Dimensionamento de Equipamentos

Equipamentos de Carregamento e Transporte

Prof. Alexandre dos Santos Nunes

VOLUME DA CAÇAMBA

Deve representar a capacidade operacional, rasa ou coroada, dos equipamentos de carregamento e transporte.

soltomaterialdoespecificoPeso

caçambanaadmissívelmáximaaCVC

arg

É o aumento aparente de volume que a rocha apresenta depois de fragmentada, ou mais amplamente, é o aumento aparente de volume em relação a um estado anterior de maior compactação.

onde:

e = empolamento;

λ = fator de empolamento;

c = peso específico do material no corte;

s = peso específico do material solto (empolado).

onde:

Vc = volume originalmente no “corte” (ou “in situ”);

Vs = volume do material rochoso após a fragmentação.

s

c

%100)1( e

cs

ccs VVV

EMPOLAMENTO DA ROCHA

FATOR DE ENCHIMENTO DA CAÇAMBA (FILL FACTOR)

• Fator aplicável sobre a capacidade operacional máxima da caçamba e que, basicamente, será função das características do material, e ou das condições dos desmontes, da altura da bancada e da forma de penetração do equipamento.

CARGA DE TOMBAMENTO(TIPPING-LOAD)

• É a carga que faz com que uma escavadeira hidráulica equipada para determinada finalidade e, considerando a posição em que a sustentação é mais desfavorável, perca o equilíbrio e tombe.

CARGA ÚTIL (PAY-LOAD)

É a carga que não ultrapassa 80% do “tipping-load”

(fator de segurança de 100/80 = 25%)

Exemplo:

• Tipping-load com alcance máximo da lança de 16,55 t• Pay-load com fator de segurança (FS) de 1,25 (equivalente a

80% do tipping-load)

tt

24,13%125

55,16

DISPONIBILIDADE MECÂNICA

Onde:

 

• DM = disponibilidade mecânica;

• HT = corresponde às horas teóricas possíveis por ano.

• MP = manutenção preventiva, compreendendo todo o serviço programado, conservação e inspeção dos equipamentos, executados com a finalidade de manter o equipamento em condições satisfatórias de operação;

• MC = manutenção corretiva. Significa o serviço executado no equipamento com a finalidade de corrigir deficiências que possam acarretar a sua paralisação;

• TP = tempo perdido correspondente à locomoção da máquina por motivos de desmonte de rocha ou outros intervalos do operador (almoço, café, troca de turno etc.).

Exemplo de cálculo de HT:

• 3 turnos de 8 horas/dia; 260 dias/ano;

• HT = 260 x 3 x 8 HT 6240 horas/ano

%100)(

xHT

TPMCMPHTDM

DISPONIBILIDADE FÍSICA

Corresponde à parcela das horas programadas em que o equipamento está apto para operar, isto é, não está à disposição da manutenção.

 

 

Onde:

• DF = disponibilidade física que representa a percentagem do tempo que o equipamento fica à disposição do órgão operacional para a produção;

• HP = corresponde às horas calculadas por ano, na base dos turnos previstos, já levando em conta a disponibilidade mecânica e/ou elétrica;

• HO = corresponde às horas de reparos na Oficina ou no Campo, incluindo a falta de peças no estoque ou falta de equipamentos auxiliares.

DFHP HO

HP

FATOR DE UTILIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO

Corresponde à parcela em que o equipamento está em operação.

Alguns dos fatores que influem na utilização de um equipamento são:

• número de unidade ou porte maior ou menor que o requerido;

• paralisação de outros equipamentos;

• falta de operador;

• deficiência do operador;

• condições climáticas que impeçam a operação dos equipamentos;

• Operação de desmontes de rocha na mina;

• Operação de preparação das frentes de lavra.

FATOR DE UTILIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO

Onde:

• HT = total de horas efetivamente trabalhadas;

• HP = corresponde às horas calculadas por ano, na base dos turnos previstos, já levando em conta a disponibilidade mecânica e/ou elétrica;

• HO = corresponde às horas de reparos na Oficina ou no Campo, incluindo a falta de peças no estoque ou falta de equipamentos auxiliares.

HOHP

HTU

RENDIMENTO

É a relação entre as horas efetivamente trabalhadas e as horas programadas, ou seja, o rendimento é o produto da disponibilidade física pela utilização.

EFICIÊNCIA DE OPERAÇÃO (E)

É de máxima importância que a produção seja mantida em ritmo estável. É esta eficiência de trabalho que resulta em maior lucratividade.

Fatores devido às paradas, atrasos ou deficiências em relação ao máximo desempenho do equipamento deve-se, entre outros, aos seguintes motivos:

EFICIÊNCIA DE OPERAÇÃO (E)• características do material;

• supervisão no trabalho;

• esperas no britador;

• falta de caminhão;

• maior ou menor habilidade do operador;

• interrupções para a limpeza da frente de lavra;

• desmontes de rochas;

• capacidade da caçamba;

• pequenas interrupções devido aos defeitos mecânicos, não computados na manutenção.

Analisando-se as operações básicas que constituem o ciclo, verifica-se que este pode ser decomposto numa seqüência de movimentos elementares repetidos através dos ciclos consecutivos.

Tempos elementares

a) Tempos fixos (tf)

Tempo de carga

Tempo de descarga

Tempo de manobra 

b) Tempos variáveis (tv)

O tempo de transporte carregado ou vazio (retorno). 

c) Tempos perdidos (tp)

Atrasos

Esperas no britador

Menor habilidade do operador

Interrupções para a limpeza da frente de lavra

TEMPO

Tempo de ciclo mínimo (tcmin)  

tcmin = tf + tv 

Tempo de ciclo efetivo (tcef)

tcef = tcmin + tp

EFICIÊNCIA DE OPERAÇÃO (E)

Onde:

tcmin = Tempo de Ciclo Mínimo

tcef = Tempo de Ciclo Efetivo

Se tp = 0 E = 1 ou E = 100%

Se tp 0 E < 1 ou E < 100%

Etc

tc

tc

tc tp tp

tc

min

ef

min

min

min

1

1

Como exemplo, pode-se calcular a eficiência na operação (tempo em operação por hora) das:

 

• Escavadeiras Hidráulicas em geral: 50 min/h 0,83 ou 83%

• Escavadeiras a Cabo: 54 – 56 min/h 90 a 93%

EFICIÊNCIA DE OPERAÇÃO (E)

OPERAÇÃO CONJUGADAA produção máxima possível de frotas em operação conjugada pode ser obtida pela análise da disponibilidade das frotas. A distribuição binomial é aplicável ao cálculo de dimensionamento de frotas dos equipamentos:

 

 

 

Onde:

• Pn = probabilidade de ter exatamente n unidades disponíveis;

• Ped = probabilidade de uma unidade estar disponível;

• Pned = probabilidade de uma unidade não estar disponível;

• Cnr = combinação de itens tomados, sendo r em um certo tempo.

P P x P x Cn ed ned rn

EXEMPLODados:

– Probabilidade do equipamento estar disponível: 80%

– Probabilidade do equipamento não estar disponível: 20%

 • Probabilidade de ter 2 unidades disponíveis

 

• Probabilidade de ter 1 unidade disponível e outra não

 

• Probabilidade de não ter nenhuma das duas unidades disponíveis

P x P22

220 8 0 8 1 64% ( , ) ( , )

P x P21

210 8 0 2 2 32% ( , ) ( , )

P x P20

200 2 0 2 1 4% ( , ) ( , )

Calculando-se as probabilidades e procedendo-se ao somatório de todas as combinações possíveis entre os números de unidades em operação dos equipamentos de britagem, carregamento e transporte, associados às respectivas probabilidades e produções, tem-se a produção total do sistema.

Onde:

• Ps = produção total do sistema

• nb = número de britagens

• nc = número de equipamentos de carregamento

• nt = número de equipamentos de transporte

• Pi = probabilidade de i unidades de britagem operando

• Pj = probabilidade de j unidades de carga operando

• Py = probabilidade de y unidades de transporte operando

• P = menor valor entre a produção de i unidades de britagem, j unidades de carga e y unidades de transporte operando

PPPPP yjinty

ncj

nbis .000

RESISTÊNCIA E COEFICIENTE DE ROLAMENTO

A manutenção da superfície das estradas é muito importante para garantir a velocidade de transporte e reduzir os custos com pneus.

A resistência ao rolamento

É uma medida da força necessária para superar o atrito interno dos rolamentos e, em unidades montadas sobre rodas pneumáticas, para superar o efeito de retardamento entre os pneus e o solo. Isto inclui a resistência causada pela penetração dos pneus no chão e pelo flexionamento do pneu sob carga.

Rr = K * PBV

Onde:– Rr = resistência ao rolamento;– PBV = Peso bruto do veículo (kgf);– K = coeficiente de rolamento (kgf/t);

• K = 20 + 6a (sendo a o afundamento (cm))

O coeficiente de rolamento depende do terreno sobre o qual o equipamento se locomove.

• Alguns valores aproximados são:

A resistência ao rolamento pode ser expressa em termos de kgf ou porcentagem.

Por exemplo, uma resistência de 2 kgf por 1t de massa do veículo é igual a 2% de resistência de rolamento.

20 kgf de força necessária : 1 t de massa do veículo = 20 kgf/t 20%

Superfície do terreno K (kgf/t) Asfalto ou concreto 20 Terra seca e firme 30 Terra seca e solta 40 Aterro sem compactação 80 Terra muito úmida e mole 120

RESISTÊNCIA DE RAMPA

É uma medida da força, devido à gravidade, que é preciso superar para movimentar a máquina em rampas desfavoráveis (aclives).

Via de regra as rampas são medidas em percentagem de inclinação, que é a relação entre a ascensão ou queda vertical e a distância horizontal em que ocorre essa ascensão (+) ou queda (-).

  Exemplo:

Uma inclinação de 10% equivale a uma ascensão ou queda de 10m para cada 100 m de distância horizontal (10:1) ou tg()= 10/100 = 5,7 (em relação à horizontal).

Uma ascensão de 4,60 m em 53,50 m corresponde a uma inclinação de 8,6%. Isto é:

(4,60 m : 53,50 m) x 100% = 8,6% = 4,9.

O Fator de Resistência de Rampa (FRR) é expresso em kgf/t.

FRR = K(kgf/t) * % de rampa

Resistência total é o efeito combinado da resistência ao rolamento (nos veículos de roda) e da resistência de rampa.

A resistência (ou assistência) de rampa pode então ser obtida multiplicando o Fator de Resistência de Rampa pela massa da máquina em toneladas.

Resistência de Rampa = FRR * PBV 

RESISTÊNCIA DE RAMPA

• Ciclo: conjunto de operações executadas por um equipamento durante um certo período de tempo, voltando, em seguida à posição inicial para recomeça-los.

• Tempo de ciclo: é o intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas do equipamento por qualquer ponto do ciclo .

 

• Tempos elementares: duração de cada movimento elementar 

O ciclo produtivo pode ser dividido em seis componentes: carregamento, transporte, descarga, retorno, posicionamento e atraso.

 

• Número de ciclos por hora: No caso de equipamentos de carregamento, o ciclo compreende o tempo total de enchimento da caçamba, posicionamento para descarga e posicionamento para o enchimento da caçamba.

  No caso de equipamentos de transporte, o ciclo compreende os tempos de carregamento, viagem carregado, manobra, descarga, retorno vazio e posicionamento para carregamento.

TEMPO DE CICLO E MOVIMENTOS ELEMENTARES

Ciclo básico de alguns equipamentos

Carregadeiras: avanço até a frente, carga da caçamba, manobra, avanço até o veículo, descarga, retorno vazio e manobra.

 

Escavadeiras: carga da caçamba, giro carregado, descarga e giro vazio.

 

Caminhões: tempo de carga da unidade, tempo de transporte carregado, tempo de manobra e descarga, tempo de retorno vazio, tempo de posicionamento para carga.

PRODUÇÃO DE UM EQUIPAMENTO

Cálculo das Produções Unitárias dos Equipamentos

O procedimento de cálculo apresentado a seguir é válido tanto para osequipamentos de carregamento quanto para os equipamentos de transporte.

PRODUÇÃO ANUAL = N x E x C x FE x OC x HP x DM x U

Onde:N = número de ciclos por hora;E = fator de eficiência (%);C = capacidade da caçamba (t ou m3);FE = fator de enchimento da caçamba;OC = fator de operação conjugada;HP = horas programas por ano;DM = disponibilidade mecânica do equipamento (%);U = fator de utilização do equipamento.

Equipamento de carregamento - Tipo: Escavadeira Hidráulica - Capacidade da caçamba: 20 m3 - Tempo de ciclo: 24 s - Fator de eficiência: 85% - Fator de enchimento da caçamba: 85% - Disponibilidade mecânica: 90% - Fator de operação conjugada: 90% - Utilização: 85% - Densidade do material (empolada): 1,765 t/m3 - Ciclos por caminhão: 6 - Horas programadas: 5000

Equipamento de transporte- Tipo: Caminhão Fora de Estrada- Tempo de ciclo total: 10 min- Fator de eficiência: 85%- Fator de enchimento da caçamba: 100%- Disponibilidade mecânica: 85%- Fator de operação conjugada: 90%- Utilização: 80%- Horas programadas por ano: 7500- Capacidade do caminhão: 180 t

Solução:

Cálculo da produção anual de cada unidade de carregamento (Pc)

Pc = N x E x C x FE x OC x HP x DM x U

Pc = (60 min:24/60) x 0,85 x 20 x 0,85 x 0,90 x 5000 x 0,90 x 0,85 Pc = 7.461.619 m3 por ano Cálculo da produção anual de cada unidade de transporte (Pt)

Pt = N x E x C x FE x OC x HP x DM x U

Pt = (60 min:10 min) x 0,85 x 180/1,765 x 1 x 0,90 x 7500 x 0,85 x 0,85

Pt = 2.536.528 m3 por ano

N de unidades de carregamento = 30.000.000 m3 : 7.461.619 = 4

N de unidades de transporte = 30.000.000 m3 : 2.536.528 = 12

MODELOS COMPUTACIONAIS

APLICAÇÕES DE PROGRAMAS MODELOS DE SIMULAÇÕES

Para os diversos autores que se dedicam a estes estudos, o aplicativo deverá ser capaz de dar uma resposta rápida e precisa sobre:

• as dimensões mais aconselháveis dos veículos de transporte para um determinado equipamento de carga;

• o número de unidades de transporte necessário para operar com uma unidade de carga e para um determinado percurso;

• o número de veículos de transporte que deverão ser adicionados ou retirados do sistema se as distâncias variarem;

• a influência que o estabelecimento de despacho (dispatching) operando em “real time” poderá representar na diminuição e no aumento da capacidade produtiva do conjunto das unidades do sistema de transporte.

SISTEMA DE DESPACHO (DISPATCHING)

• Para melhorar a eficiência do uso dos caminhões, está se generalizando o dos “despachos”. Este sistema consiste em uma estação de supervisão e controle que, além de realizar o despacho dos caminhões, controlam toda a operação de lavra, fornecendo de forma on line todos os dados de produção e informações sobre os equipamentos utilizados na operação.

 • Estes sistemas podem operar localmente numa única

estação de trabalho (computador), ou em rede. Os caminhões deixam de ficar lotados a uma escavadeira e o sistema assume o controle total da frota, otimizando a utilização dos caminhões a cada momento.