DECAT - Departamento de Controle e Automação

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Aplicação de soft sensor baseado em redes neurais artificiais e Random Forest para predição em tempo real do teor de ferro no concentrado da flotação de minério de ferro.
(2020) Guedes, Érick Victor de Oliveira; Cocota Júnior, José Alberto Naves; Reis, Agnaldo José da Rocha; Cocota Júnior, José Alberto Naves; Reis, Agnaldo José da Rocha; Luz, José Aurélio Medeiros da; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
A flotação surgiu para a concentração onde propriedades classicamente utilizadas (densidade, suscetibilidade magnética, eletrocondutividade) possuem contraste insuficiente ou que apresentem faixas granulométricas muito finas, e passou a ser muito utilizada em áreas como a mineração. Este processo consiste da captação de partículas hidrofóbicas por bolhas de ar e sua flotação, fazendo a separação de tais partículas das hidrofílicas, que se mantêm em suspensão. Para permitir a separação de materiais que naturalmente não apresentam diferenças v em suas propriedades de hidrofobicidade, são utilizados reagentes para induzir as características desejadas. Como a medição do teor e obtenção da recuperação do mineral, objetivos primários do processo, acontece por meio de análise laboratorial que demanda um período de 2 horas, é proposto o desenvolvimento de um soft sensor para sua obtenção em tempo real. Um soft sensor utiliza um modelo desenvolvido para reunir diversas variáveis relevantes a um processo e inferir uma medição para as variáveis de saída desejadas. Os dados coletados de uma linha de flotação passaram por dois métodos de redução de dimensionalidade paralelamente, o RReliefF e o Principal Component Analysis (PCA), e foram utilizados para treinamento, validação e teste dos modelos propostos. Para a modelagem do soft sensor foram utilizadas as técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNA) e de Random Forest (RF). Para o treinamento das RNA, foram usados os algoritmos de Levenberg-Marquardt (LM) e o Scaled Conjugate Gradient (SCG). Os desempenhos dos métodos utilizados foram comparados e são apresentados neste texto.
Desenvolvimento de um sensor capacitivo para monitoramento da umidade do minério de ferro em protótipo de vagão de trem em escala reduzida.
(2020) Santos, Gabriel Almeida; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Monteiro, Paulo Marcos de Barros; Mesquita, Andre Luiz Amarante; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Monteiro, Paulo Marcos de Barros; Mesquita, Andre Luiz Amarante; Silva, Sávio Augusto Lopes da; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
Umidades elevadas em minério de ferro podem causar instabilidade e até interrupção do carregamento em um navio, enquanto baixas umidades estão relacionadas à emissão de poeira durante transporte ferroviário. Este é um problema econômico e ambiental devido à perda de massa e emissão de particulados nas ferrovias. Neste trabalho, tem-se como objetivo desenvolver um sensor de umidade de minério de ferro, aplicado a um protótipo de vagão de trem em escala reduzida, para realizar a medição da umidade em tempo real e auxiliar o estudo de emissão de particulados. O sensor proposto utiliza um método capacitivo baseado na medição da constante dielétrica. A calibração do sensor foi realizada com amostras de minério de ferro com umidades entre 0% e 13%. Ensaios realizados em um túnel de vento, com simulação de 300 km de ferrovia, obtiveram um erro máximo de umidade de 0,18% e secagem de 1,13%.
Desenvolvimento de um sistema de medição de umidade de minério de ferro em correia transportadora.
(2019) Pinto, Érica Silva; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Leal Filho, Laurindo de Salles; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Leal Filho, Laurindo de Salles; Silva Junior, Sávio Augusto Lopes da; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
A umidade de materiais é um parâmetro muito utilizado na indústria. Na mineração, por exemplo, é um fator determinante na linha de produção de minério de ferro. Umidades elevadas podem resultar em instabilidade de pilhas em pátios de estocagem, aumentar os custos de produção e, principalmente, tornar o processo de extração, transporte e beneficiamento de minério de ferro ineficaz. Além dessas consequências, quantidades de água acima de limites pré-estabelecidos podem inviabilizar o transporte de minério em navios. Em contrapartida, baixas umidades podem resultar em emissão de particulados de minério na atmosfera e, consequentemente, perda de material comercializável. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor de umidade de minério de ferro em correia transportadora, em escala laboratorial, que pode, futuramente, ser adaptado ao ambiente industrial. A estrutura que sustenta o sistema de medição se movimenta paralelamente ao transportador de correia e juntamente ao minério, fazendo com que a velocidade relativa entre a célula de medição e o minério seja próxima de zero. Essa montagem permite que a medição do conteúdo de água do minério seja realizada em tempo real e in situ. O elemento sensor utiliza o método capacitivo vii como princípio de medição, sendo capaz de determinar a constante dielétrica relativa do meio onde está inserido e correlacioná-la com a umidade em base seca do minério de ferro. Com o objetivo de diminuir o efeito da componente condutiva na medição da constante dielétrica relativa, um método intitulado real-dual-frequency foi aplicado. O sensor desenvolvido se limita a minerais com condutividade elétrica máxima de 800 μS/cm e foi testado utilizando um minério de granulometria fina (pellet feed com menos de 0,15mm) com 65% de teor de ferro. O sistema desenvolvido possui faixa de medição de umidade em peso de 0 a 14% com base seca e apresenta erro máximo de 1,64%, mesmo com o minério em movimento.
Desenvolvimento de um transdutor capacitivo, coplanar e não-invasivo para medição on-line de umidade de Minério de Ferro em silos.
(2019) Silva, Marcelo Eustáquio Hamanaka; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Monteiro, Paulo Marcos de Barros; Silva, Sávio Augusto Lopes da; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Monteiro, Paulo Marcos de Barros; Silva, Sávio Augusto Lopes da; Pabón, Rosa Elvira Correa; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
A umidade presente no minério de ferro, quando em excesso, pode afetar o processo de beneficiamento, causar perdas de produtividade e onerar o custo de transporte. O método mais difundido atualmente entre as mineradoras, para medir a umidade nas diferentes etapas do beneficiamento e manuseio do minério, envolve a pesagem e secagem das amostras extraídas do processo. Esse processo convencional de medição é lento e pode demorar até 24 horas para fornecer o resultado. Consequentemente, o lote referente à amostra de minério sob análise pode se encontrar a vários quilômetros de distância no momento do resultado, fazendo com que as medidas corretivas relacionadas àquele lote de produto em tráfego sejam ineficientes. As tecnologias disponíveis no mercado para monitoramento de umidade durante o beneficiamento do minério não apresentam um alto desempenho quantitativo, o que inviabiliza a implementação em ambiente industrial. Visando solucionar esses problemas, neste projeto, foi desenvolvido um transdutor capacitivo, coplanar, sem contato e de baixo custo para medição on-line de umidade de minério de ferro em silos. O princípio de funcionamento do transdutor é baseado na variação da capacitância do elemento sensor, que é diretamente proporcional à variação da umidade do minério. Além disso, o transdutor possui: (i) um circuito oscilador, que transforma a variação de capacitância em um sinal de tensão com frequência variável; e (ii) um microcontrolador, que realiza a medição da frequência desse sinal e transmite, via radiofrequência, os dados para um computador. Os resultados obtidos com o procedimento calibração, para duas montagens construídas com características geométricas diferentes, alcançaram um coeficiente de determinação de 94,17% e de 98,41%. Foi realizada uma validação cruzada k-fold sobre a massa de dados obtida no procedimento de calibração, e estabeleceu-se um coeficiente de determinação nesse experimento de 92,14% e 98,27%, respectivamente. Um teste simulando condições reais de funcionamento em um silo em miniatura foi realizado e a curva de erros do sistema foi obtida, viabilizando a implementação do transdutor desenvolvidos em silos que operam em batelada. Adicionalmente, são apresentados os resultados sobre as preparações das amostras minerais úmidas de todos os experimentos e as conclusões sobre a metodologia adotada relacionado à compactação e interferências eletromagnéticas envolvidas.
Detector de falhas de rolos de transportadores de correia baseado em aprendizado de máquina.
(2020) Cruz, Emanuel Balduino da; Reis, Agnaldo José da Rocha; Guimarães, Frederico Gadelha; Almeida, Silvia Grasiella Moreira; reis@ufop.edu.br; frederico.g.guimaraes@gmail.com; silva.almeida@ifmg.edu.br; Reis, Agnaldo José da Rocha; Guimarães, Frederico Gadelha; Almeida, Silvia Grasiella Moreira; Silva, Rodrigo César Pedrosa; Pessin, Gustavo; Pinto, Paulo Raimundo
O Transportador de Correia (TC) e o meio mais versátil e difundido para movimentação de cargas em instalação industrial. Os roletes são equipamentos que dão suporte e guiam as correias. Como o rolo fica no apoio da correia, quando ele apresenta falha, o funcionamento do transportador e prejudicado. A detecção de falhas nesses equipamentos e feita por funcionários dá manutenção que se baseiam, dentre outros fatores, nos ruídos produzidos por rolos defeituosos. Como uma correia pode ter centenas de metros e estar em locais de difícil acesso, determinar qual rolo está defeituoso se torna uma tarefa bastante difícil e custosa. Apresenta-se neste trabalho uma proposta para detecção de rolos defeituosos através de som por ele produzido, por meio de aprendizado de maquina. Para tanto, dados reais de rolos bons e defeituosos foram coletados em campo e utilizados no desenvolvimento do sistema supracitado. Os resultados obtidos são discutidos em detalhes e as principais conclusões são apresentadas.
Um estudo para o aumento da eficiência energética em bombas de vácuo de anel líquido aplicadas na indústria de pelotização de minério de ferro através da instrumentação e de estratégias de controle.
(2018) Alves, Ronan Francis Barbosa; Reis, Agnaldo José da Rocha; Silva, Sávio Augusto Lopes da; Reis, Agnaldo José da Rocha; Silva, Sávio Augusto Lopes da; Euzebio, Thiago Antonio Melo; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
Para aumentar a margem de lucro nos processos industriais, não basta manufaturar um alto volume de produção e ter um preço elevado para garantir uma elevada receita. Também é necessário reduzir os custos de produção e os desperdícios para buscar a excelência no mercado extremamente competitivo e garantir a sobrevivência perante aos concorrentes. O processo de Filtragem por filtros de discos rotativos em usinas de Pelotização, geralmente é o terceiro maior consumidor de energia elétrica entre os processos unitários. As bombas de vácuo de anel líquido são protagonistas e responsáveis por mais de 70% deste elevado consumo. A eficiência de uma bomba de vácuo e do processo de Filtragem estão diretamente associados ao bom funcionamento das bombas e para isso é necessária a garantia dos parâmetros de trabalho adequados para fornecer a melhor performance possível. Na maioria dos processos de Filtragem, não existem instrumentos básicos para monitoramento das condições de operação das bombas de vácuo. Desta forma, este trabalho visa não apenas descrever as melhores condições para aumento do desempenho em bombas de vácuo de anel líquido, mas também propõe os instrumentos e controles necessários para garantir a eficiência funcional e energética destes equipamentos.
Medição da massa de minérios sobre transportadores de correias utilizando sensores LiDAR.
(2023) Macedo, Anderson Silva; Santana, Adrielle de Carvalho; Santana, Adrielle de Carvalho; Reis, Agnaldo José da Rocha; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
O minério produzido pelas usinas de beneficiamento é depositado nos pátios de produtos em pilhas organizadas de acordo com sua especificação de qualidade, e posteriormente são enviados através de um circuito formado por máquinas de pátio, esteiras transportadoras e silo de carregamento. Após enchimento dos vagões o minério é transportado via linha férrea. O estoque é contabilizado pelo volume de produção presentes nas pilhas, que podem ser calculadas por levantamento topográfico dos estoques ou pela totalização da massa feita pelas balanças nas correias transportadoras presentes no circuito na etapa anterior ao empilhamento do minério. Depois de preencher o silo, os vagões são carregados e então a massa de cada vagão é medida usando balanças ferroviárias. Nesse processo de contabilidade, podem ocorrer discrepâncias entre as medidas das balanças de correia e das balanças ferroviárias, fazendo com que se tenha uma quebra contábil. Além disso, balanças de correia e ferroviárias não podem ser instaladas em qualquer lugar ao longo do caminho devido a restrições físicas. Ter uma opção de medição sem contato, que apresenta flexibilidade quanto ao ponto de instalação e sem desgastes mecânicos de peças que precisam de constantes ajustes e recalibrações, causando paradas de processo, pode ser uma opção para melhorar a precisão de medições no circuito de carga. Assim, este trabalho propõe a utilização de um sensor LiDAR, que, por meio de um laser pulsado, permite medir e obter a distância real que objetos estão uns dos outros e, assim, realizar cálculos de área. Com a instalação destes sensores nos transportadores de correia que alimentam a entrada dos silos de carga, é possível integrar, no tempo, a área do minério que está passando e obter seu volume. Com base nessas informações e na densidade do minério, foi possível calcular a massa de minério na correia e comparar com as medições feitas pelas balanças integradoras de massa atualmente nas correias. Testes estatísticos realizados com medições de campo demonstraram a semelhança entre as medições do sistema com o sensor LiDAR e as balanças existentes, com nível de significância de 5%. Assim, a totalização em tempo real da massa de minério em correias transportadoras via LiDAR provou ser uma alternativa e complemento viável para uso em plantas de processamento de minério e tem potencial para ser expandido para outros setores industriais, desde que a densidade do produto seja conhecida.
Sistema automático para a inspeção visual de transportadores de correia por meio de redes neurais convolucionais.
(2020) Santos, André Almeida; Guimarães, Frederico Gadelha; Reis, Agnaldo José da Rocha; Guimarães, Frederico Gadelha; Reis, Agnaldo José da Rocha; Almeida, Silvia Grasiella Moreira; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Pessin, Gustavo
Os Transportadores de Correia são o meio de transporte mais difundido para grandes quantidades de materiais no setor de mineração. Portanto, métodos autônomos que podem ajudar os seres humanos a realizar a inspeção dos transportadores são uma grande preocupação para as empresas. Projetos que buscam solucionar problemas de segurança nas inspeções de transportadores são necessários e de grande valia para as empresas. Este trabalho apresenta um detector visual novo e automático que reconhece o acúmulo de sujeira nas estruturas dos transportadores de correia, uma das tarefas dos inspetores de manutenção. O sistema proposto envolve o treinamento de uma rede neural convolucional a partir de imagens RGB. O uso da técnica de aprendizado por transferência com redes consolidadas para classificação de imagens mostrouse eficaz para este objetivo com a comparação de dois cenários diferentes. O melhor cenário apresentou uma acurácia média de 0,892 com um F-1 score de 0,836 para o reconhecimento de sujeira. Um experimento de validação de campo serviu para avaliar o desempenho do sistema proposto em uma tarefa de classificação em tempo real. Nesta etapa, foi avaliado um recall de 0,77 com F-1 score de 0,75 para o reconhecimento de sujeira.
Sistema de controle granulométrico de pelotas de minério de ferro.
(2018) Dias, Ítalo da Silva Magalhães; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Guimarães, Frederico Gadelha; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Guimarães, Frederico Gadelha; Reis, Agnaldo José da Rocha; Almeida, Silvia Grasiella Moreira
Esta dissertação tem seu foco no estudo de um sistema de controle para um processo de pelotamento de minério de ferro, manipulando variáveis do processo, tais como velocidade de rotação dos tambores de pelotamento, injeção de água e alimentação. O objetivo é propor um controle granulométrico das pelotas e, assim, tornar o processo mais uniforme, evitar retrabalhos, e o consequente aumento de custos operacionais. Para alcançar esse objetivo é analisado o comportamento atual do processo para identificar e quantificar diversas variáveis por meio do Sistema Gerenciador de Informações da Planta e aplicação de testes, tal como resposta ao degrau para obtenção do modelo do processo e, posteriormente, identificar estratégias aplicáveis ao controle e, em seguida, aplicar as melhorias necessárias. Para implantação do sistema proposto são utilizadas ferramentas já existentes na planta, como controladores lógicos, sistema de supervisão e sistema de historiamento. O estudo propõe um controle PID em cascata para maximização de determinada faixa granulométrica. Com a aplicação do controle é alcançado o atendimento a determinado cenário.