Experiências práticas na automatização de barragens na Vale S.A.

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1 Experiências práticas na automatização de barragens na Vale S.A. Autores: Henrique de Andrade Penido Artur Bastos Ribeiro Mardon Borges Mendes Deni Otávio Souza Hélio Cerqueira

2 Experiências práticas na automatização de barragens na Vale S.A. Introdução Visando a melhoria contínua na gestão de segurança de barragens, no ano de 2005, a Vale S.A. (Ferrosos) deu início à automatização da instrumentação de algumas estruturas geotécnicas, desde então diversas estruturas vem sendo automatizadas utilizando diversas tecnologias. A apresentação tem como objetivo apresentar as experiências adquiridas pela Vale na automatização das suas barragens..

3 Automação da Barragem Capitão do Mato (Mina CMT) e da Barragem Forquilha V (Mina Fábrica). Modelo Tecnológico definido em conjunto com a equipe de TA garantindo sustentabilidade dos sistemas Automação do Dique Rio de Peixe (Mina Conceição) e do Braço 3 (Mina Cauê) Automação da Barragem Maravilhas II (Mina do Pico). Plano de Automação Geotécnica DIOF Vídeo-Monitoramento + Instrumentação das barragens de alto DPA de Ferrosos. Automação das barragens da Mina Águas Claras. Automação da Barragem Peneirinha (Mina Capitão do Mato). Automação das barragens da Mina Fábrica. Vandalismo vem sendo um grande desafio desde o início das iniciativas. Início dos estudos de desenvolvimento de tecnologia em Automatização de Estruturas Geotécnicas Automação das barragens da Mina Carajás Tentativa com emprego de transdutores de pressão nacionais (Mina Carajás). Automação de algumas barragens da Mina Cauê. LINHA DO TEMPO DA AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE FERROSOS

4 Tipos de Sensores Utilizados na Automação Piezômetros Sensor Corda Vibrante Sensor Piezo-resistivo. Célula de Pressão Sensor Corda Vibrante Inclinômetro Sensor Corda Vibrante Sensor MEMS (strain gauge). Régua Reservatório Sensor Corda Vibrante Sensor Piezo-resistivo. Sensor Ultrassônico Medidor de Vazão Sensor Piezo-resistivo. Sensor Ultrassônico Deslocamento Satélite, Estações Robóticas e GPS Autônomo Estações Meteorológicas/Pluviométricas Modelo Tecnológico Vale Ferrosos Piezometria e vazão: Sensores piezométricos de cordavibrante ou piezo-resistivos ventilados e com corpo em titânio (vendor-list é relevante) instalados de acordo com o propósito de monitoramento do instrumento; Sistemas de inclinômetros in-place MEMS instalados onde necessário; Pluviometria e temperatura: Estação meteorológica com leitura à cada 5 minutos; Vídeo-Monitoramento: Câmeras fixas equipadas com infra-vermelho, análise de vídeo e frequência de frames configurável.

5 Automatização Sensores Piezométricos Instalação no aterro Automatização Piezômetros Casagrande Selado (confinado); Aberto. Facilidade Manutenção x Tempo de Resposta

6 Aquisição de Dados Modelo Tecnológico Vale Ferrosos Datalogger Multiplexadores Cabos Datalogger Sistema Wireless Gateway Sistema Wireless Unidades de armazenamento (até 3 níveis): Datalogger/transmissor intermediário com autonomia de 7 dias (leitura horária), Datalogger ou Gateway com autonomia de 30 dias (leitura horária), Servidor VALE com interface com PIMs. Transmissão remota de dados (até 2 níveis): Transmissão intermediária: Sistema wireless 900MHz; Transmissão Ethernet: Sistema de rádio frequência de acordo com site-survey.

7 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE FERROSOS Tecnologia Piezoelétricos

8 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE Tecnologia Piezoelétricos FERROSOS

9 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE Tecnologia Corda Vibrante FERROSOS

10 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE Tecnologia Corda Vibrante FERROSOS

11 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE Tecnologia Corda Vibrante FERROSOS Cabeamento Transmissão rádio 900 MHz Rede Wireless

12 MODELO TECNOLÓGICO DE AUTOMAÇÃO GEOTÉCNICA NA VALE FERROSOS Monitoramento Câmera Alta Definição e Iluminação Ferrosos Norte (24hrs) Estação Meteorológica Ferrosos Sudeste Estação Robótica em Implantação Ferrosos Norte

13 DADOS INSTRUMENTAÇÃO AUTOMATIZADA VALE S.A. FERROSOS 21 BARRAGENS Piezometria Instrumentos Existentes x Automatizados ,41% 33,59% 0,00% 0 Medidor de Vazão Tecnologia Sensores Automatizados ,86% 71,76% ,32%19 4,92% 0,00% 0 7,14%

14 DADOS INSTRUMENTAÇÃO AUTOMATIZADA VALE S.A. FERROSOS Sensores danificados (22,3%) Inclinômetro In-Place 17 sensores Causa: Entrada de água nos sensores, danos causados por inexperiência na instalação. Piezômetros Corda Vibrante 6 sensores Causa: Descarga atmosférica direto no sensor; Danos sensor temperatura sem causa conhecida. Piezômetro Piezo-resistivo 61 sensores Causa: Intemperismo, descargas atmosféricas, vandalismo e roedores. Célula de Pressão 1 sensor Causa: Descarga atmosférica. Ultrassônicos 2 sensores Causa: falha na vedação. Sensores Danificados Danos Sistema Vandalismo recorrente (furto de bateria e componentes); Descarga atmosférica (Substituição eventual de fusível com interrupção temporária de aquisição e transmissão); Animais.

15 MITIGAÇÃO DE VANDALISMO Ambientes previstos para instalação de Estações Autônomas de Monitoramento Geotécnico Ambiente On site São ambientes dentro ou bem próximos das áreas operacionais ou administrativas e igualmente de comunidades e/ou cidades: Minas em Operação; Estruturas próximas à usinas; Centros Administrativos. Ambiente Semi-Remoto Ambiente Remoto São ambientes mais afastados de áreas operacionais ou administrativas e igualmente de comunidades ou cidades. Áreas Paralisadas; Estruturas nos arredores de minas em Operação. São ambientes bastante afastados de áreas operacionais em lugares de pouco movimento e ocupação humana. Áreas de pesquisa mineral; Projetos e Estudos em áreas isoladas.

16 MITIGAÇÃO DE VANDALISMO Soluções para projeto de estações autônomas de monitoramento geotécnico Ambiente On site Estação Exposta Ambiente Semi-Remoto Estação Semi-Enterrada Ambiente Remoto Estação Embutida e Camuflada

17 MITIGAÇÃO DE VANDALISMO

18 GERENCIAMENTO DE DADOS

19 COMPARAÇÃO TECNOLOGIAS Piezo-resistivo Substituição de sensor sem necessidade de alteração de parâmetros de calibração no sistema; Sistema compatível com sistema industrial, conexão direta com o PIMS; Área de automação de usina Vale familiarizada com sistema, facilidade de manutenção; Montagem de componentes com padrão industrial; Leitura em tempo real, display local; Equipe especializada em instrumentação e sistemas industriais; Possibilidade de gerenciamento de ativos e segurança de dados WirelessHart. Vantagens Corda Vibrante Tecnologia consolidada (standard mundial); Durabilidade e estabilidade ao longo do tempo comprovados; Tecnologia mais disseminada na Engenharia Geotécnica, facilidade de configuração; Abrangência maior de sensores geotécnicos (Inclinômetro, Medidor de Recalque, etc.); Possibilidade de instalação direto na estrutura, transmissão de sinal através de cabos longos; Equipe especializada em instrumentação Geotécnica; Estabilidade comprovada em ambiente grauteado (preenchimento de furos de sondagem profundos).

20 COMPARAÇÃO CUSTO/INSTRUMENTO Piezo-resistivo Média ,23 R$/PZ Corda Vibrante Cabo Média ,68 R$/PZ Wireless Média ,59 R$/PZ Custo equivalente entre as tecnologias; Corda Vibrante: Sistema wireless não apresenta redução significativa no custo em barragens de porte pequeno e médio; Tendência de redução de custo ao longo do tempo devido ao aproveitamento da infraestrutura já instalada (Estações repetidoras, estações de monitoramento como ponto de apoio, estação receptora, softwares, etc.).

21 LIÇÕES APRENDIDAS E BENEFÍCIOS INCORPORADOS Desafios na integração com a TI (normas de segurança da empresa); Necessário recursos físicos e humanos para manutenção, caso contrário, a instrumentação automatizada está fadada ao fracasso; Dinamismo de tecnologias, desafios de estabelecer padrões devido a rápida evolução, desafio para compatibilização de diferentes tecnologias (barreiras de integração, necessidade de adaptadores de conversão, integração, etc); Desafios na evolução dos As Built, projetos, manuais de operação e manutenção que necessitam evoluir; Necessidade de maiores discussões em relação ao sistema de aterramento mais eficiente; O recebimento de dados em tempo real possibilita tomadas de decisão mais rápidas, auxílio dos níveis de controle configuráveis no sistema, verificação imediata de leituras com variação acima do normal; A proteção contra vandalismo é um grande desafio; Necessária manutenção de possibilidade de realização de leituras manuais em caso de perda de sinal do sensor, sistema de aquisição ou sistema de transmissão; Utilização de soluções e equipamentos consolidados no mercado aliados a uma equipe experiente é essencial para o sucesso; A automatização da instrumentação não substitui as inspeções visuais de campo; A automatização da instrumentação possibilita menor gasto de tempo com monitoramento manual, aumentando tempo disponível para inspeções visuais e análise de dados; Viabilização da incorporação de instrumentos relacionados à propósitos de monitoramento que demandam tempo de resposta rápido; Viabilização de programas de monitoramento mais eficientes, otimizando projeto de novas estruturas de características semelhantes; Solução a crescente demanda de monitoramento geotécnico; Redução da exposição das equipes de Geotecnia aos riscos inerentes às atividades de campo e trajeto; As várias tecnologias utilizadas atenderam de forma satisfatória ao escopo de monitoramento.