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As Mais Recentes Tecnologias para o Gerenciamento de Riscos em Minas

This article was originally published on mining.com: The Latest Technologies for Managing Risks in Mines

Como o monitoramento de IoT remoto e em tempo real pode ser aplicado para minas a céu aberto e subterrâneas

Desastres recentes com barragens de rejeitos como o do complexo de mineração em Córrego do Feijão, no Brasil, destacam a necessidade de programas sustentáveis de monitoramento e gerenciamento de riscos para a indústria de mineração. De acordo com o relatório Índice de Mineração Responsável de 2018 da Fundação de Mineração Responsável com base em Amsterdã, muitas empresas de mineração líderes lutam para provar que estão tratando os riscos com eficiência para evitar a falhas nas barragens de rejeitos. Uma vez implementada uma solução de monitoramento, a maioria dos operadores falha na revisão contínua da eficácia de seu método de escolha aplicado. O desafio de ter de cumprir com requisitos ambientais e legais, tendo de aumentar constantemente níveis de produtividade em um ambiente difícil, em constante mudança, dificulta que as minas permaneçam no controladas.  

Abordagens de gerenciamento de riscos comuns: leituras manuais e cabos

Durante muito tempo, garantir a segurança em barragens de rejeitos implicava indicadores de risco de monitoramento, tais como poropressão através de leituras manuais e coleta de dados de sensores de fio vibratórios, tais como piezômetros. Este método tradicional requer o uso de trabalhadores, não só apresentando riscos para a saúde e segurança mas também incorrendo em custos de logística importantes.Sendo, frequentemente, ambientes de difícil acesso, algumas minas precisam mesmo de usar um helicóptero e tecnologia de satélite para coletar dados em grandes áreas. Face aos custos e riscos, a coleta de dados se torna infrequente e a informação coletada pode ser irrelevante ou ficar desatualizada rapidamente. Por isso, a maioria das minas atualmente usa soluções via cabo para automatizar a coleta de dados de múltiplos sensores em uma barragem de rejeitos ou ao redor do talude.

Além das barragens de rejeitos, a estabilidade do talude é outro maior risco que precisa de ser gerenciado pelas minas. Os cabos no talude permitem a coleta de informação de múltiplos sensores ao mesmo tempo e o armazenamento de informações em uma unidade de leitura, tornando o processo de monitoramento mais eficiente. O lado negativo é que os cabos são estáticos e é difícil a adaptação ao ambiente de uma mina, que é como um projeto de construção sem fim. Quando existem estradas incluídas em um talude, os cabos precisam de ser subterrâneos para acomodar as necessidades de mobilidade dos trabalhadores e isto pode ter um impacto importante nas operações, custos e ambiente. O monitoramento de cabos atende as questões de segurança da mão-de-obra tanto nas barragens de rejeitos quanto nos taludes, porém é oneroso em termos de instalação e manutenção. A instalação de cabos em uma barragem de rejeitos, talude e em todo o local de trabalho com equipamento espalhado em toda parte pode tornar os cabos altamente vulneráveis a danos difíceis de detectar, podendo comprometer os dados. 

Monitoramento sem fio: o equívoco atual

Nos últimos anos, as minas começaram a alavancar avanços tecnológicos para atualizar seus programas de gerenciamento de riscos. De acordo com um relatório da Accenture sobre mineração digital, mais de 200 tomadores de decisão de nível C na indústria de metais e mineração classificaram em uma pesquisa a visualização de dados em tempo real como o segundo investimento digital mais importante, somente superado por cibersegurança e seguido por análises em tempo real. Em 2017, 31% afirmou que a visualização de dados em tempo real já foi amplamente adotada em sua organização. 

Para coletar dados em tempo real de uma mina, os sensores geotécnicos existentes são conectados a registradores de dados sem fio, que transmitem informação remotamente e em taxas de amostragem próximas do tempo real, se necessário. A maioria das minas está desejosa de experimentar essa nova abordagem e atualizar seus programas com sucesso, como os relatórios da Accenture confirmam, porém outras testam métodos sem fio e ficam decepcionadas. Como na maioria das novidades, é nos detalhes que o diabo mora: o monitoramento sem fio torna os operadores de mina menos dependentes das leituras manuais ou instalações via cabo, porém nem todas as tecnologias disponíveis são as mesmas, especialmente quando se trata de conectividade de rede e adaptabilidade.

Diabo nos detalhes: curto versus longo alcance

O que torna o monitoramento sem fio atraente para os operadores é que a enorme área de minas geralmente se prolonga. Um bom exemplo é a mina de Bingham Canyon da empresa Rio Tinto. Uma das maiores minas a céu aberto do mundo, cobre uma área total de mais de 900 hectares, tem 1,2 km de profundidade e mais de 4 km de largura. Para tornar os dados disponíveis em tempo real, a informação necessita de ser capturada remotamente e transmitida por distâncias muito longas a servidores localizados em um centro operacional remoto. O desafio é escolher um sistema de monitoramento sem fio que pode tratar do escopo de uma operação de mineração. A maioria das tecnologias sem fio depende de redes de área local (LAN), tais como Zigbee, Bluetooth ou WiFi, que são usadas para curtas distâncias entre 50 e 100 metros e não são suficientes para as minas. As tecnologias celulares, tais como 3G e 4G, podem alcançar distâncias mais longas e permitir a coleta frequente de dados, porém os dispositivos móveis possuem taxas de consumo de alta potência. As tecnologias LAN e celular dependem de sinal de rede e linha de visão (LOS), o que pode ser difícil de alcançar em minas. Para as minas, a chave para implementar com sucesso o monitoramento sem fio é trabalhar com dispositivos executados na conectividade IoT, como LoRa. Com esta tecnologia de rede de grande extensão, de baixa potência (LPWAN), os dados podem ser transmitidos por distâncias de até 15 quilômetros / 9 milhas, necessitando somente de uma potência mínima. As baterias podem durar até 10 anos, uma vez que os dispositivos somente ‘acordam’ quando precisam de ler e transmitir dados voltando ao modo de latência posteriormente.

Adaptabilidade de rede: estática versus dinâmica

Os engenheiros de minas não se devem focar somente no alcance e bateria quando avaliam potenciais soluções de monitoramento, querendo garantir que a rede que instalam tem capacidade de se adaptar automaticamente a mudanças na configuração de redes de sensores. Imaginemos uma barragem de rejeitos onde os nós de dados são usados para monitorar mais de 90 piezômetros. Cada piezômetro está conectado a um registrador de dados sem fio, permitindo que a mina colete informação sobre a saúde do piezômetro e poropressão na barragem de rejeitos em tempo real. Sempre que um novo dispositivo é incluído ou removido da rede, a rede de sensores tem de ser capaz de se atualizar e não deve requerer a reprogramação manual por parte de um especialista para prevenir leituras erradas e potenciais desastres devido a erros humanos. Se cinco sensores são removidos da rede sem realizar sua reconfiguração dinâmica, os registradores de dados continuam registrando os dados com base na configuração de rede anterior, resultando por exemplo em dados do sensor 20 sendo registrados como sendo do sensor 15. Isto não causará somente atrasos ao processar os dados, como também causará confusão na interpretação da informação; uma grande ameaça a qualquer iniciativa de gerenciamento de riscos.

Aprofundamento: monitoramento sem fio para ambientes subterrâneos

A coleta de dados em tempo real é aplicável tanto acima do solo como em situações de monitoramento subterrâneo. Por exemplo, Boliden usa tecnologia sem fio para controlar a poropressão por meio de 120 piezômetros instalados em 40 furos, na sua mina a céu aberto Aitik situada fora da cidade de Gällivare, no norte da Suécia, e também usa sensores conectados a equipamentos robóticos em sua mina Garpenberg subterrânea; os sensores alimentam dados em uma sala de controle central, acima do solo.

Os eixos são perfurados em minas subterrâneas para oferecer acesso para veículos e trabalhadores ao minério. Não existe rede disponível no subsolo, por isso são usados eixos para instalar a fibra óptica, alimentadores vazantes e pontos de acesso via WiFi. Enquanto o WiFi apresenta um alto consumo de bateria e cobertura de distância limitada, as tecnologias sem fio IoT como LoRa fornecem uma opção de última milha alternativa do gateway aos sensores atuais, podendo ser instalada em galerias de 100 metros a 2 quilômetros. Uma vez que as galerias alcançam 2,5 a 6 metros de altura, sendo suficiente para deixar passar tratores de perfuração e caminhões, existe um espaço mínimo disponível para o cabeamento; tornando as soluções de monitoramento fáceis de instalar e adaptar uma alternativa atraente. 

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Gráfico: Como o monitoramento sem fio IoT pode ser aplicado em minas

Poupanças estimadas devido ao monitoramento sem fio IoT

O envolvimento de avanços digitais, como o monitoramento sem fio IoT para aumentar a segurança e a produtividade, faz ainda mais sentido se os operadores de mina podem calcular o ROI esperado de usar uma nova tecnologia antecipadamente. Com base em um exercício de comparação de custos recente para 2 minas na África do Sul, realizado pela empresa de IoT Worldsensing, os resultados revelam que para projetos de longo prazo, tais como operações de mineração que podem durar em torno de 15 anos, o monitoramento sem fio pode gerar poupanças de 20% (5 anos) até 70% (20 anos) considerando as seguintes variáveis:

  • Duração do projeto: de 3 a 20 anos;
  • Mão-de-obra: número de pessoas utilizadas, taxa diária estimada de engenheiros geotécnicos de campo incluindo seguro;
  • Uso de veículos: inclui custo diário de combustível e manutenção;
  • Número de sensores de mineração usados;
  • Cabo: comprimento estimado por sensor e custo por metro; 
  • Número e custo do equipamento de monitoramento sem fio usado: Loadsensing, sistema de monitoramento sem fio;
  • Número de dias atribuídos para o monitoramento e manutenção por mês ou ano. 
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Nota: Os números apresentados são baseados em estimativas e são somente indicativos das potenciais poupanças. Os números podem mudar dependendo das variáveis.

Colegas especialistas em mineração da Geomotion e RamJack compartilham ideias

Worldsensing oferece um webinar mais abrangente sobre gerenciamento de riscos por meio de monitoramento sem fio IoT para minas a céu aberto, assim como minas subterrâneas em colaboração com especialistas em mineração da Geomotion e RamJack apresentando casos de uso relevante. O painel composto por especialistas da indústria mineira e de monitoramento sem fio de Espanha, Canadá, África do Sul e Austrália também respondem a questões de colegas profissionais de mineração por meio de uma sessão de QA dedicada. 

Sobre Fernando Perez Gutierrez

Fernando é um engenheiro de minas que começou a trabalhar com tecnologia de monitoramento sem fio na Ramjack Technology Solutions, antes de passar para a Worldsensing, pioneira em IoT, onde é responsável por apoiar parceiros na LATAM e África, fornecendo o sistema de monitoramento sem fio líder a nível global, Loadsensing. Fernando se formou em mineração, energia e materiais e possui um mestrado em Tecnologias de Mineração da Universidade de Oviedo, assim como um mestrado em Gerenciamento de Projetos da Universidade de Barcelona e OBS. 

Sobre o Loadsensing

O Loadsensing é o sistema de monitoramento sem fio líder que permite que as minas se conectem e monitorem barragens de rejeitos, escavações profundas e outros componentes de mineração em locais remotos, de forma wireless. Os nós de dados do Loadsensing são usados para digitalizar e potenciar a maioria dos instrumentos geotécnicos e sensores de monitoramento. O sistema de aquisição de dados se torna rapidamente o novo padrão para o monitoramento geotécnico sem fio, uma vez que é usado atualmente em mais de 50 minas e possui uma rede superior a 30.000 sensores em todo o mundo. O sistema de monitoramento sem fio faz parte do portfólio de produtos da Worldsensing, fornecedor de inteligência operacional e pioneiro em IoT global, amplamente reconhecido. 



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