Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/62589
Type: Dissertação
Title: Proposta de um método para monitoramento e controle da perda de carga em minerodutos com base em variáveis operacionais do processo : um estudo de caso
Other Titles: Proposal for a method for monitoring and controlling energy loss in pipelines based on operational process variables : a case study
Authors: Igor Moreira de Carvalho
First Advisor: Carlos Barreira Martinez
First Co-advisor: Edna Maria de Faria Viana
First Referee: Eduardo Bauzer Medeiros
Second Referee: José Antônio Perrella Balestieri
Third Referee: Frederico Fabio Mauad
Abstract: O transporte de minério por meio de minerodutos tem se tornado uma opção viável para as empresas mineradoras devido às grandes distâncias envolvidas nas etapas do processo produtivo. Comparado a outras modalidades de transporte, como ferrovias e rodovias, o transporte por dutos apresenta vantagens significativas, como baixo custo operacional, fornecimento contínuo, segurança e baixo impacto ambiental. No contexto brasileiro, o país destaca-se como um dos principais usuários dessa modalidade de transporte, possuindo aproximadamente 36,7% da extensão total de minerodutos no mundo, com capacidade para transportar até 75 milhões de toneladas de minério anualmente. A Samarco Mineração S.A. foi pioneira na adoção do transporte de polpa de minério por meio de minerodutos no Brasil, operando três minerodutos, cada um com aproximadamente 400 km de extensão. Devido à alta demanda de transporte do minério proveniente de sua mina Germano, a empresa utiliza o mineroduto 2 em sua capacidade máxima, registrando uma taxa de utilização de 99,7% em 2022. Diante dessa elevada demanda, é essencial compreender todas as variáveis que afetam a capacidade de bombeamento do mineroduto. Ao longo do tempo de operação de um duto, é possível que ocorra o acúmulo de material e alterações na rugosidade das paredes internas. Isso acarreta em variações no diâmetro da tubulação, resultando em um aumento na perda de carga e uma redução na eficiência de bombeamento. Portanto, torna-se fundamental monitorar e controlar a perda de carga para operar o mineroduto de maneira mais eficiente. Atualmente, os modelos de predição de perda de carga são amplamente utilizados no estágio de projeto e construção de minerodutos, porém, apresentam limitações quando se consideram as importantes variáveis operacionais. Neste estudo, propõe-se um modelo para o monitoramento e controle da perda de carga. Para tal, o mineroduto 2 da Samarco foi selecionado como estudo de caso, onde foram coletados dados operacionais a cada 2 horas ao longo de um período de 7 meses. Por meio da correlação, verificou-se que a vazão é a variável operacional que mais impacta na perda de carga. Dessa forma, ao estabelecer uma equação de regressão linear com base na vazão, tornou-se possível comparar o modelo proposto com a perda de carga real. À medida que as curvas geradas por ambas as equações se distanciavam, supôs-se que houvesse deposição de material na linha. Posteriormente, foram realizadas limpezas de forma corretiva com a passagem dos PIGs. A efetividade da limpeza pôde ser evidenciada com o acréscimo da vazão em 11,98 m³/h logo após a passagem do PIG, resultando em um ganho pontual de produção de 13.299 tms. Adicionalmente, foram analisadas as velocidades críticas de bombeamento em relação à variação da concentração da polpa e seu impacto na perda de carga, permitindo, assim, a determinação de parâmetros para o controle preventivo da perda de carga.
Abstract: The transportation of ore through slurry pipelines has become a viable option for mining companies due to the large distances involved in the stages of the production process. Compared to other modes of transport, like railroads and highways, slurry pipeline transport has significant advantages, such as: low operating costs, continuous supply, safety, and low environmental impact. Brazil stands out as one of the leading users of this type of transportation, withstanding approximately 36.7% of the total length of slurry pipelines in the world and capacity to transport up to 75 million tons of ore annually. Samarco Mineração S.A. is a pioneer in ore transportation via slurry pipelines in Brazil, operating three pipelines, each approximately 400 km long. Due to the high demand for ore transportation from mines in Germano, the company uses pipeline 2 at its maximum capacity, registering a utilization rate of 99.7% in 2022. It is essential to understand all the variables that affect the pumping capacity of the pipeline. Over the course of a slurry pipeline’s operation, there is a tendency for material to accumulate at its internal ends, resulting in a reduction in the pipeline’s diameter, an increase of energy loss and a decrease of flow efficiency. Therefore, it is crucial to monitor and control energy loss to operate slurry pipelines more efficiently. Nowadays, energy loss prediction models are widely used in slurry pipeline design and construction. However, there are limitations when considering important operational variables. This study proposes the development of an energy loss prediction model using linear regression, based on data from the operation of an existing slurry pipeline. In this study, a model is proposed for monitoring and controlling energy loss. To achieve this, Samarco's Pipeline 2 was selected as a case study, where operational data were collected every 2 hours over a period of 7 months. Through correlation analysis, it was determined that the flow rate is the operational variable that most impacts energy loss. Thus, by establishing a linear regression equation based on the flow rate, it became possible to compare the proposed model with the actual energy loss. As the curves generated by both equations diverged, it was hypothesized that material deposition occurred in the line. Subsequently, corrective cleanings were performed with the passage of PIGs. The effectiveness of the cleaning was evidenced by the increase in flow rate by 11.98 m³/h immediately after the PIG passage, resulting in a punctual production gain of 13,299 tms. Additionally, critical pumping velocities were analyzed in relation to the variation in pulp concentration and its impact on energy loss, thereby allowing the determination of parameters for the preventive control of energy loss.
Subject: Engenharia mecânica
Minerodutos
Ferro - Minas e mineração
Transporte de materiais
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/62589
Issue Date: 20-Oct-2023
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