O dimensionamento de frotas de mineração requer uma visão sistêmica do planejamento de lavra de médio e longo prazos, aliada ao conhecimento dos principais equipamentos envolvidos. O ponto de partida são algumas informações mínimas sobre o planejamento da mina, além das movimentações previstas para os próximos cinco a dez anos, que servirão de referência para a frota a ser utilizada.

Um conceito importante para início do dimensionamento é o conceito de medição de volume de material. Nesse sentido, são considerados dois tipos de volumes: no banco ou no corte (correspondentes ao volume de material em repouso no seu estado natural) e solto (correspondente ao volume de material após o desmonte da bancada a ser lavrada).

A relação entre as duas medidas é chamada de “empolamento”, cuja fórmula é 1 + empolamento = volume solto / volume no banco. O empolamento típico é da ordem de 30%. Entretanto, esse valor pode variar drasticamente para cada tipo de material.

Outro conceito importante é a densidade, que também pode ser medida “in situ” ou no material solto. Para o dimensionamento, utiliza-se a densidade dos materiais soltos. Contudo, para escavadeiras, será necessário definir a densidade no banco. Por exemplo, a densidade média do minério de ferro é de 2,7 ton/m3, entretanto, na lavra podem ser encontrados materiais com densidades de 2 ton/m3 (itabirito friável) a 4 ton/m3 (hematita compacta).

Assim, é importante um correto alinhamento com o planejamento de lavra, particularmente nas etapas de análise e avaliação, quando são realizadas sondagens para caracterização dos materiais (minérios ou estéreis) e avaliação dos volumes e densidades correspondentes.

Para o dimensionamento, será necessário conhecer também as DMT’s (Distâncias Médias de Transporte). Em estudos preliminares e no planejamento inicial de lavra, esses dados são limitados e precisam ser estimados. Quanto maior for detalhamento, maior será a precisão do estudo.

CONCEITOS

A definição da frota de equipamentos é determinada pelo custo por tonelada e pelo valor líquido. A recomendação é iniciar os estudos com três capacidades de equipamentos de transporte (por exemplo, caminhões de 150, 240 e 400 toneladas), que também definirão o porte do equipamento de carga.

Normalmente, considera-se que o equipamento para carregar o caminhão faça de três a seis passadas. Outros fatores, todavia, podem contribuir para determinação do equipamento de carga, como, por exemplo, necessidade de escavação, equipamentos de limpeza de praça, padronização de frota etc.

Outro conceito importante é o de “Fleet Match”, cuja fórmula para frotas homogêneas é expressa na equação FM = (TC OHT x N OHT’s) / (TT OHT x N EC), onde TC OHT é o tempo de carregamento dos caminhões, N OHT’s, o número de caminhões, TT OHT, o tempo de transporte dos caminhões, e N EC, o número de equipamentos de carga. Já para frotas heterogêneas, deve-se utilizar a formula de Burt, C. N. & Caccetta.

Analisando-se o resultado, constatamos que, para valores acima de 1, não existe tempo de espera para o equipamento de carga, ou seja, após o término de carregamento de um caminhão, o próximo já estará aguardando carregamento. Para valores abaixo de 1, não existe tempo de espera para o caminhão, ou seja, sempre que chegar à praça, o equipamento de carga estará aguardando para carregá-lo.

Outro item se refere ao fator de enchimento das caçambas. Normalmente, os fabricantes dimensionam seus equipamentos para uma densidade entre 1,5 e 1,8 ton/m3, levando em consideração um fator de enchimento de 100%. Essa densidade abrange a maioria dos materiais, mas existem diversas situações específicas, como, por exemplo, o carvão mineral, cuja densidade é normalmente inferior a 1 ton/m3. Nesse caso, os equipamentos ficam sobrecarregados em capacidade volumétrica, mas não em capacidade de carga.

O fator de enchimento de 100% considera a norma SAE 2:1 (Normas SAE J296/SAE J67, SAE J742), que não corresponde aos dados de campo. Para que um conjunto operador/equipamento consiga um fator de enchimento de 100%, é necessário que as condições sejam extremamente favoráveis.

Mas é necessário considerar ainda o fator de enchimento máximo (100%) para uma correta análise de sobrecarga. Assim, a alternativa a ser selecionada será a frota que apresentar o menor custo, compreendendo custos de propriedade e operação.

Os custos de propriedade referem-se aos montantes a serem pagos para aquisição de cada equipamento, acrescidos de fretes, seguros, impostos etc. Também é necessário um conhecimento básico de depreciação. Já os custos de operação envolvem os principais gastos para manutenção dos equipamentos, como diesel, operador, pneus, material de desgaste, peças de reposição, reformas etc.

Para lavras em operação, podem-se utilizar dados históricos como base de informação. Mas existem outros pontos de atenção, como, por exemplo, o dimensionamento do pneu – um dos itens mais relevantes do custo de caminhões fora de estrada –, utilizando-se para isso a referência TKPH (Tonne-Kilometre Per Hour, ou Tonelada-Quilômetro por Hora).

Para a definição dos tempos de ciclo, também se considera de 3 a 6 passes do equipamento de carga. A tabela acima mostra um resumo de análise de carregamento para um caminhão de 240 toneladas.

Neste exemplo, foi utilizada uma densidade média do material. O cliente informou ainda que, por se tratar de um projeto “brownfield”, serão possíveis altos valores de fator de enchimento, para estéril e minério.

O tempo de ciclo da unidade de carregamento é uma informação do fabricante. Neste caso, compreende carregamento no banco, giro, elevação e descarga no caminhão. Conforme os gráficos disponíveis na literatura pode-se visualizar o tempo de ciclo típico para a escavadeira indicada. Como exemplo, o dimensionamento utilizou um tempo de ciclo médio de 0,48 minutos ≈ 28,8 segundos, levando em consideração que o material solto na frente de lavra era de fácil escavação. Acrescentou-se 0,10 minutos (6 segundos) como tempo adicional de primeiro passe.

CICLOS

Outra variável que deve ser incluída é o tempo de manobra do caminhão, correspondente ao tempo mínimo para que o caminhão carregado saia e dê lugar ao próximo veículo que será carregado. Foram considerados 0,7 minutos, um valor padrão para dimensionamento, que deve ser revisto no caso de praças de trabalho apertadas etc. A etapa seguinte é o carregamento. O número de passes foi igual a 4, resultando em um tempo de ciclo teórico de 2,24 minutos.

Concluído o dimensionamento do ciclo de carregamento, podem-se calcular os tempos de ciclo do transporte, cuja análise é totalmente influenciada pelas informações de planejamento de lavra. Para o dimensionamento de frotas o importante é o volume de material que será movimentado de cada frente de lavra, a fim de se determinar a respectiva DMT. Pode-se considerar, por exemplo, um perfil típico de estrada de transporte como o mostrado na tabela.

Este esquema de uma estrada de transporte de 1 km permite elaborar uma simulação básica do tempo de ciclo do caminhão. É preciso, inicialmente, determinar a resistência total, usando um gráfico de “rimpull”, disponibilizado pelos fabricantes. A resistência total é composta por resistência ao rolamento acrescida da rampa efetiva.

A resistência ao rolamento, por sua vez, é a resistência encontrada pelos pneus durante o deslocamento do caminhão. Numa estrada bem mantida, considera-se 1,5%, que será mais elevado em função da penetração do pneu (por exemplo, 5, 8 e 14% para penetração, respectivamente, de 50, 100 e 200 mm).

A resistência de rampa é a inclinação que o caminhão precisa vencer, medida em porcentagem. Para isso, devem-se usar os gráficos de rampa constantes também na literatura do fabricante. A resistência total é utilizada nos gráficos de “rimpull” do caminhão, para determinação das velocidades e, consequentemente, do tempo de ciclo.

Para determinação dos tempos de ciclo de transporte carregado e retorno vazio, é necessário analisar as curvas de torque e capacidade de carga dos caminhões. Assim, torna-se possível descobrir a velocidade do caminhão para a condição dada. Inclusive, existem vários softwares de dimensionamento de frotas que trazem os dados de “rimpull” em seu banco de dados, bastando inserir as informações que o software fornece, como o tempo de ciclo para uma determinada distância e rampa. Por fim, o dimensionamento também deve levar em consideração o “Fleet Match”, restrições de operação como operação noturna, habilidade do operador, chuva, neblina etc., além de detalhes específicos do empreendimento.