AVALIAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DO CIRCUITO DE MOAGEM E SEPARAÇÃO DO CIMENTO ESTUDO DE CASO

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1 AVALIAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DO CIRCUITO DE MOAGEM E SEPARAÇÃO DO CIMENTO ESTUDO DE CASO M. C. R. BEHAR1, V. M. SILVA2, V. S. MADEIRA¹, E. MEDEIROS¹, R.E.L.ABREU¹ 1 Universidade Federal da Paraíba, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química 2 Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Engenharia Química para contato: marianacrbehar@hotmail.com RESUMO O cimento é o segundo material mais consumido no mundo, o que torna necessária a ampliação da capacidade produtiva analisando principalmente a eficiência e produtividade dos equipamentos utilizados. Este trabalho foi realizado em uma fabrica de cimentos na cidade de Alhandra PB, no circuito de moagem e separação do cimento. O objetivo foi avaliar e melhorar o desempenho dessa etapa, devido à dificuldade encontrada em manter a produção constante e com a qualidade desejada. Para isso foram feitas análises de amostras coletadas nas correntes do separador e no interior do moinho, tornando possível a construção da curva de Tromp para avaliar o comportamento do sistema. Os resultados mostraram uma baixa eficiência no separador, que resultava na baixa e variável produção, sendo necessário estudar as causas deste problema para implementar as soluções cabíveis. Após as mudanças, as análises foram repetidas e os resultados foram satisfatórios em todos os pontos avaliados. Destaca-se que houve a redução no consumo energético do circuito o que significou numa economia de R$ reais/mês. 1. INTRODUÇÃO A moagem do cimento é o segundo setor que mais consome energia em uma fábrica de cimento. Ela funciona através de um circuito fechado entre o moinho de bolas e o separador aerodinâmico que deve promover a dispersão uniforme das partículas em um fluxo de ar ascendente e separá-las em duas correntes, grossos (produto que retorna ao moinho) e finos (produto final). Define-se como fator de circulação c o número de vezes que, em média, uma partícula retorna para a moagem até atingir o tamanho desejado (ou finura) (SÂNCHEZ, 1990). A finura do cimento é determinada como superfície específica (ou Blaine) e seu valor depende do desempenho do processo de moagem e classificação. A finura influencia diretamente na resistência do cimento, quanto maior o Blaine, ou seja, mais fino o cimento, maior a resistência do mesmo.

2 A eficiência e produtividade da moagem são afetadas por diversos fatores como as condições operacionais do separador e do moinho e aspectos físico-químicos da matéria prima a ser moída. (SELLITTO, 2002). O desempenho dos separadores dinâmicos está entre os principais parâmetros avaliados na moagem do cimento, para isso utiliza-se a curva de Tromp, que mostra a probabilidade, ou grau de seletividade (T), de um determinado tamanho de partícula, que entra no separador, em ir para a corrente de grossos. Seu estudo pode identificar problemas, tanto na separação, quanto na moagem do cimento. Um classificador com baixo desempenho resulta em um maior consumo energético, baixa produção e alta carga de retorno para o moinho. Vários parâmetros influenciam na eficiência destes equipamentos, destacando-se: a umidade do material, o fluxo de ar, a velocidade do rotor no separador, o desgaste dos corpos moedores, a taxa de alimentação, o tamanho dos grãos na saída do moinho e erros no projeto do equipamento (TAVARES, 2007). Este trabalho foi desenvolvido em uma fábrica de cimentos situada em Alhandra - PB. O objetivo foi estudar e avaliar o circuito de moagem e separação do cimento, dando ênfase no separador aerodinâmico de 3ª geração (tipo SEPAX) utilizado na planta. Pretendia-se identificar e solucionar as causas dos indesejáveis e constantes cortes na alimentação do moinho haja vista que isso limitava o aumento da produção. Além disso, o trabalho teve como objetivo ajustar os valores do Blaine (superfície específica, ou finura do cimento), que situavam-se entre 4150 e 4470 cm²/g, fora do padrão estabelecido pela fábrica de 3900 a 4100 cm²/g. 2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL Foram coletadas amostras no interior do moinho e no circuito do separador, nos pontos assinalados na Figura 1. Durante as coletas o moinho permanecia há 4 horas com alimentação constante, e uma produção de 60 t/h de cimento CPII-Z (cimento com adição de material pozolânico). Figura 1. Sistema de moagem utilizado na fábrica de cimentos. Amostras coletadas no separador: Amostra 1=Finos; Amostra 2=Alimentação; Amostra 3=Retorno 1; Amostra 4=Retorno 2.

3 Do interior do moinho foram retiradas amostras de aproximadamente 3 kg nos pontos assinalados na figura. Essas amostras passaram por peneiramento mecânico. Uma moagem eficiente requer um percentual retido na peneira de 2,5mm < 5%, para a 1ª câmara, e menos de 20% retido na peneira de 0,15 mm para a segunda câmara. No circuito do separador foram retiradas simultaneamente amostras com cerca de 2 kg nos 4 pontos assinalados da Figura 1. As amostras foram caracterizadas em granulômetro laser. Foi medida a pressão de saída (p) do separador e a potência do ventilador (Pt) para calcular o fluxo de ar através da Equação (1). (1) A razão ar/material utilizada no separador aerodinâmico de 3ª geração (tipo SEPAX) deve situar-se em 2,0 m³/kg. Com os dados da distribuição granulometria a laser a curva de Tromp, T(fator de Tromp) x Dm (diâmetro médio), é construída. Onde T é calculado através das equações 2, 3 e 4, e Dm através da Equação 5. É possível calcular, paralelamente, o fator de circulação (c), a eficiência de separação (E) e ingremidade (K), através das equações 6, 7 e 8. (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Sendo: F: Fluxo de finos na saída do separador; A: Fluxo de alimentação do separador; f: Resíduo da peneira dos finos do separador (%); a; Resíduo da peneira da alimentação do separador (%); g: Resíduo da peneira do retorno do separador (%); 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Distribuição Granulométrica do Circuito do Separador As Figuras 2, 3, 4 e 5 apresentam as distribuições granulométricas obtidas nas quatro correntes do separador. A Tabela 1 resume os dados obtidos para cada distribuição granulométrica e as observações pertinentes a cada caso.

4 Q3(Valores acumulativos)% Q3 (Valores acumulativos) % Diâmetro (µm) Diâmetro (µm) Diâmetro (µm) Q3 (Valores acumulativos) % Q3 (Valores aculativos) % Figura 2. Granulometria da Alimentação do Figura 3. Granulometria do Retorno 1 do Separador. Separador. Destacando os Superfinos. Diâmetro (µm) Figura 4.Granulometria do Retorno 2 do Figura 5.Granulometria do Produto Final do Separador (finos). Separador. Tabela 1. Dados e observações para cada distribuição granulométrica. Corrente Alimentação, A Retorno 1 (inferior) Retorno 2 (superior) Finos, F (1) Dm ( m)(1) 28,75 21,81 38,88 12,13 Observação Distribuição bastante heterogênea. Grande quantidade de superfinos (com diâmetro de partículas entre 0,1 à 1 μm). Distribuição bastante heterogênea e tamanho de partículas maior do que o retorno 1 (não era o esperado). Produto bastante fino. Diâmetro médio calculado com base na distribuição em volume. A medição de Fluxo indicou ,5 m³/h, com uma produção de 68Ton/h tem-se uma relação ar/material de 2,41 m³/kg. 3.2 Curva de Tromp A Figura 6 mostra a Curva de Tromp do sistema e a Tabela 2 os resultados dos parâmetros obtidos. Destaca-se o elevado valor do By-Pass (26,05%), a alta taxa de circulação (c) e baixa eficiência de separação (47,9%).

5 100 Probabilidade (%) Tabela 2. Parâmetros e resultados. T(%) x Diâmetro da malha ,0 8,0 32,0 128,0 Diâmetro de Malha Parâmetro By-Pass Fator de Circulação(c) Diâmetro de Corte (μm) Ingremidade Eficiência(%) (1) Resultado 26,05 2,66 Referência(1) 5 15% < 3, ,18 47,9 0,5 0, % Parâmetros operacionais utilizados para o separador em questão (TAVARES, 2007). Figura 6. Curva de Tromp As amostras coletadas no interior do moinho indicaram que logo no ponto 2 da primeira câmara (M2) e no ponto 1 da segunda câmara (M1), as especificações para a eficiência da moagem já são atingidas; com 2,68% de material retido na peneira de 2,5 mm, para a primeira câmara e 14,12% na peneira de 0,15 mm para a segunda câmara.os resultados dos demais parâmetros que influênciam na separação são apresentados na Tabela 3. Tabela 3. Valores encontrados e valores ideais para as variáveis de operação do separador. Parâmetro Umidade Blaine Rotação do separador Valor encontrado 0,26 % cm²/g rpm Valor ideal Até 0,8% cm²/g Varia de acordo com a finura desejada 3.3 Avaliação dos Resultados e Diagnóstico do Sistema As análises granulométricas e a curva de Tromp mostraram um retorno de grossos para o moinho com grande quantidade de partículas finas e superfinas, que deveriam ter sido arrastadas para os produtos. Isto diminui a eficiência do separador, aumenta o fator de circulação e o Blaine (em função da sobre moagem) (Tabela 2). A granulometria do moinho indicou uma moagem eficiente já nos primeiros metros da primeira e segunda câmara, descartando problemas na moagem. A razão ar/material estava dentro do especificado e a umidade do material se mantinha abaixo de 1%. A rotação do separador estava mais baixa do que o especificado para o equipamento, justamente, na intenção de diminuir o retorno. Restava avaliar a planta do separador e detectar possíveis deficiências mecânicas no equipamento. Neste caso foi constatado que não havia um sistema para a dispersão/distribuição do sólido na entrada do separador o que facilitaria o arraste das partículas sólidas pela corrente de ar. Sendo assim, as partículas finas ficavam agregadas as grossas, conseguindo vencer a corrente de ar e retornando para o moinho.

6 3.4 Solução Proposta A fim de melhorar a dispersão das partículas sólidas no separador, foi projetada, construída e instalada uma placa de espalhamento, colocada abaixo da entrada da alimentação (Figura 7). Após a instalação da placa uma nova coleta e análise granulométrica foi realizada. Figura 7. À esquerda o projeto da placa de espalhamento e sua localização na tubulação do separador. À direita a placa de espalhamento real após a instalação. 3.5 Resultados Após Implantação da Melhoria As Figuras de 8 à 11 apresentam as distribuições granulométricas das correntes do separador antes e após a instalação da placa. É possível constatar que o resultado foi bastante satisfatório, pois o diâmetro médio das partículas presentes no retorno 1 e 2, aumentou; não são mais encontradas, em grande quantidade, partículas finas e superfinas no retorno 1; as partículas presentes no retorno 1 são maiores do que aquelas presentes no retorno 2 (55,43 contra 47,02 m), e, finalmente, o tamanho médio do produto obtido aumentou de 12,13 para 16,43 m. Dmédio=28,75 m Dmédio=27,02 m Figura 8. Granulometria da alimentação antes e depois da placa de espalhamento. Dmédio=21,81 m Dmédio=55,43 m Figura 9. Granulometria do retorno 1 antes e depois da placa de espalhamento.

7 Dmédio=38,88 m Dmédio=47,02 m Figura 10. Granulometria do retorno 2 antes e depois da placa de espalhamento. Dmédio=12,13 m Dmédio=16,43 m Figura 11. Granulometria do produto final antes e depois da placa de espalhamento. A Figura 12 é referente a Curva de Tromp encontrada após a instalação da placa e a Tabela 4 os resultados extraídos dela. T x Diâmetro da malha 120,0 Probabilidade (%) 100,0 80,0 60,0 40,0 16,94 20,0 0,0 2,0 8,0 32,0 Diâmetro de Malha (µm) 128,0 Figura 12. Curva de Tromp 2ª Coleta. Tabela 4. Resultados dos parâmetros obtidos através da construção da curva de Tromp. Parâmetro ANTES DEPOIS Referência(1) By-Pass 26,05 16, % C 2,66 1,63 < 3,00 Diâmetro de 26 μm 50 μm Corte Ingremidade 0,18 0,33 0,5 0,6 Eficiência 47,9% 71,56% 75 85% Blaine (1) Parâmetros operacionais utilizados para o separador em questão. Observa-se um aumento na ingremidade e uma queda de 9,11% no by-pass, o que indica uma melhora na separação do sistema. O fator de circulação diminuiu bastante e o Blaine alcançou a faixa desejada. Destaca-se ainda um aumento considerável na eficiência da separação (de 47,9% para 71,6%). A Figura 13 mostra a influência da instalação da placa no aumento da produção, de 60 t/h para 77 t/h, a qual se mantém constante por longos períodos de tempo.

8 (a) (b ) Figura 13. Comparativo da Alimentação do moinho (a) antes e (b)depois da instalação da placa. Foi realizado um levantamento dos valores de potência e alimentação do moinho e separador durante alguns dias de operação antes e após a instalação da placa, sendo possível calcular o consumo específico dos dois equipamentos. Após a instalação da placa para o moinho obteve-se uma redução de 3,6 kwh/t e para o separador 0,127 kwh/t, totalizando uma economia de R$ reais/mês. 4 CONCLUSÃO Com um estudo detalhado da planta do equipamento foi notada a ausência da placa de dispersão e a solução proposta e executada foi a instalação da placa de dispersão. Após a instalação da placa, os estudos foram repetidos e o trabalho se mostrou satisfatório em todos os pontos avaliados, visto que gerou melhorias no que diz respeito à qualidade, produção e economia. REFERÊNCIAS SANCHEZ, ISIDRO; MATSUSHITA, KOJI; PONS, FRANCISCO. Moagem e Moinhos, São Paulo,1990 SELLITTO, M.A. Inteligência Artificial: Uma Aplicação em uma Indústria de Processo. Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Vale do Rio dos Sinos, São Leopoldo, RS. Gestão&Produção v.9, n.3, p , dez TAVARES, L.M., REIKDAL, C.E.,ALMEIDA S.L. Influência de variáveis operacionais no desempenho de classificador aerodinâmico (Influence of operating variables on the performance of a dynamic air classifier). Laboratório de Tecnologia Mineral, Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, COPPE/UFRJ e Centro de Tecnologia Mineral, CETEM/MCT. REM: Revista Escola Minas, Ouro Preto, 60(3): , jul. set Powered by TCPDF (