RESUMO
Este artigo demonstra a viabilidade técnica do emprego de tubulações em Ferro Dúctil (FD) em uma linha de transporte de rejeito de minério de ferro com pressões de 4,8 MPa, utilizando tubos da linha mineral com classe de espessura K9 e K10, diâmetro nominal de 350 mm, extensão de 9 km, na antiga mineradora Ferrous Resources, atual Vale Viga no município de Congonhas estado de Minas Gerais – MG. A linha mineral possui revestimento interno em argamassa com cimento aluminoso (CAL) com espessura superior ao padrão, resultando no aumento da durabilidade frente ao processo abrasivo característico desta aplicação. Foi desenvolvido também um sistema anti-vórtice para atuar na transição ponta e bolsa das juntas elásticas.
Autores: Daniel Silas, Fernando Puell, Tiago Leite, Washington Cardoso e Victor Faria Engenheiros da Saint-Gobain Canalização.
CONTEXTO
Em maio de 2014, a Saint-Gobain Canalização juntamente com a Mineradora Ferrous, iniciaram testes para aplicação do FD (ferro dúctil) em uma linha de rejeito contemplando 36 metros de tubos DN300 revestidos internamente em CAL, com espessura mínima de revestimento de 15mm. Os tubos fornecidos são do tipo ponta e bolsa (junta elástica) com travamento externo (JTE), instalados na saída do processo (mais abrasivo) e interligado a um seguimento em Aço Carbono e na sequência com um trecho em Polietileno de Alta Densidade – PEAD.
Após 12 meses de operação foi realizada a primeira inspeção na linha de teste, onde foi possível observar excelentes resultados e a ótima performance dos tubos de Ferro Dúctil. Todos os resultados e pareceres técnicos foram devidamente documentados em um relatório elaborado pela Mineradora Ferrous. Com o sucesso do teste decorrente da durabilidade frente aos outros materiais instalados na mesma linha, e mesmo com a especificação inicial em aço carbono, foram analisados os aspectos financeiros, considerando a relação custo benefício no que tange a implantação e operação, resultando na implementação dos tubos de FD para o projeto do rejeitoduto denominado Viga 4, cuja extensão é de 9 Km DN 350, operando com uma pressão aproximada de 4,8 Mpa.
Para estimar a vida útil da tubulação do novo projeto, utilizamos, uma formula geral empírica para o desgaste, o teste mencionado acima contemplando 36 metros, ensaio de abrasividade da polpa realizado pela UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto e relatórios de inspeção realizados pela Ferrous.
Já com a linha implantada foram realizadas duas inspeções, sendo a primeira após dois meses, e a segunda há dezesseis meses após início das operações, onde foi possível constatar a longa durabilidade e resistência dos tubos de Ferro Dúctil, através dos resultados demonstrados neste documento.
Centro de pesquisa Saint-Gobain
A Saint-Gobain Canalização através de seu centro de pesquisa em Pont-A-Mousson – França estuda há muitos anos o fenômeno da abrasão, como pode ser visto na figura seguinte, já nos anos 80 usava-se um loop para estudar e conhecer o fenômeno da abrasão em diversos revestimentos. No ano de 2013 foi construído um novo loop para o estudo da abrasão em novos revestimentos e comparativos entre materiais. No centro de pesquisa da PAM também existem equipamentos para verificação da abrasividade das polpas, onde determinamos o N do número de Miller, o que nos permite correlacionar a abrasividade da polpa e a durabilidade do revestimento.
Dispositivo anti-vórtice
A Saint-Gobain Canalização desenvolveu um dispositivo anti-vórtice em elastômero para evitar a abrasão concentrada na região de transição ponta e bolsa.
Estimativa de Vida útil da Tubulação Mineral para o teste na Ferrous
Para a estimativa do desgaste interno devido à abrasão, a Saint-Gobain utilizou o método de Miller, de acordo com os dados operacionais enviados pela Ferrous. Como o número de Miller para a polpa ainda não havia sido obtido em laboratório, optamos pelo maior valor encontrado na literatura para polpa com minério de ferro, que é o N=450. Os resultados apontaram uma vida útil estimada do revestimento interno de 2 anos, conforme Tabela 1 abaixo:
Em maio de 2015, após um ano do início do teste, a equipe de manutenção da Ferrous realizou a primeira inspeção para verificar o desgaste das tubulações instaladas. Após um ano de operação as tubulações apresentaram o seguinte resultado, 5 mm para a tubulação de aço, 3 mm para a tubulação de PEAD e 1 mm para a tubulação de Ferro Dúctil. A análise realizada pela UFOP apresentou um índice de Miller para polpa de N=266, portanto menos agressivo que o adotado pela SGC para estimar a vida útil da tubulação. Em setembro de 2016, 28 meses após a instalação da tubulação de ferro dúctil foi finalizado o teste no rejeitoduto. A vida útil real da tubulação (28 meses) superou a expectativa de durabilidade do início do teste estimada em 24 meses.
PROJETO VIGA 4
Antes mesmo do fim do teste, a tubulação de Ferro Fundido Dúctil revestida em CAL se mostrava um material com melhor custo benefício em relação ao aço carbono sem revestimento, ou seja, possuía menor desgaste da superfície interna com preço equivalente. Com isso, a Ferrous solicitou a empresa projetista um trade-off contemplando o Ferro Dúctil e Aço carbono para o Projeto Viga 4, adotando como premissas o DN350mm, extensão de 9,0 km, pressão máxima de serviço de 50 kgf/cm2, vazão de 790 m3/h, velocidade de operação de 2,5 m/s, densidade da polpa de 1,29 t/m3. Apresentamos abaixo o perfil do terreno e as características da tubulação por trecho, na tabela 2 a estimativa de vida útil para o projeto.
Nota: Para este projeto especificamente, devido a pressões elevadas, a JTE foi utilizada somente para evitar a desmontagem da tubulação instalada sobre o solo, não como sistema de travamento.
Em função das características do material, todo o projeto do rejeitoduto foi implantado sem equipamentos de proteção contra transientes, uma vez que as pressões máximas de serviço, calculadas no projeto executivo, não ultrapassam os limites máximos dos tubos para pressões transientes. Além disso, tubos de Ferro Dúctil, material semirrígido, dispensam a necessidade de controle de compactação para a maioria dos solos e diâmetros, por serem capazes de suportar eventuais recalques, diferentemente dos tubos de Aço, que por serem flexíveis, exigem compactação do terreno, além do berço de areia, o que encarece consideravelmente o custo de assentamento enterrado da tubulação, segundo manual M11 de boas práticas para instalação de tubos em Aço. Abaixo apresentamos os tipos de valas característicos para os dois produtos e na sequência a especificação técnica do tubo de ferro dúctil DN 350.
A análise do Trade-Off demonstrou que o tubo de ferro dúctil DN 350 revestido internamente com CAL tem a melhor relação custo benefício quando comparado ao Aço, tendo sido adotado como o principal material para aplicação no Projeto Viga 4. A operação da linha iniciou-se em 12/06/2017 e estima-se que a economia gerada foi de, aproximadamente, R$ 1.000.000,00 por mês, uma vez que sem o sistema implantado, todo o transporte de rejeito era realizado através de caminhões caçamba, gerando alto custo e demais transtornos operacionais.
Travessias Aéreas
Outro fator determinante na escolha pelo Ferro Fundido, está relacionado ao fato do material oferecer uma solução simples, segura e econômica quando o assunto é a travessia aérea sobre rios, córregos, vias, etc. Ao longo de todo o traçado da tubulação, em função das características do terreno, diversas travessias aéreas foram implantadas de forma a vencer cada um dos vãos. As mais importantes travessias aéreas do rejeitoduto foram executadas utilizando os tubos de Ferro Dúctil, isto é, as travessias sobre o Córrego Sem Nome, Ferrovia da MRS e Rio Paraopebas. Vale ressaltar que em nenhuma destas travessias temos qualquer tipo de contenção em caso de falha do material, reafirmando a confiança da empresa responsável pelo projeto na segurança do material especificado.
Apoio Técnico ao Projeto Viga 4 – Ferrous
A Saint-Gobain Canalização disponibilizou suporte técnico em todas as fases do Projeto Viga 4, desde sua concepção até a entrada em operação através de auxílio na confecção do trade-off entre FD e Aço, estudos de Traçado, visando eliminar conexões através da deflexão angular da bolsa de cada tubo, otimizando o projeto e consequentemente reduzindo custos desnecessários, dimensionamento do bloco de ancoragem e da Junta Travada Externa, para ancoragem de conexões, proposta técnica referente às características do material, estimativa de vida útil do revestimento interno e formas de assentamento da tubulação, dimensionamento de vala com presença de carga rodante, verificação da estabilidade da tubulação de ferro dúctil com uso de solo-cimento em trechos de alta declividade.
Inspeção da Tubulação após 16 meses de operação do Rejeitoduto Viga 4
Em outubro de 2018, após 16 meses de operação foram realizadas as inspeções no rejeitoduto. A Saint-Gobain Canalização juntamente com a equipe da Mineradora Ferrous, verificou o comportamento da tubulação de Ferro dúctil DN 350 em relação ao desgaste do revestimento interno em argamassa de CAL. O local que reuniu as condições necessárias para a abertura da linha foi o Dique Bichento, localizado a aproximadamente 2,5km de distância do espessador.
CONCLUSÕES:
1) Vencidas todas as etapas de realização do teste, projeto, instalação e operação do Rejeitoduto Viga 4, que opera desde maio de 2017 (4 anos) o tubo da Linha mineral fabricado em ferro dúctil pela Saint-Gobain Canalização apresenta características técnicas que o credencia para a aplicação em linhas de rejeito, além de apresentar uma relação custo benefício superior as opções comumente utilizadas nesse tipo de aplicação (Aço e PEAD);
2) Ficou evidente que o custo global (material, instalação, manutenção e vida útil) é inferior a outros materiais como Aço e PEAD. Após a realização das inspeções técnicas nas tubulações instaladas sobre os locais Top-Soil e Dique Bichento foi possível concluir que os tubos analisados apresentaram um desgaste mínimo do revestimento interno em CAL.
3) Possui um revestimento interno altamente resistente à abrasão, possibilitando, portanto, uma maior vida útil do material, gerando economia, segurança e menos manutenção ao sistema;
4) Apresenta dispositivo anti-vórtice, para eliminar a descontinuidade na região ponta-bolsa, impedindo assim um desgaste acentuado devido à abrasão, sendo, portanto, mais um fator a contribuir para a durabilidade do material onde em outros materiais a solda pode ser um agente formador de vórtice reduzindo a vida útil da tubulação.
5) Material descontinuado pelas juntas elásticas que absorvem pequenas movimentações e dilatação de cada tubo, dispensa estudo de flexibilidade. O revestimento interno é perfeitamente aderido e diferentemente de outros tipos de revestimento, não sofre cortes e desplacamentos que levam ao entupimento da tubulação.
6) O Serviço Técnico proporcionado pela Saint-Gobain Canalização, com o acompanhamento e apoio desde a concepção do projeto até a entrada em operação, garantindo também assistência técnica permanente, mesmo após o fim da garantia do produto, são nossos diferenciais e proporcionam segurança ao cliente final quanto à utilização do Ferro Dúctil para aplicações em linhas de rejeito. Para esse tipo de aplicação, a Saint-Gobain é capaz de auxiliar o cliente em estudos complementares, como por exemplo, a determinação do potencial abrasivo da polpa pertinente ao projeto, através de parcerias com pesquisadores e a utilização do nosso centro de pesquisa na França.
