Investigação de parâmetros de bombeamento e reologia para fluxo de polpas de minério de ferro contendo partículas grossas

Resumo

O dimensionamento de sistemas de transporte hidráulico de polpas minerais exige especial atenção à medida que partículas grossas (diâmetro>100 µm) apresentam um comportamento de sedimentação no interior dos dutos. Dentro desta situação, a determinação experimental de parâmetros como a velocidade de transporte da polpa mineral e o gradiente de pressão hidráulica assume importância fundamental para seu correto dimensionamento e/ou operação. Dada a complexidade de escoamentos multifásicos, em especial, polpas minerais contendo partículas grossas, são comuns o uso de dados empíricos para a determinação de tais parâmetros. A energia consumida em sistemas de bombeamento de polpa mineral depende do volume de polpa a ser transportado, da carga a ser vencida e da perda de carga nas tubulações. Isto é função principalmente da viscosidade da polpa, assunto ainda não totalmente dominado do ponto de vista teórico e tecnológico, dentro da indústria mineral. O desgaste das tubulações, rotores e revestimentos de bombas é outra consideração de enorme importância tanto prática quanto econômica. O Brasil tem uma das maiores redes de minerodutos do mundo e novos minerodutos estão sendo projetados e implantados. O Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo da Escola Politécnica da USP (PMI) dispõe de uma unidade experimental de bombeamento de polpas minerais (test loop) com diâmetro de tubos (D) de 50mm já instalada e instrumentada (transdutores de pressão, medidor magnético de vazão, inversores de frequência e sistema de aquisição de dados), localizada no Laboratório de Fenômenos de Transporte e Química de Interface (LFQI). Este projeto de pesquisa objetiva a construção de uma segunda unidade experimental, igualmente instrumentada e com diâmetros de dutos (D) de 75 mm e 100 mm, a ser instalada no mesmo parque tecnológico, para a obtenção de parâmetros experimentais de velocidade e gradiente de pressão para polpas minerais de minério de ferro. Estudos sobre a caracterização reológica destas polpas em função da concentração volumétrica de sólidos e forma das partículas bem como desgaste em dutos devido à abrasão/corrosão também fazem parte do escopo das atividades de pesquisa deste projeto. Objetiva-se, também, a implementação da modelagem matemática de escoamento de polpa com o apoio da fluidodinâmica computacional - CFD, para a previsão deste escoamento com base nos modelos bifásicos teóricos. Os resultados experimentais obtidos na instalação serão utilizados para o estudo de validação dessa modelagem e simulação computacional para parâmetros de velocidade de transporte, gradiente de pressão e distribuição axial de sólidos no interior dos dutos. Esta segunda unidade experimental de bombeamento (test loop) se mostra de fundamental importância, já que o efeito do diâmetro dos dutos se apresenta como um dos fatores preponderantes no correto dimensionamento e operação de tais sistemas. Dada a relevância do assunto tratado, a Vale S/A, através do Instituto Tecnológico Vale (ITV), apresentará uma contra partida de fomento nesta proposta de projeto de magnitude de R$100.000,00, para aplicação em análises laboratoriais, serviços de terceiros, custos com ensaios de corrosão/abrasão, viagens, etc., além de ceder amostras de minério de ferro a serem estudadas, com granulometria de partículas acima de 100µm. Os resultados esperados permitirão caracterizar e entender mecanismos fenomenológicos no transporte hidráulico de polpas minerais de minério de ferro, uma importante commodity mineral brasileira. Este projeto, portanto permitirá um maior entendimento do efeito do diâmetro dos dutos em parâmetros relacionados com o bombeamento de polpas minerais com forte embasamento experimental e com uma aplicação da técnica de CFD visando a simulação e modelagem do escoamento com validação através de resultados obtidos experimentalmente nas unidades, de modo a convergir estudos em laboratório com a realidade industrial. (AU)