Simulação digital da planta de filtragem da unidade Guariba otimiza operação e reduz Capex

No cenário atual da mineração 4.0, o dimensionamento de ativos de capital (CAPEX) exige precisão para evitar tanto o subdimensionamento operacional quanto o desperdício de recursos por superdimensionamento. Historicamente, a etapa de filtragem da unidade Guariba, do Grupo J. Mendes, era planejada através de planilhas estáticas, que utilizavam médias de capacidade e não capturavam a dinâmica real da planta.

O desafio da equipe da mineradora, então, estava na incapacidade das ferramentas tradicionais em prever o impacto de eventos estocásticos, como a coincidência de falhas mecânicas (MTBF/MTTR), limpezas cíclicas de lonas e paradas preventivas simultâneas. Sem essa visibilidade, as estimativas preliminares indicavam a necessidade de 10 filtros de 120 m², um investimento vultoso e potencialmente desnecessário.

A equipe decidiu então, desenvolver um projeto para substituir a lógica estática por um modelo capaz de representar matematicamente a variabilidade operacional real antes da implantação física da planta.

SOLUÇÃO

Para obter dados mais precisos e evitar o direcionamento de recursos desnecessários, a equipe do Grupo J. Mendes desenvolveu a implementação de um modelo de simulação digital da planta de filtragem utilizando o software FlexSim v25.2. Diferente de uma planilha, o modelo de simulação de eventos discretos permitiu:

• Modelagem de incertezas: Introdução de distribuições probabilísticas (±10%) para vazões e tempos de ciclo.

• Lógica dinâmica de alocação: O software decide em tempo real qual filtro recebe a polpa, simulando o comportamento exato dos operadores e sistemas de controle.

• Simulação de falhas reais: Inserção de dados de confiabilidade (MTBF e MTTR), permitindo visualizar o que acontece com o nível dos tanques quando múltiplos filtros falham simultaneamente.

A lógica de funcionamento do modelo foi estruturada conforme as seguintes regras e critérios técnicos:

• Vazão dos filtros ajustável por TUF: A vazão individual dos filtros varia entre 140 m³/h e 160 m³/h, em função da Tonelada por Hora Filtrada por m² (TUF) atual. Caso a TUF individual fique abaixo da meta, o sistema automaticamente aumenta a vazão dos filtros, simulando um esforço para compensar a baixa eficiência.

• Distribuição da polpa (“primeiro disponível”): A alimentação de polpa nos filtros segue uma lógica de prioridade pelo recurso disponível mais próximo, otimizando o uso contínuo dos equipamentos.

Retorno operacional após acúmulo nos tanques: Quando o volume acumulado em dois tanques da planta Guariba atingir 8.048 m³, a simulação considera a paralisação das bombas dos tanques da Ferro+ para Guariba, ou seja, paralisa a operação do rejeitoduto.

• Parada geral das plantas: As paradas simultâneas das duas plantas (ITM F+ e Guariba) são consideradas irrestritas, ou seja, não há nenhuma lógica no modelo que bloqueie ou adie essas paradas.

• Falhas condicionadas ao estado de operação: As falhas simuladas (baseadas em MTBF/MTTR) ocorrem exclusivamente durante o processo de filtragem, não sendo aplicadas durante estados como limpeza, manutenção preventiva ou ociosidade.

• Manutenção preventiva individual: Cada filtro realiza manutenção preventiva de forma independente, garantindo que apenas uma unidade esteja em manutenção por vez, evitando sobreposição de eventos.

• Bombas sem restrição de vazão: Para efeito de análise isolada dos filtros, as bombas foram modeladas como não limitantes, ou seja, operam com fluxo contínuo, sem se configurarem como gargalo do sistema.

Para garantir a viabilidade dos resultados foram testadas as Fases 1 (590 m³/h) e 2 (1.039 m³/h) do projeto, baseado em curvas de planejamento. Paralelamente à simulação, foi desenvolvido um cálculo analítico independente para validar se o modelo digital respeitava as leis de conservação de massa e vazão. Testes de diferentes volumes de tanques pulmão (de 850 m³ a 4.024 m³) para identificar o ponto de equilíbrio entre custo e segurança operacional.

RESULTADOS

Os resultados da simulação transformaram radicalmente a estratégia de investimento do Projeto Guariba: Demonstrou-se que 6 filtros (em vez dos 10 previstos inicialmente) atendem integralmente à demanda da Fase 1, mesmo em cenários de estresse operacional.

O volume ótimo dos tanques foi definido em gantescos de 4.024 m³ inicialmente orçados. E a redução de CAPEX, com o corte de 40% no número de filtros e a otimização dos tanques representando uma economia direta de milhões de reais em aquisição de equipamentos, obras civis e infraestrutura elétrica. Além desses benefícios, identificou-se que na Fase 2, a operação com 6 filtros de 140 m² é viável sob TUF de 1,5, garantindo longevidade ao projeto sem novos aportes imediatos.

Sendo assim, a implantação da simulação estocástica no Projeto Guariba representou uma mudança concreta na forma de dimensionar ativos minerometalúrgicos. Ao substituir premissas determinísticas por modelagem baseada em variabilidade real (MTBF, MTTR, flutuações operacionais e eventos simultâneos), o projeto elevou o nível técnico da tomada de decisão de CAPEX. Os resultados demonstraram, de forma quantitativa, que a alternativa preliminar de 10 filtros e tanques superdimensionados poderia ser otimizada para 6 filtros e volumes de buffer tecnicamente suficientes, mantendo atendimento integral às metas de produção, mesmo sob cenários de estresse operacional. Essa redefinição trouxe redução relevante de investimento, maior previsibilidade operacional e mitigação objetiva de riscos antes da implantação física da planta.

Sobre a mina

Fundada pelo empresário mineiro José Mendes Nogueira em dezembro de 1966, a J. Mendes atua há mais de cinco décadas no mercado. Atualmente, com duas unidades operativas, a Ferro + Mineração, entre os municípios de Congonhas e Ouro Preto/MG, e a JNM Mineração, entre Piracema e Desterro de Entre Rios, conta com 915 empregados próprios e 410 terceirizados.

A Ferro+ Mineração começou em 2000 e atualmente possui capacidade produtiva de 5Mt/ano, e a JMN Mineração que começou sua produção em 2015 e produz 2Mt/ano. Para 2026, o objetivo do Grupo é alcançar 4,5 milhões de toneladas de minério de ferro.