RELAÇÃO ENTRE POTÊNCIA ELÉTRICA E ENCHIMENTO DE

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  • 1Tecnol. Metal. Mater. Miner., So Paulo,

    http://dx.doi.org/10.4322/2176-1523.1013

    2176-1523/ 2016 Associao Brasileira de Metalurgia, Materiais e Minerao. Publicado pela ABM. Este um artigo de acesso aberto distribudo sob os termos da licena Creative Commons CC BY-NC-ND (Attribution-NonCommercial-NoDerivs) - https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

    a

    Resumo

    Os moinhos verticais (Vertimill) possuem uma relao entre a potncia eltrica consumida e o enchimento de carga moedora, assim como acontece nos moinhos de bolas convencionais (tubulares). Contudo, existem poucas referncias na literatura sobre esta relao para os moinhos verticais. Este estudo visa apresentar uma curva de relao entre potncia e enchimento de carga moedora para o Vertimill VTM-1500 da Metso. Os dados foram obtidos durante o comissionamento dos moinhos verticais do Projeto Minas-Rio. Todas as grandezas eltricas foram registradas atravs de um analisador de qualidade de energia, durante o carregamento e descarregamento do moinho. A potncia em vazio do moinho foi obtida atravs da curva de descarregamento e representa 11,6% da potncia total. Essa potncia perdida no acionamento na forma de perdas eltricas e mecnicas, no sendo utilizada efetivamente no processo de moagem. Atravs desta informao possvel determinar a potncia lquida de moagem, dado essencial para estudos de comparao da eficincia energtica entre moinhos de bolas e moinhos verticais.Palavras-chave: Moinhos verticais; Vertimill; Eficincia energtica; Potncia eltrica; Projeto Minas-Rio.

    POWER MODELLING FOR BALL CHARGE IN VERTICAL MILLS

    Abstract

    The vertical mills (Vertimill) have a relationship between the consumed electric power and the load charge filling, as well as in conventional ball mill (tube). However, there are few references in the literature about this relationship for vertical mills. This study aims to present a curve between power and load charge filling for VTM-1500 Vertimill supplied by Metso. Data were obtained during the mills commissioning of the Minas-Rio Project. All electrical parameters were recorded using a power quality analyzer, during mill loading and unloading. The mill no-load power was obtained by unloading curve and represents 11.6% of the total power. This power is lost in drive by electrical and mechanical losses and is not effectively used in the grinding process. With this information it is possible to determine the net power grinding, important for studies comparing the energy efficiency of ball mills and vertical mills.Keywords: Vertical mills; Vertimill; Energy efficiency; Electric power; Minas-Rio project.

    *Uma verso deste trabalho foi apresentada no Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa, XXVI, Poos de Caldas, MG, Brasil, 18 a 22 de outubro de 2015.

    1Programa de Ps-graduao em Engenharia Metalrgica, Materiais e de Minas, Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, Belo Horizonte, MG, Brasil. E-mail: [email protected]

    2Departamento de Engenharia Eltrica, Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET-MG, Belo Horizonte, MG, Brasil.3Anglo American - Minrio de Ferro Brasil, Belo Horizonte, MG, Brasil.4Fundao Comunitria de Ensino Superior de Itabira FUNCESI, Itabira, MG, Brasil.

    RELAO ENTRE POTNCIA ELTRICA E ENCHIMENTO DE CARGA MOEDORA EM MOINHOS VERTICAIS*

    Priscila Esteves 1

    Marcelo Martins Stopa 2

    Roberto Galery 1

    Douglas Batista Mazzinghy 3

    Jos Francisco Cabello Russo 3,4

  • Esteves et al.

    2 Tecnol. Metal. Mater. Miner., So Paulo,

    1 INTRODUO

    O moinho vertical tem sido escolhido como opo de equipamento de cominuio em novos projetos, principalmente nas etapas de remoagem de minrios. A Figura 1 apresenta um esquemtico do Vertimill [1].

    Apesar de j amplamente utilizado, poucos estudos sobre a eficincia energtica e sobre o consumo de potncia dos moinhos verticais so encontrados na literatura. Os estudos relacionados ao tema concentram-se na comparao do consumo energtico entre moinhos verticais e moinhos de bolas. Atravs da aplicao de diversas metodologias, conclui-se que o moinho vertical apresenta-se energeticamente mais eficiente que o moinho de bolas [2-5]. Tambm so encontrados estudos voltados ao desenvolvimento de metodologias para simulao e escalonamento de moinhos verticais [6-9], alm de trabalhos focados na influncia de caractersticas como dimenses e velocidade [10,11] na performance do equipamento. No entanto, a bibliografia sobre o assunto carece de estudos capazes de propor um modelo para o consumo energtico desses equipamentos.

    Ao contrrio do caso dos moinhos de bolas, em que possvel encontrar modelos consolidados para prever as caratersticas de potncia e consumo energtico, no caso do moinho vertical esse comportamento no bem conhecido. Sobre o assunto, destaca-se a curva que relaciona a carga de bolas com a potncia eltrica, cujo modelo j existe para o moinho de bolas, mas ainda no encontra-se consolidado no caso do moinho vertical.

    Segundo Jankovic e Morrell [2], as principais variveis que afetam a potncia eltrica consumida por um moinho vertical so: dimetro do moinho, geometria e velocidade do agitador, massa de bolas e densidade da carga. Ainda de acordo com Jankovic et al. [5], a curva que relaciona o enchimento de carga moedora com a potncia eltrica consumida apresenta caractersticas lineares quando o agitador tem caractersticas espirais, como o caso do moinho Vertimill. Os testes foram realizados em um moinho vertical de laboratrio e a potncia consumida foi modelada atravs de regresso no linear multivarivel. A equao obtida tem um grau de 0,98 para a relao entre potncia e enchimento de carga moedora, ou seja,

    Figura 1. Esquemtico do moinho vertical [1].

  • Relao entre potncia eltrica e enchimento de carga moedora em moinhos verticais

    3Tecnol. Metal. Mater. Miner., So Paulo,

    a relao praticamente linear. Essa caracterstica linear tambm demonstrada graficamente por Nitta et al. [12], que apresenta a relao entre o enchimento de carga moedora para moinhos verticais de potncias variadas. Atravs de uma anlise dimensional e fsica dos elementos que afetam a potncia consumida os autores prope uma modelagem terica para o clculo da potncia. Nesse modelo o grau da equao que relaciona o enchimento de carga moedora com a potncia de 0,88. Resultados mostram que a tendncia de erro do modelo obtido reduzida para maiores valores de carga, sendo o modelo utilizado a partir de aproximadamente 30% do enchimento. Os objetivos principais desse artigo so a modelagem de uma curva que relacione o enchimento de carga moedora com a potncia eltrica no moinho vertical, alm da obteno da potncia em vazio do equipamento. Conhecendo a potncia em vazio possvel determinar a potncia lquida de moagem, dado essencial para estudos de comparao da eficincia energtica entre moinhos de bolas e moinhos verticais. Os dados foram obtidos durante o comissionamento dos moinhos verticais do Projeto Minas-Rio, modelo Vertimill VTM-1500 fabricados pela Metso.

    2 MATERIAIS E MTODOS

    Os testes foram realizados em um moinho vertical alimentado diretamente por um motor trifsico de induo WEG com rotor de gaiola. O mtodo de partida direto e os parmetros eltricos do acionamento so mostrados na Tabela 1, de acordo com as informaes fornecidas pelo fabricante.

    A carga do motor a espiral do moinho vertical. O acoplamento com a carga realizado atravs de um redutor planetrio que realiza a reduo para a velocidade nominal de giro do moinho. As informaes mecnicas da carga e do trem de acionamento so mostradas na Tabela 2.

    Os testes foram realizados em duas etapas diferentes, sendo a primeira a de carregamento do moinho, e a segunda a de descarregamento. Para ambas as etapas no houve carga de minrio no moinho, sendo os testes realizados apenas com carga de bolas de 12,5 mm de dimetro e gua. As medidas eltricas foram registradas atravs do analisador de qualidade de energia Anawin MARH-21/992. Foram coletados todas as tenses, correntes, potncias ativa, reativa e aparente, alm de fator de potncia do motor. A frequncia de amostragem dos dados obtidos foi de 1 Hz para os testes de descarregamento e de 10 Hz para os testes de carregamento. Todos os dados foram registrados utilizando o software do prprio analisador e posteriormente tratados com o uso do software Matlab. As informaes levantadas foram analisadas e tratadas para excluso de rudos com o objetivo de obter uma relao precisa entre potncia e enchimento. O mtodo utilizado para obteno da curva que relaciona a potncia eltrica consumida pelo moinho ao enchimento de carga moedora do mesmo descrito a seguir.

    Numa primeira etapa a potncia ativa consumida pelo motor foi monitorada durante o enchimento do moinho com a carga moedora. Por limitaes tcnicas e de segurana do equipamento no possvel medir essa potncia com o moinho totalmente vazio, com isso as medies so realizadas apenas para uma quantidade mnima de carga moedora. Atravs desses dados obtm-se a curva parcial que relaciona potncia e enchimento do moinho para cargas moedoras maiores. Em uma etapa posterior foi realizada a medio da potncia eltrica durante o descarregamento das bolas do moinho, que um processo contnuo. A medio foi realizada at que restasse apenas um volume morto de bolas entre a espiral e o fundo do moinho. Como esse volume morto no toca a espiral, a potncia final desse teste representa a potncia em vazio do equipamento, ou seja, a potncia necessria apenas para girar a espiral. Essa potncia em vazio pode ser utilizada, juntamente com os dados obtidos durante o carregamento de bolas do moinho, na obteno de uma expresso grfica e matemtica que relacione o enchimento de carga moedora potncia consumida pelo moinho vertical. A relao grfica obtida a partir dos dados empricos descritos anteriorment