Projeto EPC de um sistema de manuseamento de cimento e cinzas volantes com 3 silos de 3 000 m³

Adaptação da engenharia de sistemas de manuseamento de cimento e cinzas volantes para aplicações em grandes altitudes

As zonas industriais situadas a grande altitude exercem uma influência substancial nos sistemas de manuseamento de cimento a granel e cinzas volantes. A densidade atmosférica reduzida, as flutuações de pressão e o transporte de sólidos a granel a longa distância constituem os principais desafios de conceção técnica. A altitudes superiores a 2 500 m, a pressão atmosférica desce para aproximadamente 75-80 kPa. Os sistemas de manuseamento de materiais a granel secos concebidos para ambientes de grande altitude devem dar resposta aos desafios colocados pelo transporte pneumático e pelo fluxo de sólidos a granel, no que diz respeito à pressão e às condições atmosféricas.

Solução de armazenamento de cinzas volantes de cimento

Para as empresas contratadas para projetos EPC (engenharia, aquisição e construção) de instalações industriais, o desafio de conceber um sistema de armazenamento ou transporte de materiais já não constitui um problema. O desafio reside agora na conceção e integração do sistema completo, incluindo silos, tubagens de transporte e sistemas de medição. Por conseguinte, um sistema de manuseamento de cimento e cinzas volantes concebido para ambientes de grande altitude deve ser projetado tanto para processos flexíveis como para ambientes com pressão adaptada.

A conceção de aplicações em altitudes elevadas exige que o sistema de transporte pneumático e os sistemas de fluxo de sólidos a granel sejam concebidos e simulados logo na fase inicial da conceção. Para as partes interessadas envolvidas na construção EPC de instalações de cimento e cinzas volantes, é necessário realizar um estudo técnico de definição do âmbito, a fim de avaliar os melhores sistemas de transporte e de silos para satisfazer os requisitos do projeto.

A engenharia moderna de EPC também se baseia cada vez mais numa sistema de silos para materiais de construção para garantir um desempenho estável no armazenamento e na descarga, independentemente das variações nas propriedades do material.

Gestão integrada da conceção de sistemas de manuseamento de cimento e cinzas volantes

Uma abordagem integrada de gestão do projeto para sistemas de manuseamento de cimento e cinzas volantes consiste num projeto adaptável, assente no compromisso com um controlo flexível do processo. Os sistemas modernos de cinzas volantes em projetos EPC procuram integrar sistemas de armazenamento, transporte e dosagem, com uma lógica de controlo concebida para gerir as caudais de 20-120 t/h dependendo da capacidade da unidade.

Esta integração centra-se na conceção de um sistema de transporte pneumático, no qual a velocidade do ar para um sistema de fase diluída é de cerca de 12–25 m/s, e, no caso de um sistema em fase densa, 3–8 m/s. A conceção otimizada de um sistema de transporte pneumático para os sistemas de manuseamento de materiais de uma fábrica de cimento permite reduzir o consumo de energia e o desgaste, além de garantir uma descarga mais consistente do sistema de manuseamento de materiais.

Sistema de transporte de cimento

Sistema EPC de manuseamento de materiais a granel

Prático utilização de silos de armazenamento industrial Nas instalações EPC de grande escala, a atenção centra-se normalmente na capacidade de armazenamento temporário e na sincronização controlada da descarga com os sistemas de transporte. Os princípios fundamentais em que se baseia a integração são os seguintes:

• Sincronização da descarga do silo: a variação da taxa de alimentação situa-se dentro de ±5%, mesmo quando a procura está a flutuar.
• Equilíbrio da pressão no sistema: a pressão na conduta situa-se entre 0,2 e 0,6 MPa e depende da distância de transporte do material e da densidade do mesmo.
• Lógica de controlo centralizada: o caudal e a relação ar/sólido podem ser ajustados instantaneamente num intervalo de tempo de 1 a 3 segundos.

A partir do silo, a transferência de material para a conduta resulta da integração entre o silo e a conduta. A estabilidade dessa transição determina a eficiência do sistema e o nível de emissões de poeira. Verificou-se que alguns sistemas perdem até 18% de energia devido a fugas de ar não controladas e a uma alimentação irregular.

Análise comparativa da conceção de sistemas

Outros parâmetros de engenharia incluem os seguintes:

• Estabilidade do fornecimento de ar: O compressor deve ser capaz de manter uma pressão de alimentação de 0,6–0,8 MPa, de modo a permitir ciclos de transporte contínuos.
• Consistência do fluxo de materiais: As variações de caudal podem atingir um máximo de 5–8% em condições de funcionamento de pico.
• Gestão do desgaste das condutas: A taxa de erosão dos cotovelos pode ser reduzida em 30–40% com a utilização de zonas de velocidade.

Efeitos da baixa pressão a grande altitude na eficiência do transporte de pó

Em altitudes elevadas, a menor densidade do ar torna-se um obstáculo cada vez mais significativo para o desempenho dos sistemas de transporte pneumático. Acima de 3 000 m, a densidade do ar diminui em aproximadamente 12–18%. Isto provoca uma redução significativa na capacidade do sistema para aspirar pós finos, incluindo cimento e cinzas volantes.

Fluxo completo do processo de armazenamento de cimento da EPC

Isto tem impacto na queda de pressão nas tubagens de transporte. A queda de pressão pode aumentar na ordem de 10–22% devido a um aumento do atrito e a uma diminuição da eficiência do gás de transporte. No caso de sistemas de transporte que funcionam sob vácuo, a velocidade mínima de transporte deve ser aumentada em 8–15% para evitar a formação de obstruções no sistema.

As modificações técnicas típicas para sistemas de transporte a grande altitude incluem:

• Um aumento de 10–20% no tamanho do compressor, a fim de compensar a perda de densidade.
• Uma redução no comprimento dos segmentos de tubagem para compensar a perda de pressão de transporte.
• Uma melhoria na eficácia da vedação dos alimentadores, de modo a reduzir a perda de ar para um valor inferior a 2%.

Verificou-se, em vários projetos, que os sistemas mal adaptados às condições de montanha sofrem mais do que um 25% queda no caudal quando a queda de pressão nas tubagens não é tida em conta na conceção.

Estratégia de integração de armazenamento e medição baseada no EPC

Nos quadros de trabalho EPC (Engenharia, Aquisição e Construção), a integração de unidades de armazenamento, alimentação e medição resulta numa maior fiabilidade do sistema global. Por exemplo, nas fábricas de produção de cimento, a precisão exigida do sistema de alimentação deve ser mantida com uma precisão de descarga de ±2-3% para garantir a estabilidade dos processos a jusante.

Plano do sistema chave na mão para o manuseamento de cinzas volantes de cimento

Os principais componentes mecânicos deste tipo de sistema de alimentação são as válvulas de controlo de caudal e os alimentadores rotativos com câmara de vedação, que são utilizados para controlar a descarga de sólidos em sistemas de transporte pneumático. Os parâmetros típicos de um sistema industrial são:

• Tempo de resposta da válvula: 1 – 2 segundos
• Velocidade de rotação do alimentador: 15 – 40 RPM
• Eficiência de vedação do material: > 98%

Nas aplicações do sistema de transporte de cimento da EPC, os sistemas de alimentação e transporte ficam des sincronizados, o que resulta em rápidas flutuações de pressão. Nesses casos, os sistemas de transporte pneumático podem sofrer flutuações de pressão de até 0,1 MPa.

Os principais princípios de engenharia utilizados incluem:

• Lógica de estabilização do fluxo: evita-se a pulsação em sistemas de transporte em fase densa
• Circuito de controlo de pressão: o sistema está estabilizado em ±0,05 MPa
• Controlo de compensação da densidade do material: a velocidade de avanço dinâmica é ajustada em função da carga em tempo real

Otimização de redes com vários silos para transporte de longa distância

Nos projetos EPC que envolvem sistemas industriais de manuseamento de materiais em grande escala, a necessidade de transporte a longa distância (superior a 300 – 800 metros) e o armazenamento disperso requer, geralmente, a utilização de sistemas com configurações de múltiplos silos.

Nestes sistemas, a otimização das linhas de transporte centra-se no equilíbrio da pressão e na minimização da energia utilizada no transporte. Num projeto típico, a queda de pressão na linha de transporte para 100 metros pode estar limitado a 0,08 – 0,15 MPa, podendo variar consoante o material e o diâmetro do tubo.

O zoneamento de condutas refere-se à segmentação da conduta em 3 a 5 secções que são controlados individualmente por pressão.

O equilíbrio de carga consiste no cálculo da taxa ideal de descarga do silo, que pode variar dentro de um intervalo de mais ou menos 6 por cento da taxa de descarga prevista do silo.

A distribuição do ar consiste na velocidade de transporte ideal para cada ramificação do sistema.

A utilização de vários silos num sistema é vantajosa, uma vez que reduz significativamente os picos de carga de curta duração. O resultado é um 15 a 18 por cento redução das necessidades de manutenção e aumento da vida útil do sistema.

Os sistemas de manuseamento de pós exigem estabilidade tanto térmica como ambiental

Os sistemas de manuseamento de pós exigem estabilidade tanto térmica como ambiental.

Destes dois fatores, a estabilidade ambiental é mais determinante para a estabilidade térmica dos sistemas de manuseamento de pós e para as características de escoamento dos pós. No caso específico dos pós cimentícios, o comportamento de escoamento é afetado negativamente pelos gradientes térmicos e pela humidade.

A aglomeração torna-se um risco quando a taxa de variação da temperatura num período de 24 horas excede 15 graus Celsius.

Os tipos de aço utilizados na construção de sistemas de armazenamento e manuseamento de cinzas volantes também irão diversificar-se devido aos efeitos térmicos das cinzas volantes.

Um sistema de emissão de poeiras deve apresentar uma pressão diferencial entre 1200 e 1800 pascais e uma eficiência do filtro de mangas de 99,5 por cento ou superior.

Principais medidas de estabilização ambiental:

• Camadas de isolamento térmico: Reduzir a influência das temperaturas externas em 20–35%
• Combinação de medidas de controlo da humidade: Manter a humidade relativa interna ≤ 65%
• Sistemas redundantes de filtração de poeira: Coletores de poeira de duas fases para lidar com condições de pico de carga

Além disso, a engenharia ambiental integrada inclui frequentemente um sistema de armazenamento e tratamento de efluentes para gerir as águas residuais resultantes da supressão de poeiras e das operações da fábrica.

Desenvolvimento de estratégias de adaptação para sistemas de pó em altitudes elevadas

Em terrenos montanhosos, a conceção de um projeto EPC para um sistema de manuseamento de cinzas volantes de cimento deve ter em conta as variações da pressão atmosférica, os diferenciais de temperatura e os desafios relacionados com o transporte. A conceção de um projeto EPC para um sistema de transporte de cimento nessas condições recorre normalmente a sistemas de compressão reforçados e a uma lógica de controlo adaptativa para a gestão do fluxo, de modo a garantir a estabilidade operacional.

Sistema de Transporte de Cimento da Highland

As medidas de mitigação de natureza técnica incluem:

• Dimensionamento em excesso dos compressores 15–25% para se adaptarem a condições de baixa pressão
• 10–15% aumento do diâmetro da conduta para reduzir as perdas por atrito
• Colocação em serviço e integração automatizadas dos sistemas para estabilizar o funcionamento durante os ciclos iniciais

Verificou-se que os sistemas que foram devidamente adaptados conseguem reduzir os tempos de inatividade operacional em 18% e transportar cargas com uma maior estabilidade de 22–28%, em comparação com os sistemas que não foram adaptados.

Modelo de entrega «chave na mão» (EPC) para sistemas de manuseamento de cimento e cinzas volantes

Uma solução EPC de sistema de manuseamento de cinzas volantes de cimento, totalmente concebida, acrescenta valor através de um projeto integrado que combina o aprovisionamento e a construção, garantindo assim o desempenho ideal do sistema de manuseamento de materiais para toda a fábrica de cimento. A abordagem EPC permite o controlo da qualidade e a redução de riscos nas interfaces entre os sistemas de silos, transporte e filtração.

Os sistemas chave na mão de última geração para aplicações de manuseamento de granéis sólidos atingem, em geral, um elevado nível de integração do sistema e de preparação para a entrada em funcionamento num prazo de 6 a 10 meses, dependendo do âmbito do projeto, e o sistema atinge a estabilidade total no prazo de 30 a 45 dias operacionais.