (“Shovel”)
Balde de Arrasto (“Dragline”)
Balde de Casca de Ostra (“Clam-Shell”)
Retro-Escavadeira (“BackShovel” ou “BackHoe”)
De Balde MúltiploCadeia de Baldes (“Chain Diggers”)
Roda de Baldes (“Bucket Whell”)
Tab. 1 – Escavadeiras
1.2ESCAVADEIRAS DE BALDE ÚNICO E FRONTAL (“SHOVEL”)
A escavadeira é colocada no piso aonde esta localizada a frente de trabalho e posiciona-se de
forma frontal. Ela escava a rocha de baixo para cima e avança em direcção a bancada a medida
que avançam os trabalhos.
3 Ver anexo Fig. 8 – Diferentes tipos de escavadeiras
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA5
1.2.1 MODO OPERATÓRIO DA ESCAVADEIRA “SHOVEL”
Estas máquinas são fundamentalmente projectadas para realizarem o desmonte mecânico em
terrenos incoerentes ou brandos, podendo no entanto, ser também utilizados em terrenos duros,
quando estes sejam previamente fragmentados por intermédio de explosivos, trabalhando então
como carregadeiras. Pelo facto de praticamente poderem executar trabalhos de desmonte e ou de
carga em todo os tipos de classes de terreno, elas são de uso comum em quase todos os métodos
de exploração a céu aberto, podendo realizar operações tanto no estéril como no minério, mas
sempre em frente situadas acima do nível do degrau em que se situam (ver anexos fig.9).
1.2.2 CONSTITUIÇÃO DAS MÁQUINAS “SHOVEL”
Nestas máquinas poderá distinguir-se uma infra-estrutura e uma superestrutura. A infra-estrutura
inclui uma base que se apoia sobre o sistema de locomoção e sobre o qual se apoia a
superestrutura móvel em torno de um eixo vertical. O mecanismo que permite a rotação de 360º
é constituído por uma roda de coroa e pinhão. A superestrutura está intimamente ligado à roda de
coroa de modo que o accionamento do pinhão provoca a rotação de toda a superestrutura. Nesta,
além da cabine de comando, encontra-se localizado o elemento motor e as transmissões
necessárias para accionar os diversos elementos móveis. Na figura abaixo podemos visualizar a os
elementos constituintes de uma escavadeira “Shovel” Hidráulica.
Fig. 1 – Identificação dos elementos de uma escavadeira Shovel Hidráulica
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA6
Fonte: (Reis 2010, pp. 394)
1.2.3 CARACTERÍSTICAS DAS ESCAVADEIRAS “SHOVEL”
• Inflexível na operação (máquina de escavação e carregamento);• Limitado a projetos de longa duração (vida útil 40.000 horas;)• Baixa mobilidade (não apropriada para lavra seletiva e blendagem);• Cuidados com a distribuição elétrica e manejo dos cabos de linha;• Motores elétricos e sofisticados sistemas de controle (alta eficiência operacional);• Habilidade de escavar (peso, tração e capacidade de deslocamento do guindaste);• Montagem sobre esteiras favorece operação em locais não apropriados para pneus;• Reduzida fadiga do operador.
1.2.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ESCAVADEIRAS “SHOVEL”
VANTAGENS• Construção robusta adequada para escavações de material de dureza relativamente
alta e serviços de carregamento;• Segurança e eficiência;• Baixo custo operacional em projetos de longa duração
DESVANTAGENS• Baixa flexibilidade e mobilidade;• Alto investimento inicial.
1.2.5 ACCIONAMENTO DA MÁQUINA “SHOVEL”
O accionamento destas máquinas é feito por intermédio da energia eléctrica (corrente alternada,
contínua ou mista) produzida fora da máquina, por intermédio da energia mecânica (como
motores de combustão interna, geralmente do tipo diesel) ou como também de forma mista
(grupos geradores diesel/eléctricos).
A electricidade constitui a forma de energia mais aplicada, principalmente para as “shovel” de
grandes capacidades. Esta forma de energia produzida no exterior, em grandes instalações e no
geral fixas, de grande produção e distribuição vária, é normalmente de menor custo do que a
fornecida por unidades mais pequenas, como a dos grupos diesel/eléctricos auto-transportados.
O accionamento pelo simples sistema diesel, com comando óleo-hidráulico, está naturalmente
indicado e aplicado com vantagem nas unidades pequenas ou médias e sendo estas escavadeiras
geralmente o lugar das que usam os cabos e guinchos na movimentação do balde, particularmente
nas de pequena capacidade, mas mantendo-se aquele accionamento ainda, nas de média ou
grandes capacidades.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA7
2. ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA
2.1ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS
A introdução de escavadeiras de accionamento hidráulico data de pouco mais de uma década.
Esse facto aliado à existência das carregadeiras de esteiras e de pneus determinou a rápida
obsolescência das unidades accionadas a cabo, com excepção das escavadeiras “dragline”
As escavadeiras hidráulicas têm sido largamente utilizadas nas indústrias mineira, segundo Ricardo
e Catalani (2007, pp. 80) <<actualmente muitos fabricantes de equipamentos optaram pelo
accionamento hidrostático por adaptar-se à baixa velocidade de deslocamento da máquina>>.
O accionamento deste equipamento é feito em muitos modelos pelo sistema hidrostático. Os
movimentos da lança, do braço móvel, da caçamba, das esteiras e as mudanças de direcção bem
como as curvas são obtidos de um conjunto bomba e motor hidráulico, através de circuitos
secundários, comandados por válvulas selectoras. Esses movimentos são realizados com bastante
rapidez e precisão, o que facilita a operação e o bom acabamento quanto às dimensões da
escavação.
Para a movimentação da máquina há um circuito próprio que acciona os motores hidráulicos junto
às esteiras.
1.1.1 ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS “SHOVEL”
As escavadeiras hidráulicas do tipo “Shovel” (ver anexos: fig. 1) podem escavar em pequenas
profundidades. Como toda shovel a sua caçamba escava de baixo para cima, é articulada no braço
móvel e accionado por cilindro hidráulico próprio. O levantamento da lança e o movimento do
braço móvel são feitos por circuitos independentes.
1.1.2 ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS “BACKSHOVEL” OU “BACKHOE”
Estes tipos de escavadeiras (ver anexos: fig. 2) possuem caçambas voltadas para baixo, permitindo
assim a escavação abaixo do nível em que a máquina se encontra, sendo propícias para a abertura
de valas em profundidades ou em corte de altura elevada, do que resulta grande versatilidade
desses equipamentos.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA8
1.1.3 ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS “CLAM-SHELL”
As escavadeiras hidráulicas do tipo Clam-Shell (ver anexos fig. 3) têm a caçamba, suspensa por
cabo vertical, é usada em valas escoradas através de poços de acesso onde o escoramento é
reduzido.
1.2 PARÂMETROS TÉCNICOS PARA MELHOR DESEMPENHO DAS ESCAVADEIRAS
HIDRÁULICAS
1.2.1 TEMPO DE CICLO
O ciclo de uma escavadeira compreende vários movimentos elementares que são:
Carregamento da caçamba
Giro da caçamba carregada
Descarga da caçamba
Giro da caçamba vazia
Assim, há tempos fixos como a carga e descarga da caçamba e também tempos variáveis como os
de giro que dependem directamente do angulo de giro utilizado. Este, por sua vez, dependerá do
posicionamento da unidade transportadora em relação a escavadora.
(Church 1981, pp. 230) afirma que em condições normais uma escavadeira tem um tempo de ciclo
que varia entre 27 – 30 segundos (28 segundos em média).
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA9
1.2.2 ALTURA OPTIMA DE CORTE
Outro elemento que afecta o desempenho dessas unidades é denominado altura óptima do corte.
Compreende-se que deverá haver uma relação entre o volume da caçamba e a altura do talude de
terra que será escavado. Se esta altura for pequena e a caçamba de grande capacidade, quando
terminar o movimento de carregamento a caçamba ficará apenas parcialmente carregada, e para
que, haja o enchimento total será necessário repetir a operação pelas vezes que for necessário,
introduzindo assim um tempo adicional e desnecessário.
Se utilizarmos também uma caçamba de dimensões muito reduzidas para um talude de elevada
altura, haverá perda de material escavado, que não será recolhido pela caçamba, surgido assim
uma nova operação de carregamento daquele material.
Esses dois casos em cima descritos podem ser evitados utilizando a altura óptima de corte que
relaciona a altura do talude e a capacidade óptima da caçamba, aumentando assim a
produtividade da máquina.
1.2.3 TIPO DE MATERIAL
O tipo de material também exerce influência no desempenho das escavadeiras, desde que não se
atinja o enchimento normal da caçamba, em razão de vazios que permanecem devido ao tamanho
e forma das partículas ou fragmentos resultantes da sua degradação.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA10
2.2PRODUÇÃO DE UMA ESCAVADEIRA
De acordo com Ricardo e Catalani (2007, pp 182) a produção da escavadeira é dada pela seguinte
fórmula:
Q=C ×f ×φ× 1t c∙ E
Aonde:
C = Volume do balde;
f = Factor de carga do balde;
ϕ = Factor de empolamento do solo;
tc = Tempo de ciclo de uma carga (depende do ângulo de giro);
E = Factor de eficiência.
O parâmetro f (factor de carga do balde) esta intimamente ligado ao tipo de material e a sua
fragmentação como podemos visualizar na tabela 2.
Tab. 2 – Factor de carga dos baldes das escavadeiras hidráulicas.
Argila 1,00 – 1,05Mistura Argila e Rocha 1,00 – 1,05
Rocha pouco fragmentada 0,85 – 0,95
Rocha bem fragmentada 0,95 – 1,05Fonte: Ricardo & Catalani (2007, pp 187)
2.3CONDIÇÕES PARA A ESCAVAÇÃO4
ESCAVAÇÃO FÁCIL
Solo pouco compacto
Profundidade à 40% da máxima
Ângulo de giro de até 30°
Descarga em pilha ou caminhão
Ausência de obstruções
4 Ver Guidicini e Nieble (2007 pp. 90) para maior desenvolvimento do assunto.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA11
ESCAVAÇÃO MÉDIA
Solo compacto de argila dura com rocha fragmentada < 25%
Profundidade à 50% da máxima
Ângulo de giro de até 60°
Poucas obstruções
ESCAVAÇÃO DIFÍCIL
Solo compacto com 75% de fragmentos de rocha
Profundidade à 90% da máxima
Ângulo de giro de até 120°
Carga em caminhão junto à vala
Vala escorada
Presença de pessoal na área de trabalho
ESCAVAÇÃO MUITO DIFÍCIL
Material de 2ª alterado: calcário, xistos, etc.
Profundidade à 90% da máxima
Ângulo de giro de até 120°
Presença de obstruções
Presença de pessoal na área de trabalho
Área de despejo limitada
FACTORES QUE INFLUEM NA PRODUTIVIDADE
Material compacto: aumenta o tempo de carga e descarga da caçamba
Ângulo de giro maior aumenta o tempo de ciclo
Habilidade do operador melhora a produtividade
Presença de obstáculo e de pessoal na área de trabalho pode ser factor limitante da
produção.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA12
3. BREVE COMPARAÇÃO ENTRE ALGUNS MODELOS DE ESCAVADEIRAS
HIDRÁULICAS CATERPILLAR5
Fig. 2 – Diferentes pontos de uma escavadeira hidráulica
Fonte: (Caterpillar 2004)
Tab. 3 – Comparação entre alguns modelos de escavadeira hidráulicas caterpillar.
PontoModelo
933C 939C 953C 963C 973CA – Altura até o topo do assento 2 m 2 m 2,353 m 2,796 m 2,701 mB – Altura até o topo do chaminé 2,8 m 2,81 m 2,441 m 3,307 m 2,861 mC – Altura até o topo do ROPS 2,74 m 2,76 m 3,084 m 3,324 m 3,45 mD – Altura do pino de articulação em posição de transporte 402 mm 414 mm 424 mm 467 mm 492 mmE – Máx. Incl. p/ trás à elev. máx 67,7° 67,7° 56° 59° 59°F – Máx. Incl. p/ trás ao nível do solo 51,2° 51,2° 48° 50° 50°G – Máx. Incl. p/ trás ao nível do solo 42,8° 42,6° 41° 42° 42°Ângulo de nivelação (borda simples) - - 74° 68° 69°Largura sem balde(esteira padrão)(esteira opcional)
1,8 m2,31 m
1,96 m2,01 m
2,18 m2,3 m
2,3 m2,4 m
2,58 m2,755 m
Peso do balde de aplicação geral com dentes e segmentos - - 1142 kg 1610 kg 2077 kgFonte: (Caterpillar 2004)
5 Para mais detalhes consulte Caterpillar. Manual de produção. 35. EUA, 2004
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA13
4. CONCLUSÃO
Nos últimos anos surgiram escavadeiras com accionamento por pistões hidráulicos que, devido à
rapidez e precisão dos seus movimentos, resultando em máquinas de boa produção, têm
ampliado o seu campo de aplicação, praticamente eliminando os equipamentos movidos a cabo,
com excepção da lança “Dragline”.
Existem hoje escavadeiras hidráulicas com balde frontal (“shovel”), Retro-Escavadeira
(“BackShovel”) e do tipo “Clam-Shell” utilizadas na escavação desde materiais compactos até solos
muito moles e saturados, que apresentam baixa capacidade de suporte.
Quando for necessário transportar os solos removidos a distâncias médias ou grandes, os veículos
de transporte são utilizados juntamente com os equipamentos de carga e os solos locais devem
possuir capacidade de suporte suficiente para permitir o tráfego de caminhões.
Assim, algumas hipóteses devem ser admitidas para o uso desses equipamentos. Quando os solos
presentes são moles e saturados no fundo da cava, a retro-Escavadeira se posiciona sobre o
terreno natural mais firme e remove o material instável em nível inferior. Os veículos de
transporte trafegam também na parte superior, que é de maior suporte. Quando o solo suporta a
escavadeira mas não o caminhão, coloca-se a escavadeira “shovel” na parte inferior e os veículos
na superior.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA14
ANEXOS
Fig. 1 – Escavadeira Hidráulica “Shovel” Fig. 2 – Escavadeira Hidráulica “BackShovel” ou “BackHoe”
Fig. 4 – Escavadeira por cabos “shovel”
Fig. 3 – Escavadeira Hidráulica “Clam – Shell” Fig. 5 – Escavadeira “Dragline”
Fig. 6 – Escavadeira por cabo “BackShovel” Fig. 7 – Escavadeira por cabo “Clam – Shell”
Fig. 8 – Diferentes tipos de escavadeiras
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA15
Fonte: (Reis 2010, pp. 389)
Fig. 9 – Escavadeira hidráulica actuando em diferentes níveis
Fonte: (Reis 2010, pp. 391)
BIBLIOGRAFIA
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA16
Caterpillar. Manual de produção. 35. EUA, 2004.
Church, Horace K. Excavation Handbook. Estados Unidos da América: McGraw Hill Book Company, 1981.
Diversos. Wikipédia, a enciclopédia livre. 14 de Junho de 2012. http://pt.wikipedia.org/wiki/Minera%C3%A7%C3%A3o (acedido em 25 de Junho de 2012).
Faria, Cipriano Catembua Rodrigues, e Nilson Makizads Fialho Caetano. Planeamento Mineiro da Pedreira de Musseque Sequele. Luanda: UAN - Faculdade de Engenharia, 2008.
Giammusso, Salvador E. Orçamento e Custos na construção civil. São Paulo: Pini, 1988.
Guidicini, Guido, e Carlos Manoel Nieble. Estabilidade de taludes naturais e de escavação. Universidade de Texas: Edgard Blücher, 1976, 2007.
Pereda, Hernández S. <<et al>>. Transporte Mineiro. Havana: Havana, 1999.
Reis, A. Correia dos. Organização e Gestão de Obras. Lisboa: Edições Técnicas, 2010.
Ricardo, Helio de Souza, e Guilherme Catalani. Manual Prático de Escavação. 3º. São Paulo: PINI, 2007.
Rio, Manuel Dias del. Manual de Maquinaria de Construción. Madrid: Mc Graw Hill, 2007.
ANÁLISE DAS ESCAVADEIRAS HIDRÁULICAS NA INDÚSTRIA MINEIRA17