JKR Engenharia

Na JKR Engenharia, entendemos que a inovação é a chave para a competitividade na indústria brasileira e sul-americana. A simulação computacional avançada, em particular o Método de Elementos Discretos (DEM), tem se consolidado como uma ferramenta indispensável para desvendar e otimizar processos complexos que envolvem o comportamento de materiais granulares. Esta tecnologia nos permite visualizar e analisar interações microscópicas, oferecendo insights que seriam inatingíveis por métodos tradicionais. Exploraremos como a aplicação do DEM tem revolucionado áreas como o projeto e operação de moinhos, a otimização de peneiras vibratórias e a compreensão do comportamento de leitos fluidizados, contribuindo diretamente para o aumento da eficiência e redução de custos operacionais.

eficiência energética de moinhos

No setor de mineração, a moagem é um processo fundamental e de alto consumo energético. Através de simulações DEM, é possível analisar o ambiente de cominuição dentro dos moinhos, detalhando a dissipação total de energia e o impacto das colisões no material. Estudos como o abordado em Estimating energy in grinding using DEM modelling, de Weerasekara, et al., demonstram que a distribuição granulométrica da carga no moinho influencia fortemente o consumo de energia e a forma como ela é distribuída. Partículas menores tendem a absorver mais energia, enquanto as maiores absorvem menos, uma variação que depende significativamente do tamanho do moinho. Além disso, a simulação permite investigar o desgaste dos revestimentos (liners), um fator crítico para a manutenção e eficiência do equipamento. No estudo de Boemer e Ponthot intitulado A generic wear prediction procedure based on the discrete element method for ball mill liners in the cement industry, análises com diferentes perfis de revestimento (novos, semi-usados e desgastados) revelam como o desgaste afeta os espectros de energia das colisões, impactando diretamente a eficiência de moagem. Compreender esses padrões energéticos, como as maiores energias de impacto na região do “toe” (ponta do leito) e as energias tangenciais elevadas na zona de cisalhamento, é crucial para otimizar o projeto e a operação, maximizando a eficiência de cominuição e minimizando o consumo de energia. Por exemplo, “o DEM é capaz de prever o movimento da carga, o consumo de energia, a segregação e o desgaste em moinhos de tambor”, como afirmou Weerasekara, et al..

eficiência de separação em peneiramento

As peneiras vibratórias são equipamentos vitais para a classificação de materiais. A simulação DEM oferece uma visão aprofundada do seu funcionamento, especialmente em equipamentos complexos como as peneiras banana de duplo deck, frequentemente utilizadas na separação de minério de ferro e carvão, conforme detalhado em Separation performance of double deck banana screens– Part 1: Flow and separation for different accelerations, trabalho clássico nesse tipo de estudo publicado por Cleary, et. al.. A capacidade de simular o fluxo de partículas sob diferentes acelerações de pico (como 14g, 6g e 5g) revela como a velocidade do fluxo e a densidade do leito impactam a estratificação e a passagem das partículas pelos furos. Identificar o equilíbrio ideal entre a agitação do leito (favorecida por maiores acelerações) e a oportunidade de passagem (melhorada por menores velocidades de fluxo) é fundamental para a otimização da separação. “Para uma separação ótima na peneira, deve haver um equilíbrio entre estes dois componentes de separação.”. Complementarmente, um estudo focado na penetração de partículas em peneiras vibratórias lineares, explorado em A-study-of-particles-penetration-in-sieving-process-on-a-linear-vibrating-screen, publicado por Li e Tong, utilizou o DEM para entender a relação entre os parâmetros de vibração e a probabilidade de penetração. Foi demonstrado que amplitudes e frequências específicas, como 3.0 mm e 25 Hz respectivamente, podem otimizar a passagem de material, provendo diretrizes claras para o projeto e ajuste de operação desses equipamentos. O estudo conclui que “para obter a probabilidade de penetração ideal para os materiais, a amplitude e a frequência devem ser escolhidas para serem cerca de 3.0 mm e 25 Hz, respectivamente.”. Claro que essa afirmação é um ponto ótimo para o estudo de caso dos autores, porém, com o DEM podemos modelar e encontrar o perfil ótimo de operação em qualquer processo.

caracterização e estudo de leitos fluidizados

Outra fronteira tecnológica na simulação computacional é o acoplamento do Método de Elementos Discretos (DEM) com a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), conhecido como DEM-CFD. Essa abordagem é essencial para modelar sistemas bifásicos densos, como os leitos fluidizados de material granular, onde a interação entre o gás e as partículas é complexa e determinante para o desempenho do processo. Simulações DEM-CFD, conforme discutido em DEM-CFD-simulation-of-a-dense-fluidized-bed_-Wall-boundary-and particle size effects, publicado por Gupta, et.al., têm se mostrado eficazes na previsão da velocidade mínima de fluidização e na análise das flutuações de pressão, além de reproduzir qualitativamente o padrão de circulação das partículas dentro do leito (ascensão no centro e descida próximo às paredes). Os estudos revelam a importância crítica da interação partícula-parede, demonstrando que a modelagem precisa da superfície da parede, por exemplo, com partículas fixas, pode melhorar significativamente a acurácia das previsões de velocidade e temperatura granular, oferecendo uma compreensão mais profunda da dinâmica do processo e possibilitando otimizações para a eficiência operacional. “A interação partícula-parede domina a dinâmica nas camadas limite de cerca de 5 diâmetros de partícula.”.

Conclusão

Na JKR Engenharia, aplicamos essa expertise em simulação computacional avançada, com foco em DEM, FEA, CFD, vibrações mecânicas e inteligência artificial, para atender aos desafios mais complexos da indústria de mineração brasileira. Com mais de 20 anos de experiência no setor e utilizando softwares de última geração, entregamos soluções customizadas que aumentam a eficiência, reduzem custos e melhoram a performance de equipamentos críticos. Seja na otimização do transporte granular, na análise preditiva de desgaste de componentes, na melhoria da integridade estrutural ou na reformulação de controles de automação para recuperação de produção, nossa precisão de engenharia se traduz em resultados tangíveis para nossos clientes. Nosso compromisso é com a inovação tecnológica que impulsiona o mercado industrial brasileiro e da América do Sul.

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