GANHOS OPERACIONAIS COM A PADRONIZAÇÃO DE CARGA MÉDIA TRANSPORTADA: EXEMPLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA NA MINA DE GONGO SOCO

Transcrição

1 GANHOS OPERACIONAIS COM A PADRONIZAÇÃO DE CARGA MÉDIA TRANSPORTADA: EXEMPLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA NA MINA DE GONGO SOCO Fábio Luciano M. Resende, Engenheiro de Minas fabio.luciano@vale.com Renato de Souza Gomes, Analista de Negócios renato.gomes@devex.net RESUMO Este estudo descreve uma inovação operacional na Mina de Gongo Soco, que trouxe importantes benefícios para controlar a carga de caminhões, diminuindo os desvios padrão nas massas transportadas em cada viagem. A mina utiliza o sistema SmartMine para controlar uma frota de caminhões de pequeno porte, com capacidade de 38 t. Esses caminhões e respectivos equipamentos de carga não possuem uma balança própria, o que dificulta a manutenção de um padrão de carregamento a cada viagem. Em função da grande variação nas cargas, a mina sofria uma grande incidência de paradas dos caminhões por problemas relacionados à sobrecarga. Por meio de uma inovação tecnológica no sistema SmartMine, a mina conseguiu desenvolver e implantar com grande sucesso um método que eliminou as paradas por quebras de eixo e aumentou a produtividade média de sua frota. Palavras-chave: Inovação Tecnológica; Disponibilidade da Frota; Produtividade de Lavra; Carga Média de Transporte. ABSTRACT The paper describes the successful application of an operational innovation at the Gongo Soco mine which has delivered tangible benefits for the control of the payload of haul trucks by a significant reduction of the standard deviation of the haulage mass per truck cycle. The mine uses SmartMine to control a fleet of 38 t trucks, which do not have on-board weighting devices. Because the loading equipment also do not use on-board weighting devices, it has been challenging for the mine to achieve an appropriate haulage load standard throughout the operation. The large variation on the average haulage loads has brought a number of overloadrelated maintenance issues. Through the innovation introduced in the SmartMine system, the mine has been able to implement a highly successful method to eliminate overload-related problems and to significantly increase the truck fleet s overall productivity. Keywords: Technological Innovation; Fleet Availability; Mine Productivity; Average Haulage Payload.

2 INTRODUÇÃO A manutenção da frota de caminhões da mina é um dos principais componentes do custo operacional em lavra a céu aberto. O custo de manutenção da frota é fortemente influenciado pela sobrecarga da massa transportada pelos caminhões da mina, pois uma alta freqüência de viagens com sobrecarga pode causar danos permanentes a muitos componentes do equipamento. O resultado da alta freqüência de viagens com sobrecarga é o aumento no custo de manutenção, a redução da disponibilidade física do equipamento e a redução da taxa de produção na mina (Brown et al., 2001, Koellner et al., 2004). Por outro lado, quando a frota de caminhões da mina apresenta uma alta freqüência de viagens com carga abaixo da capacidade nominal dos equipamentos, a operação sofrerá com a redução da produtividade e o conseqüente aumento dos custos unitários de produção. Ou seja, o aumento da produtividade da mina não é função apenas da eficiência na alocação da frota, mas também necessita que os caminhões não operem com cargas abaixo da sua capacidade nominal (Louit e Knights, 2001, Mkhatshwa, 2009). O desafio de gerenciar a carga média em caminhões na mina é exacerbado pela recente tendência do setor de transporte em lavra a céu aberto no Brasil, representada pelo aumento crescente da utilização de caminhões rodoviários adaptados para operação de mina (Koppe, 2007). Esse desafio ocorre porque os caminhões rodoviários adaptados para a mineração, embora possuindo tecnologia embarcada de ponta, ainda não padronizaram o uso de balanças de payload 1 confiáveis e adequadas para a operação em mina. O resultado nesse caso é que as eventuais falhas nas balanças embarcadas de payload podem impactar negativamente a vida útil, o desempenho operacional e a produtividade dos caminhões. Conforme descrito em Pereira (2006) e em Tesdahl e Tomlingson (1998), a freqüência das falhas e quebras em caminhões de mina está associada à estratégia específica de manutenção utilizada na mina. No entanto, as falhas mais comumente associadas à sobrecarga de caminhões incluem os seguintes itens: Deformação da carcaça do eixo traseiro, cuja conseqüência é tornar negativa a cambagem das rodas traseiras, que causa maior desgaste dos pneus internos e possível quebra das rodas internas e/ou desgaste dos rolamentos; Quebra da travessa traseira; Quebra dos suportes de mola das suspensões traseiras; Deformação das longarinas nas suspensões traseiras; Quebras das lâminas de molas dos feixes traseiros; Quebras de certos componentes das árvores de transmissão; Fadiga e conseqüente quebra dos dentes das engrenagens; Quebra das balanças e feixes de molas da suspensão; Quebra dos chassis e bombas do sistema de báscula; Sobrecarga do trem de força (motor/caixa/diferencial), ocasionando sua quebra; 1 O termo payload é comumente utilizado no setor mineral Brasileiro para expressar a carga nominal que pode ser transportada pelos equipamentos da mina.

3 Quebra dos rolamentos de cubo dianteiro devido o aquecimento dos mesmos e perda da lubrificação; Desgaste do sistema de freios; Desgaste prematuro do sistema de direção/setor e bomba; Danos na estrutura externa. Além disso, Tesdahl e Tomlingson (1998) indicam especificamente outros problemas potenciais relacionados à sobrecarga nos caminhões de mina, como por exemplo: Aumento do tempo de viagem. Ou seja, sobrecarga nem sempre significa que o equipamento será mais produtivo. Aumento do consumo de combustível. Uma vez que o equipamento está sobrecarregado, isto exige que o motor trabalhe em rotações mais altas, implicando em aumento do consumo de combustível. Este trabalho descreve a integração realizada em uma mina a céu-aberto entre a operação da mina e balanças rodoviárias e seu impacto na carga média dos caminhões e conseqüências nos custos de manutenção e na produtividade da frota de caminhões. O ambiente tecnológico que possibilitou essa integração foi a plataforma de gerenciamento e otimização da produção da mina, que opera em período integral na mina (regime 24x7). A integração com as balanças rodoviárias dos caminhões permitiu que o sistema de gerenciamento orientasse a tomada de decisões operacionais de forma a minimizar os eventuais desvios sobre a carga média dos caminhões, além de possibilitar o controle em tempo real das massas aferidas nas balanças rodoviárias. CONTROLE DA CARGA MÉDIA DOS CAMINHÕES DE MINA Conforme descrito anteriormente, um importante desafio relacionado ao controle da carga média em caminhões de mina é essencial para reduzir os custos de manutenção da frota e para aumentar a produtividade dos caminhões. Esse desafio é mais crítico no caso de caminhões rodoviários devido à limitação comum para o acesso e controle das massas transportadas devido à falta de balanças embarcadas de payload confiáveis. Em termos operacionais, o sucesso do controle na variação da carga em caminhões rodoviários modificados para uso na mineração está associado aos seguintes fatores: Os caminhões rodoviários basculantes não possuem, ainda, uma balança própria que permita o registro online da massa sendo carregada. O material que é carregado nos caminhões possui uma densidade muito variável, o que não permite que se realize um cálculo de quantas pazadas o equipamento de carga deve dar para chegar a uma massa próxima do ideal. Não é conhecida uma balança para equipamentos de carga que funcione de forma adequada e sem trazer perda de produtividade. A abordagem proposta neste trabalho foi baseada na integração das balanças rodoviárias com o sistema SmartMine. O SmartMine é um conjunto de ferramentas para gerenciamento e

4 otimização da operação de mina em tempo real. Seu princípio de funcionamento é a instalação de computadores de bordo nos equipamentos e, através de uma rede sem fio, os dados coletados por esses computadores em campo são transmitidos para uma central de controle. Esta central de controle fornece uma interface clara e intuitiva na qual é possível obter todas as informações de cada um dos equipamentos em tempo real. Os dados também são armazenados em uma base aberta, da qual é possível extrair relatórios informativos sobre todos os KPIs (Key Performance Indicators) relevantes para a mina. DESCRIÇÃO DA SOLUÇÃO INTEGRADA PARA CONTROLE DA CARGA MÉDIA O SmartMine, dentre suas diversas ferramentas, permite a integração com balanças rodoviárias, as quais são muito comuns em mineração. Esta integração entre o SmartMine e balanças rodoviárias permite que seja realizada a leitura da massa aferida quando um caminhão é pesado. A Figura 1 exibe um esquema sobre o funcionamento da integração do sitema com a balança rodoviária. Figura 1 - Esquema da integração entre SmartMine e a balança rodoviária. Basicamente, o SmartMine lê os sinais da saída serial disponível na balança rodoviária. Os sinais têm um padrão de funcionamento do qual é possível extrair a informação de quando uma carga foi estabilizada. Esta informação é então repassada para a central de controle do SmartMine (Despacho) através da sua rede wireless. Em contrapartida, o caminhão é equipado com um computador de bordo que possui GPS. Quando o caminhão pára na balança, o computador de bordo reconhece automaticamente que o caminhão está efetuando uma pesagem e sua informação também é enviada para a central de controle. Por fim, a central de controle cruza os dados da balança com os dados do caminhão e registra a carga efetuada. Esta carga é armazenada no banco de dados do sistema e pode ser utilizada para diversos fins, como cálculo da produção, estimativa de carga média para caminhões em condições semelhantes, alteração da tara do equipamento, etc.

5 EXEMPLO DE APLICAÇÃO NA MINA DE GONGO SOCO Gongo Soco é uma mina que extrai minério de ferro e está localizada na cidade de Barão de Cocais, MG. Atualmente é explorada pela Vale. A extração do minério (e também do estéril) é realizada através de equipamentos de pequeno porte tais como retroescavadeiras e caminhões rodoviários basculantes. Atualmente, a mina conta com uma frota de 50 caminhões rodoviários (27 Mercedes, 9 Volvo e 14 Scania) e 6 máquinas de carga. Porém, para os períodos de março a dezembro de 2009 havia 40 caminhões (31 Scania e 9 Volvo) e 5 máquinas de carga, e de janeiro a outubro de 2008 havia 87 caminhões (65 Scania e 22 Volvo) e 14 máquinas de carga, que são os períodos alvos do presente estudo. A carga ideal recomendada pelo fabricante dos caminhões Scania utilizados na mina é de 38 toneladas. O sistema SmartMine está implantado na mina desde 2006 e operando ininterruptamente desde então. A integração com a balança rodoviária foi adquirida pela mina em setembro de A partir de então foi possível perceber que as pesagens dos equipamentos, apesar de estarem com uma média próxima à carga recomendada, estavam sofrendo uma grande variância. Ou seja, grande parte dos caminhões estava transportando cargas ou muito baixas ou muito altas. A Tabela 1 exibe os dados estatísticos de todas as pesagens registradas pela integração do SmartMine com a balança rodoviária no ano de 2008 a partir de sua implantação em setembro. Tabela 1 - Estatística dos Dados de Pesagens de PESO LÍQUIDO Média (t) 36,37 Mediana (t) 36,65 Modo (t) 37,99 Desvio padrão (t) 4,08 Variância da amostra (t) 16,61 Intervalo (t) 48,63 Mínimo (t) 13,67 Máximo (t) 62,30 Soma (t) ,99 Contagem 9409 Para melhorar este cenário, a mina de Gongo Soco solicitou que a integração do SmartMine com a balança rodoviária fosse modificada. Para o caso específico da mina de Gongo Soco, a integração com a balança rodoviária no SmartMine foi customizada para, além de enviar a carga aferida pela balança para a central de controle, enviar a carga para o computador de bordo do equipamento que carregou o caminhão pesado. A Figura 2 ilustra a integração sob a nova ótica da customização. Esta customização foi implantada na mina a partir de março de 2009.

6 Figura 2 - Esquema da integração customizada entre SmartMine e a balança rodoviária. Como o acesso em tempo real às informações da balança rodoviária, os operadores de equipamentos de carga passaram a ter maior sensibilidade sobre as condições do material que estão carregando nos caminhões. Esta informação chega ao equipamento de carga em tempo hábil para que o operador tome decisões sobre os próximos carregamentos: Se a última carga está próxima do limite recomendado, o operador deve continuar carregando caminhões de forma semelhante ao último caminhão, pois, provavelmente a carga não sofrerá um grande desvio; Se as cargas estão começando a se distanciar do limite recomendado, o operador deve modificar seu padrão de carregamento para corrigir o desvio. A Tabela 2 exibe os dados estatísticos de todas as pesagens registradas pela integração do SmartMine com a balança rodoviária após a customização ter sido implantada. Nela é possível perceber que, apesar de a carga média ter sofrido uma pequena redução (4,45%), a redução do desvio padrão foi muito grande (44,86%). Ou seja, as viagens dos caminhões estão saindo mais próximas da meta de carga. Tabela 2 - Estatística dos Dados de Pesagens de PESO LÍQUIDO Média (t) 34,76 Mediana (t) 34,82 Modo (t) 35,61 Desvio padrão (t) 2,25 Variância da amostra (t) 5,05 Intervalo (t) 35,28 Mínimo (t) 13,58 Máximo (t) 48,86 Soma (t) ,13 Contagem A Figura 3 exibe um gráfico comparativo entre as distribuições das cargas aferidas nos anos de 2008 e Este gráfico possui os histogramas das freqüências relativas das cargas nos anos de 2008 e O intervalo escolhido foi de 1 tonelada para dar melhor idéia da

7 distribuição das cargas. Nele fica claro que no ano de 2008, sem a possibilidade de atuação imediata do operador do equipamento de carga na qualidade dos carregamentos efetuados, não havia um padrão a ser seguido e isto levou a um grande percentual de carregamentos serem realizados muito fora da carga recomendada. Já no ano de 2009, com o feed back em tempo real para os operadores dos equipamentos de carga, as cargas começaram a ser padronizadas e seu impacto foi que a grande maioria dos carregamentos se concentrou mais próxima à meta. Figura 3 - Gráfico comparativo das distribuições das cargas nos anos de 2008 e Benefícios alcançados Para avaliar os ganhos obtidos com essa customização no SmartMine e sua conseqüente redução nas variâncias das cargas dos caminhões, foram levantados os custos de manutenção relacionados diretamente ao excesso de carga. A Tabela 3 apresenta os resultados obtidos. É importante salientar que estes resultados já levam em conta a redução da frota, ou seja, o valor estimado da redução já está ajustado à nova frota. Tabela 3 - Redução de custos de manutenção. Item Ganho (Redução de Custos) Materiais de suspensão em geral 73,5% Troca de bombas de direção 65,3% Troca e reformas de setores de direção 46% Reformas de turbinas 40% Outro ponto importante que foi observado é que a produtividade média dos caminhões Scania está muito diferente nos anos de 2008 e A Tabela 4 e a Tabela 5, mostram os dados

8 estatísticos das produtividades registradas nos anos de 2008 e 2009 respectivamente. Nelas é possível perceber que a produtividade média no ano de 2009 superou em 9,1% a produtividade média de O desvio padrão da produtividade média também mostra como as produtividades ao longo do ano de 2009 se comportaram de maneira mais uniforme. Este melhor desempenho da produtividade foi obtido mesmo sob uma circunstancia adversa, que é a distância média das viagens. A distância média percorrida em cada viagem pelos caminhões foi de 6500 metros em 2009 e de 5621 metros em Tabela 4 - Estatística da produtividade das Scanias em 2008 PRODUTIVIDADE (t/h) DISTÂNCIA MÉDIA (m) Média 65, ,84 Mediana 71, ,77 Modo 0,00 0,00 Desvio padrão 74, ,39 Variância da amostra 5526, ,58 Intervalo 4692, ,50 Mínimo 0,00 0,00 Máximo 4692, ,50 Soma , ,92 Contagem Tabela 5 - Estatística da produtividade das Scanias em 2009 PRODUTIVIDADE (t/h) DISTÂNCIA MÉDIA (m) Média 72, ,82 Mediana 79, ,44 Modo 0,00 0,00 Desvio padrão 33, ,49 Variância da amostra 1134, ,15 Intervalo 1091, ,55 Mínimo 0,00 0,00 Máximo 1091, ,55 Soma , ,66 Contagem Outros resultados observados foram: Possibilidade de realizar um controle efetivo para o desempenho da frota em todos os sentidos; A mão-de-obra da manutenção da mina pode ser utilizada em outros pontos críticos e em outras máquinas de apoio; Adequação do quadro de pessoal, pois existia um operador de balança por turno (total de 8). Hoje não é necessário mais este cargo e as pessoas puderam ser direcionadas para outros cargos; Fácil implantação e manutenção do sistema.

9 CONCLUSÕES Este estudo mostra como o direcionamento adequado de uma ferramenta tecnológica existente na mina pode trazer importantes benefícios para o negócio. O custo de criação e implantação dessa inovação foi muito pequeno quando comparado aos benefícios obtidos: O controle da carga dos caminhões refletiu diretamente no custo da manutenção, com redução em cerca de 50%. Esta redução de custo está relacionada a todos os componentes que sofrem diretamente com a sobrecarga dos caminhões. Outra variável observada e que também sofreu impacto positivo foi a produtividade dos caminhões, aumentada em 9,1% de 2008 para Apesar de outras variáveis também terem influenciado neste ganho, esta observação reforça a afirmação feita inicialmente, de que a sobrecarga e a carga muito reduzida impactam negativamente na produtividade. A inovação tecnológica foi tão bem aceita pela mina onde aplicada, que atualmente o controle de pesagem entra como indicador de desempenho na participação nos resultados dos operadores de equipamentos de carga. Ou seja, quando o operador realiza muitas cargas fora da meta sua pontuação é reduzida. Outra conclusão importante se refere ao sucesso na aplicação de uma inovação tecnológica na operação da mina. Ainda é comum associar o conceito de inovação apenas a saltos tecnológicos. No entanto, o exemplo de aplicação apresentado neste trabalho indicou o enorme potencial de instituir uma política de inovação que valorize as melhorias operacionais e a otimização de processos na mina, e que reconheça o impacto dessas melhorias no desempenho do negócio. Em relação à continuidade do esforço para padronização da carga média transportada na mina, o grupo de trabalho concentrará seu foco agora na automação do processo e no apoio de simulação e inteligência artificial para identificar e corrigir em tempo real as nãoconformidades operacionais visando diminuir ainda mais o desvio padrão e variância da carga transportada. REFERÊNCIAS Brown, G.M.; Ebacher, B.J.; Koollner, W.G. Increased Productivity with AC Drives for Mining Excavators and Haul Trucks. In: "Surface Mining", Trans Tech Publications, Clausthal-Zellerfeld, Germany, No. 1, March 2001, pp Koellner, W.G.; Brown, G.M.; Rodríguez, J.; Pontt, J.; Cortés, P.; Miranda, H. Recent Advances in Mining Haul Trucks. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 51, no. 2, April 2004, pp. 321 Koppe, J.C. A Lavra e a Indústria Mineral no Brasil. In: Tendências Tecnológicas Brasil 2015: Geociências e Tecnologia Mineral/Eds. Fernandes, F.R.C.; Luz, A.B.; Matos, G.M.M.; Castilhos, Z.C. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2007, pp Louit, D.M.; Knights, P.F. Simulation of initiatives to improve mine maintenance. In: Trans. Instn Min. Metall. (Sect. A: Min. technol.), 110, January April The Institution of Mining and Metallurgy 2001, pp

10 Mkhatshwa, S.V. Optimization of the loading and hauling fleet at Mamatwan open pit mine. In: The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 109, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, SA ISSN X, pp Pereira, L.D. Planejamento de Demanda de Componente Controlado numa Empresa de Serviços do Ramo de Mineração. Monografia. Curso de Engenharia de Produção, Universidade Federal de Juiz de Fora, MG, 2006, 30 p. Tesdahl, S.A.; Tomlingson, P.D. Maintenance strategy for the 21st century. In: Mining Engineering. SME of AIME, April 1998, pp