Centrífugas decanter melhoram a operação de escavação de microtúneis

De acordo com Ben Truschel, gerente de equipamentos da Bradshaw Construction Corporation, é geralmente incomum considerar uma centrifuga Flottweg ao trabalhar em um projeto de escavação civil de microtúneis. "Quando as pessoas pensam em centrífugas Flottweg, elas pensam em mineração, produtos químicos, efluentes e outras indústrias", explica Truschel. "Elas realmente não pensam em projetos de escavação de túneis. Na escavação de microtúneis, tudo gira em torno do lodo, sempre lodo, o tempo todo."

No entanto, enquanto viajava pela Europa e pelo Oriente Médio, Truschel aprendeu sobre um projeto de escavação de microtúneis em Doha, no Catar, que estava usando com sucesso as centrífugas decanter Flottweg. O trabalho foi cancelado e o equipamento estava disponível a um preço com desconto. Foi quando Truschel decidiu explorar um fornecedor de equipamentos alternativo para sua área de especialização. "Além do preço, o atraente sobre a Flottweg é que ela forneceu um kit inteiro para esse trabalho em particular. Ele incluía um painel de controle, a bomba de alimentação, a tubulação, era um sistema completo.  Normalmente você não vê isso. O homem com quem trabalhei era alemão e ele chamou a Flottweg de "O Mercedes das centrifugas."

 

Truschel gostou do fato de o portfólio da Flottweg ser totalmente sobre centrífugas e que ela orgulhava-se de reivindicar tecnologias de separação como sua principal competência. Ele decidiu usar o equipamento combinado com máquinas de polímero da ClearWater Industries, um fabricante de equipamentos de clarificação de água e sistemas de preparação química com sede no Wisconsin. "Nós combinamos o equipamento das duas empresas em um pacote modular", diz ele. "Acredito que foi provavelmente a primeira vez que isso foi feito. A combinação de tecnologias de duas empresas altamente especializadas, como a Flottweg e a ClearWater, fazia todo o sentido para nossos projetos de escavação civil de microtúneis, que é nossa principal competência." 

O processo de escavação de microtúneis

Considerada a "Escavação de túneis da era digital", a escavação de microtúneis utiliza elevação de tubos de última geração, controlada remotamente por uma combinação de PLC, HMI e um operador físico. O operador acima do solo opera o sistema de escavação de microtúneis usando um computador para avançar e direcionar a máquina de perfuração de microtúneis, elevar o tubo e escavar os solos.  Cerca de 90 por cento dos negócios da Bradshaw Construction Corporation são em escavação de microtúneis, principalmente para projetos de abastecimento de água ou esgoto. Os túneis, criados principalmente para serviços públicos futuros, variam de 20 a 120 polegadas de diâmetro. 

 

O meio de transporte da máquina de escavação de microtúneis é por meio de um lodo à base de água, semelhante à forma como uma empresa petrolífera perfura verticalmente para extração de petróleo ou gás. A Bradshaw usa um fluido de perfuração semelhante em seu processo de escavação de túneis, usando uma abordagem de ciclo reverso, ao contrário da circulação direta comumente encontrada na indústria de HDD. "Devemos separar o líquido final e o material escavado do fluido de perfuração. É aí que a Flottweg entra em ação", explica Truschel. "Na indústria de mineração ou agregados, seu produto é o agregado, o sólido. O material é minerado e, em seguida, muitas vezes deve ser limpo, o que usa água. A água fica suja e, em seguida, você precisa limpá-la, geralmente por motivos de descarte ou ambientais.

"No nosso mundo, é o contrário. O lodo é o produto. Estamos apenas tentando remover o solo do caminho para que possamos escavar nosso túnel. O desafio para nós é que o solo normalmente não é uniforme. Pode ser areia, lama, alumina, rocha dura, rocha fraca e tudo o que há entre eles." A Bradshaw Construction é responsável por escavar esse solo, apoiá-lo com segurança e transportar os resíduos. Como as máquinas de escavação de microtúneis transportam por meio do lodo, o sólido deve ser separado do líquido. 

"Nosso produto é realmente o lodo", diz ele. "É o fluido de perfuração. Queremos condicionar melhor o fluido de perfuração para o processo de escavação de túneis." A maioria dos projetos da Bradshaw são de construções novas e têm mais de 30 anos de experiência. Nesses anos, eles experimentaram diferentes tipos de equipamentos de separação.

 

O primeiro estágio da separação é separar os detritos reais que estão saindo da própria máquina.  Isso normalmente é entregue à planta em uma linha de lodo de 4, 5 ou 6 polegadas, dependendo do tamanho da máquina.  Quanto maior a máquina, maior a linha de lodo. Esse fornecimento de lodo geralmente é de pelo menos 30% de teor de sólido. O tamanho do material pode ser qualquer agregado de 5 mícrons a 3 polegadas. Argila e alumina normalmente entram a -74 mícrons. "Quando mineramos, o resíduo do lodo latente entra primeiro em uma planta de separação, que tem uma plataforma de escalpelamento primária que remove todo o agregado grande", diz Truschel. "O que resta é areia e alumina. Após a primeira plataforma de escalpelamento, o material costumava ser coletado usando uma bomba de lodo centrífuga para bombear através de uma série de hidrociclones em uma plataforma de desarenamento. Essa é uma segunda camada, a segunda plataforma foi projetada para remover toda a areia." 

O que resta são partículas finas de material de alumina e argila, geralmente 74 mícrons e menos, após o equipamento de separação fazer uma quantidade significativa de limpeza. "A única maneira de remover as partículas finas ou pequenas com 74 mícrons e menos no lodo é processá-las com pequenos hidrociclones com peneiração fina e, em seguida, enviá-las através de uma centrífuga", diz Truschel. Combinando as tecnologias da Flottweg e da ClearWater, a Bradshaw construiu uma série de unidades modulares que usam uma centrífuga decantadora, dois modelos para a Flottweg (Z4E e Z5E). Elas usam esse sistema desde 2019 e têm quatro sistemas em operação.

O processo de separação

As centrífugas da série Z da Flottweg têm um design modular, tornando-as personalizáveis para aplicações específicas. Quando misturas sólidas/líquidas com uma alta porção de sólidos precisam ser separadas, as centrífugas decanter operam continuamente usando altas forças centrífugas para separar as partículas sólidas finamente distribuídas da suspensão. A aceleração centrífuga separa a fase sólida e um ou dois líquidos. Como o sedimento (fase sólida) tem uma densidade maior, ele se acumula na parede do tambor. A rosca transportadora move o sólido continuamente para as aberturas de saída. A fase líquida flui ao longo da rosca transportadora. 

 

Uma decanter pode ser considerada um tanque de sedimentação enrolado em torno de um eixo. No tanque de sedimentação, as partículas sólidas, que são mais pesadas que o líquido, se movem para o fundo devido à gravidade e formam um sedimento (fase sólida) no fundo do tanque. A fase sólida e a fase líquida são separadas por meio de aceleração centrífuga.  No tambor rotativo da centrífuga, as partículas sólidas, que têm uma densidade maior e, portanto, são mais pesadas do que o líquido, se movem para fora devido à força centrífuga. O sedimento é formado na parede interna do tambor da centrifuga. Uma vez que forças centrífugas de aproximadamente 3000 g são exercidas em uma centrífuga em vez de 1 g em um campo gravitacional, a separação das partículas sólidas do líquido é muito mais rápida e eficiente.

Vantagens do uso da técnica de centrífugas para escavação de microtúneis

Medir os resultados é o nome do jogo em um canteiro de obras de construção civil, diz Truschel.  "Se você entrar em um trabalho e olhar para o efluente que sai da descarga da centrifuga e a água estiver cristalina, não há nada melhor", explica. Portanto, mesmo que não seja tradicional usar uma centrifuga Flottweg para um projeto de escavação de microtúneis, vimos resultados claros."

Truschel disse que há vantagens óbvias para o sistema que ele criou usando equipamentos Flottweg. 

 

1. Máquinas de alta qualidade que produzem efluentes claros com tempo de parada mínimo. "Essas são unidades móveis, por isso nunca ficam no mesmo lugar. É realmente difícil ter uma ideia de quantas horas de tempo de operação versus tempo de inatividade, mas eu diria que é provavelmente menos de 1% de tempo de inatividade em comparação com as horas reais de operação", diz Truschel. "Se funcionar 100 horas seguidas, terá menos de uma hora de parada."
2. Suporte em termos de disponibilidade de peças e assistência técnica.
3. Personalização. "Muitos outros fornecedores fornecem uma centrifuga e um painel do operador e cabe a você descobrir o resto", diz Truschel. "A Flottweg tem sido realmente útil em termos de poder construir equipamentos personalizados para nós, o que também oferece flexibilidade."
4. Desempenho. "O principal é que o equipamento tenha desempenho", diz ele. "Você quer retirar o sólido do líquido. Devemos ter certeza de que podemos remover sólidos suficientes para criar um efluente claro." 

No processo de escavação de microtúneis, a água limpa é reciclada de volta para o tanque de fluido de perfuração. "No final do projeto, quando o túnel estiver concluído, temos todo esse fluido de perfuração. Não podemos simplesmente despejá-lo no chão", diz Truschel. "Com uma centrifuga de boa qualidade da Flottweg e uma unidade de floculação de boa qualidade da ClearWater, podemos remover 99% dos sólidos do fluido de perfuração. Talvez você possa descarregá-los em um sistema de filtração e, literalmente, simplesmente descarregá-los de volta para uma galeria pluvial." Isso também produz uma grande redução nos custos de descarte.

 

Autor:

Por Daniel Lakovic, gerente de desenvolvimento de negócios da Flottweg Separation Technology