Sistema Logístico Reverso Aplicado a Planta de Processamento de Rejeitos de Barragem de Minério de Ferro

Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil Mestrado Profissional em Construção Metálica Sistema logístico reverso aplicado a planta de processamento de rejeitos de barragem de minério de ferro Autora Samantha Rodrigues de Araújo Orientador Prof Dr Ricardo André Fiorotti Peixoto Co orientadora Profa Dra Lásara Fabrícia Rodrigues Ouro Preto Maio de 2018 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil Mestrado Profissional em Construção Metálica Sistema logístico reverso aplicado a planta de processamento de rejeitos de barragem de minério de ferro Autora Samantha Rodrigues de Araújo Orientador Prof Dr Ricardo André Fiorotti Peixoto Co orientadora Profa Dra Lásara Fabrícia Rodrigues Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado Profissional em Construção Metálica da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil área de concentração Gestão Produção e Projetos Ouro Preto Maio de 2018 RESUMO Nas atividades inerentes a mineração ocorre uma elevada geração de materiais de baixo ou nenhum valor econômico cuja destinação impacta de maneira direta na viabilidade do seu reaproveitamento Os principais materiais gerados são os estéreis e os rejeitos sendo os estéreis provenientes das atividades de extração do minério e os rejeitos gerados pelas usinas de beneficiamento Geralmente os estéreis são dispostos em pilhas e os rejeitos são armazenados em barragens na forma de lama Estudos recentes apontam que a extração e o beneficiamento de minérios com baixa qualidade aumentará nos próximos anos elevando portanto a geração de resíduos Somente em 2017 aproximadamente 229 milhões de toneladas de rejeitos de minério de ferro foram produzidos no Brasil Portanto sem a devida destinação final esses resíduos causam impactos ambientais econômicos e sociais fato que tem motivado o desenvolvimento de estudos com o intuito de encontrar possíveis alternativas de reaproveitamento para estes materiais Diante disso a logística reversa se apresenta como uma importante ferramenta já que auxilia no dimensionamento adequado dos recursos logísticos necessários por transportar o rejeito do local onde se encontra armazenado até o local em que será reaproveitado Dessa forma este trabalho tem como objetivo dimensionar e comprovar a viabilidade econômica de um sistema logístico reverso responsável por transportar o rejeito armazenado em uma planta de processamento de rejeitos de barragem de minério de ferro até o local da construção de uma pavimentação rodoviária onde será utilizado como matéria prima para infraestrutura Como resultado o sistema logístico foi dimensionado considerando as restrições de capacidade dos recursos e limitações operacionais e sua viabilidade econômica de implementação foi comprovada Palavras Chaves Rejeito de Minério de Ferro Simulação Viabilidade Econômica Aproveitamento ABSTRACT In mining activities there is a high generation of materials of low or no economic value whose destination impacts directly on the viability of its reuse The main materials generated are the sterile and the tailings being the sterile coming from the activities of extraction of the ore and the tailings coming by the beneficiation plants Usually the sterile is disposed in piles and the tailings are deposited in dams in the form of mud Recent studies indicate that the extraction and processing of low quality ores will increase in coming years increasing the generation of waste Only in 2017 approximately 229 million tons of iron ore tailings were produced in Brazil However without the proper destination these wastes cause environmental economic and social impacts a fact that has motivated the development of studies with the objective of find alternatives to reuse these materials In this scenario reverse logistics presents itself as an important tool since it assists in the adequate dimensioning of the necessary logistic resources for transporting the waste from the place where it is stored to the place where it will be reused Therefore the objective of this work is to evaluate and prove the economic feasibility of a reverse logistics system responsible for transporting tailings stored in a dam to the place where the paving will be built where it will be used as the feedstock As a result the logistic system was scaled considering resource constraints and operational limitations and its economic feasibility of implementation was proven Keywords Iron ore tailings Simulation Economic Feasibility LISTA DE FIGURAS Figura 1 Etapas do tratamento do minério 13 Figura 2 Fases de um estudo de simulação 21 Figura 3 Sistema logístico 22 Figura 4 Modelo conceitual 25 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Dados de entrada 26 Quadro 2 Dados de Controle 27 Quadro 3 Expressões probabilísticas utilizadas como parâmetros de entrada do modelo de simulação 28 Quadro 4 Custos do sistema logístico referentes aos 2 cenários de simulação 30 Quadro 5 Resultado da simulação 32 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Distâncias e caminhões pilhaspavimentação 33 Tabela 2 Custo médio de transporte tonelada de rejeito 33 SUMÁRIO 1 Introdução 10 2 Referencial Bibliográfico 13 21 Mineração 13 22 Rejeito da mineração do minério de ferro e sua utilização na cadeia produtiva da construção civil 15 23 Simulação Computacional 18 24 Análise de Viabilidade Econômica 20 3 Metodologia 21 31 Modelo de Simulação 21 32 Formulação do Problema 22 33 Definição dos Objetivos 23 331 Na Barragem 23 332 Na Planta Industrial 23 333 No Local da Pavimentação 24 34 Modelo Conceitual 24 35 Coleta de Dados 25 36 Tradução do Modelo 28 37 Verificação do Modelo 28 38 Validação do Modelo 29 39 Proposição de Cenários 29 310 Testes e Análises Mudanças e Documentação 29 311 Viabilidade Econômica 29 4 Resultados e Discussões 32 5 Conclusão 36 6 Referências 37 1 Introdução Conforme Bacci et al 2006 a prática relacionada à exploração mineral pode gerar impactos ambientais irreversíveis Da perspectiva ambiental o uso exploratório dos recursos minerais se caracteriza como uma atividade não sustentável já que para a sua prática é necessária a retirada dos recursos naturais do meio ambiente contribuindo portanto para o esgotamento do minério visto que a maioria desses materiais não é renovável Cabral 2012 No entanto Yellishetty et al 2008 afirmam ser possível que as atividades inerentes a mineração tornemse sustentáveis porém é necessário atestar sua viabilidade econômica ambiental e social Todavia estudos referentes a sustentabilidade geralmente são complexos destituídos de diretrizes práticas e na maioria dos casos se concentram principalmente no componente energético Ismail Hashmi 2008 Especificamente no setor da mineração conforme Instituto Brasileiro de Mineração Ibram 2016 houve um considerável aumento das atividades de extração do minério de ferro no país possibilitando o beneficiamento de minérios com qualidade baixa Esse fato fez com que a geração de rejeitos aumentasse tornando a disposição final e o gerenciamento dos rejeitos assuntos cada vez mais importantes Conforme Kinnunen et al 2017 os volumes de rejeitos crescem na mesma proporção da produção da mineração fato que leva a geração de graves problemas de passivos ambientais Um estudo realizado por Jones e Boger 2012 revelou que 14 bilhões de toneladas de rejeitos foram produzidos pelo setor de mineração somente no ano de 2010 Vale destacar que o grande volume de rejeitos resulta em um problema espacial devido a grande área destinada ao armazenamento e em um problema temporal já que se faz necessários longos períodos para que o rejeito seja gerenciado e reabilitado Adiansyah et al 2015 Os autores ressaltam que a gestão desses rejeitos é uma questão crítica na mineração devido aos impactos irreversíveis causados ao meio ambiente Dessa forma a composição físicoquímica desses elementos se apresenta como o principal foco de pesquisas e estudos para que perspectivas possíveis possam ser alcançadas viabilizando alternativas para o aproveitamento dos rejeitos Yellishetty et al 2008 Vale destacar que a forma de descarte e disposição dos rejeitos de minério de ferro mais utilizada pelas mineradoras brasileiras é a feita em superfície em que os rejeitos são transportados em forma de lama e dispostos em barragens Ibram 2016 Ipea 2012 Além disso a lama possui teor de água elevado sendo a causa principal de falhas nas barragens Burritt Christ 2018 Morgenstern et al 2016 Fourie 2012 Franks et al 2010 Atualmente no país as alternativas frequentemente adotadas para a utilização dos rejeitos provenientes da mineração são prioritariamente o armazenamento de lamas em rejeitos de barragens e o empilhamento e preenchimento de cavas exauridas de minas Wolff 2009 Wolff Costa Dutra 2011 Por sua vez a configuração atual do cenário econômico do país tem proporcionado o aumento da demanda por agregados naturais na construção civil Segundo Ibram 2016 673 milhões de toneladas de agregados naturais foram produzidas em 2014 cujo consumo se deu principalmente na região sudeste No entanto simultaneamente a esse fato aumentam as restrições ambientais a sua exploração e a distância entre o local de aquisição do agregado ao local de sua utilização ampliando portanto o custo final da obra Diante desse tema pesquisas vêm sendo desenvolvidas a fim de analisar a viabilidade da substituição da matéria prima por rejeitos da mineração no setor de construção civil como as de Luo et al 2016 Peixoto et al 2016 Shettima et al 2016 Sabat et al 2015 Fontes et al 2016 Bastos et al 2016 Silva et al 2014 Vergara 2012 e Campanha 2011 Esses estudos mostram que há um grande potencial para a reciclagem de resíduos na cadeia produtiva da construção civil Portanto este trabalho tem por objetivo dimensionar um sistema logístico reverso utilizando simulação computacional Esse sistema é responsável por transportar o rejeito da mineração de minério de ferro armazenado em uma planta industrial de processamento de rejeitos extraídos de uma barragem até o local da construção de uma pavimentação rodoviária onde o rejeito será utilizado como matéria prima Pretendese ainda analisar a viabilidade econômica para o sistema logístico proposto 2 Referencial Bibliográfico 21 Mineração O conjunto de atividades realizadas com o intuito de extrair o minério do depósito mineral é chamado lavra e o depósito mineral em lavra é denominado mina Luz Sampaio e França 2010 No entanto o minério extraído não se encontra nas condições adequadas para ser utilizado imediatamente Assim após a lavra os minérios são submetidos a um tratamento com o objetivo de tornálos aptos à utilização sendo que este tratamento divide o minério extraído em duas parcelas concentrado e rejeito Ipea 2012 A Figura 1 apresenta o fluxograma referente ao processo de tratamento do minério Figura 1 Etapas do tratamento do minério Fonte Luz Sampaio e França 2010 No que se refere a mineração do minério de ferro ocorre a geração de uma elevada quantidade de resíduos dentre os quais se destacam os rejeitos gerados pelas usinas de beneficiamento depositados em barragens Araújo 2006 Ipea 2012 Lozano 2006 e os estéreis gerados pelas atividades de extração de minério de ferro Um estudo realizado pelo Ipea 2012 apontou que dentre as principais substâncias responsáveis pela geração de rejeitos no setor da mineração no país o minério de ferro representará aproximadamente 40 do total dessa geração em uma projeção até 2030 Os rejeitos são partículas sólidas resultantes da britagem da moagem e do tratamento químico do minério não assumindo nenhum valor econômico Lozano 2006 Atualmente no Brasil o método mais utilizado para a disposição dos rejeitos são as barragens Ibram 2016 Ipea 2012 Conforme a International Commission on Large Dams ICOLD 2012 acidentes mundiais e nacionais vêm acontecendo com barragens de rejeitos e na maioria dos casos as principais causas desses acidentes estão relacionadas ao balanço hídrico nessas estruturas ao método construtivo e à gestão de segurança da operação Dentre esses acidentes se destacam o rompimento da barragem de Fundão em 2015 situada em MarianaMG onde 55 milhões de metros cúbicos de rejeito de minério de ferro atingiram o município de Bento Rodrigues destruindo 158 casas e causando a morte de 17 pessoas o rompimento de uma barragem que armazenava rejeito de minério de ferro em HubeiChina no ano de 2017 Neste caso 200000 metros cúbicos de rejeitos inundaram uma lagoa de aproximadamente 27 hectares Além disso duas pessoas foram mortas e uma pessoa está desaparecida o rompimento de uma barragem localizada em BarcarenaPará em 2018 em que o rejeito proveniente de uma indústria de bauxita inundou as áreas residenciais vizinhas a barragem inutilizando o suprimento de água potável na área Com o intuito de incentivar atividades direcionadas a reciclagem e ao aproveitamento de rejeitos o Plano Nacional de Mineração 2030 afirmou que o setor deve estabelecer diretrizes claras quanto à reciclagem de metais e de outros minérios intensificando as atividades de logística reversa também chamada de logística verde a qual viabilizará as atividades de reciclagem no país Desse modo a logística reversa se apresenta como uma importante ferramenta que tem por objetivo auxiliar no gerenciamento dos rejeitos e consequentemente possibilitar oportunidades econômicas com o seu reaproveitamento Por conseguinte Leite 2003 e Chavez 2009 afirmam que a logística reversa tem como objetivo possibilitar a reintegração de um produto ou parte dele novamente ao ciclo de negócios além de agregar valores através do planejamento de redes reversas Existem dois tipos de canais reversos pósconsumo o canal aberto e o canal fechado Leite 2003 No canal fechado o resíduo depois de transformado retorna ao processo produtivo de origem já no canal aberto o resíduo transformado terá uma utilização distinta da que teve no canal de distribuição direto Considerase que a classificação para os diferentes canais de uma rede de logística reversa é relevante para este trabalho já que este estudo analisa a viabilidade de construção de uma rede de logística reversa de canal aberto pois o rejeito proveniente da barragem será utilizado como matéria prima na construção de uma infraestrutura de uma pavimentação rodoviária não retornando novamente para o processo de origem No entanto existem obstáculos para implantação da rede de logística reversa dentre os quais se destacam baixo comprometimento da alta administração falta de mão de obra especializada para o dimensionamento da rede falta de investimento em infraestrutura Abdulrahman et al 2012 tempo escasso dos decisores para o devido planejamento da rede logística reversa e a falta de estudos que avaliem os benefícios econômicos e ambientais Hernandez et al 2012 Gunasekaran Ngai 2012 22 Rejeito da mineração do minério de ferro e sua utilização na cadeia produtiva da construção civil Representando um dos principais atores da economia do país a cadeia produtiva da construção civil contempla um conjunto de atividades que envolvem aproximadamente 12 milhões de pessoas o que corresponde a 13 da força de trabalho brasileira Fiesp 2017 A Fiesp 2017 afirma que os investimentos no setor de construção representam aproximadamente 10 do Produto Interno Bruto PIB nacional Assim o elevado potencial da cadeia produtiva da construção civil como uma grande recicladora de resíduos se deve principalmente a dois fatores conforme a pesquisa desenvolvida por Jonh 2000 1 O setor é o maior consumidor de materiais na economia e daí a sua grande possibilidade de reciclar 2 Os variados e diferentes ramos da cadeia produtiva do setor extração de matérias primas arquitetura engenharia projetos serviços técnicos e especializados e a indústria de máquinas e equipamentos estão presentes em quase a totalidade das regiões do país Os resíduos gerados na indústria da mineração devido a sua composição e características materiais finos compostos por sílica seguida de hematita alumina e minerais minoritários podem ser utilizados no setor da construção civil como materiais agregados de matrizes de cimento Portland como argamassas e concretos na fabricação de cerâmicas e tijolos bem como na construção de pavimentação rodoviária Silva et al 2014 Dessa forma a busca por alternativas para a utilização dos resíduos provenientes da extração do ferro vem sendo alvo de pesquisas que tem como foco comprovar a viabilidade técnica de sua utilização como matéria prima na cadeia produtiva da construção civil Peixoto et al 2016 Fontes et al 2016 Marinho et al 2014 Andrade et al 2016 e Paula et al 2013 buscaram comprovar a viabilidade da utilização de rejeitos da mineração de ferro na produção matrizes de cimento Portland e como resultados demonstraram que o comportamento dessas matrizes compostas com rejeito apresentouse compatível em relação às matrizes produzidas com agregados naturais Yao et al 2014 atestaram a viabilidade técnica de se utilizar rejeitos de minério de ferro na confecção de materiais cerâmicos O trabalho realizado teve como objetivo atestar a possibilidade de se utilizar os rejeitos para desenvolver telhas cerâmicas como absorventes de microondas na frequência de gigahertz Como resultados os autores observaram que se podem encontrar diferentes faixas de absorção de microondas simplesmente alterando a espessura da camada cerâmica Das Kumar e Ramachandrarao 2000 também avaliaram a possibilidade da reutilização dos rejeitos da mineração do ferro na fabricação de telhas cerâmicas Como resultado deste trabalho os autores verificaram que as telhas fabricadas com o rejeito possuíam alta resistência e dureza em comparação com as telhas convencionais além de estarem dentro dos padrões que exigem as normas Vieira et al 2006 tiveram como objetivo caracterizar os rejeitos da mineração de ferro e avaliar a influência de sua adição nas propriedades físicas e mecânicas de uma massa de cerâmica vermelha Os resultados mostraram que a granulometria dos rejeitos é adequada para incorporação em cerâmica vermelha sendo que o rejeito incorporado na quantidade de 5 em peso melhora a absorção de água e a resistência mecânica da cerâmica Chen et al 2011 analisaram em sua pesquisa a possibilidade de utilização de rejeitos da mineração de ferro da China para a construção de tijolos Além dos rejeitos foram adicionadas ao processo argila e cinzas obtidas de precipitadores eletrostáticos de uma usina térmica para melhoria da qualidade do tijolo Como principais resultados a pesquisa demonstrou a viabilidade de se fabricar tijolos utilizandose rejeitos da mineração de ferro podendo a porcentagem de rejeito utilizado ser de até 84 do peso total dos compostos observandose os teores de água pressão e temperatura Nociti 2011 constatou que ao se agregar até 50 de rejeitos finos da mineração à massa cerâmica para a fabricação de tijolos maciços os mesmos atendem aos valores do módulo de ruptura à flexão exigidos pelas normas brasileiras No entanto o autor mostrou que valores superiores a este provocam uma queda na resistência não sendo favorável para tijolos estruturais Yellishetty et al 2008 analisaram a adequação de resíduos da mineração de ferro considerando tanto estéril quanto o rejeito de uma mina de ferro da Índia para uso desses elementos na construção civil Neste estudo concluiuse que as partículas com granulometria de 125 a 20 mm são bastante adequadas para uso na fabricação de concreto As partículas com granulometria entre 475 a 125 também foram avaliadas com êxito quando utilizadas como agregado para obras de construção diversas E as partículas inferiores a 475 mm se mostraram bastante adequadas à fabricação de tijolos Filho et al 2017 avaliaram a utilização de rejeitos da mineração de ferro na produção de pavers blocos de concreto para pavimentação Nesse trabalho verificouse que a adição de rejeitos finos de concentração de minério de ferro pode dificultar a desmoldagem dos blocos de concreto quando utilizados como agregados porém melhoram de forma global o desempenho do material e diminuem o impacto ambiental causado pela realização da atividade mineradora Costa et al 2014 obtiveram resultados relevantes sobre a viabilidade técnica do aproveitamento do rejeito da mineração de ferro como agregado na produção do concreto para a fabricação de elementos préfabricados destinados à pavimentação O trabalho dos autores concluiu que as resistências características à compressão dos blocos produzidos com rejeito apresentaram valores muito próximos às obtidas na produção de referência da indústria Liu e Xu 2011 investigaram a viabilidade de substituir a areia natural utilizada na fabricação do concreto por rejeitos de minério de ferro a fim de encontrarem uma nova alternativa para se utilizar os rejeitos Ao estudarem as propriedades mecânicas da mistura de concreto pulverizado com diferentes proporções de rejeito encontraram a proporção ideal O resultado do estudo indicou que com 20 de rejeitos na substituição da areia natural o desempenho do concreto pulverizado é o melhor Ismail e Hashmi 2008 examinaram a viabilidade da reutilização do rejeito de minério de ferro na fabricação de concreto O estudo visava verificar a possibilidade de substituir parcialmente a areia utilizada na fabricação do concreto pelo rejeito e os testes realizados slump densidade fresca densidade seca compressão resistência e resistência à flexão tinham por objetivo avaliar a qualidade do concreto fabricado com o rejeito Como principais resultados os autores confirmaram que a utilização dos rejeitos é viável na fabricação de concreto já que o concreto fabricado com o rejeito apresentou maiores resistências à compressão e resistência à flexão do que as misturas de concreto simples Bastos et al 2016 demonstraram em seu trabalho a viabilidade de se produzir infraestrutura para pavimentos com rejeitos de barragem de minério de ferro com desempenho adequado e que atendessem as demandas técnicas Além disso comprovaram que a mistura entre rejeitos de barragem de minério de ferro e outros rejeitos granulares podem produzir uma mistura estabilizada granulometricamente de grande capacidade mecânica Como principais resultados os autores mostraram que utilizar o rejeito de minério de ferro é uma solução viável para uso em camadas para pavimentação rodoviária no entanto deixou claro que o cimento ainda permanece como sendo o estabilizador mais eficiente para misturas sem adição de materiais granulares O estudo realizado por Saraiva 2006 também teve como objetivo apresentar materiais alternativos para a construção da estrutura de pavimentos rodoviários Sua metodologia envolveu a construção de um trecho experimental de 300 m de extensão inseridos na rodovia de ligação Itabira Senhora do Carmo em Minas Gerais Foi utilizada uma mistura composta por 70 de jigue 20 de argila e 10 de rejeito fino de minério combinados com geossintéticos Os resultados do estudo demonstraram tecnicamente que é viável a utilização do rejeito de minério de ferro na composição de misturas para pavimentos rodoviários 23 Simulação Computacional A simulação consiste na representação dos processos de operação do mundo real ao longo do tempo através de um modelo computacional Banks et al 2005 Conforme autores a simulação tem por objetivo auxiliar na compreensão do comportamento do mundo real e analisar possíveis decisões estratégicas para a sua operação Law 2007 ressalta que a simulação consiste na reprodução das atividades ou processos do mundo real em menor tempo e com menor custo auxiliando os gestores no desenvolvimento de estudos a fim de prever erros que acarretariam em gastos elevados Dessa forma a simulação é um método que permite prever a evolução de sistemas complexos em que geralmente não é possível prever por meio de abordagens estáticas e analíticas Negahban e Smith 2014 Bodon et al 2011 Além disso os autores destacam que a simulação possibilita o desenvolvimento de uma interface computacional que pode ser utilizada em projetos ou em operações do sistema de fabricação incluindo atividades de planejamento e agendamento controle em tempo real e análise de desempenho Atualmente é imprescindível para as organizações investir em ferramentas sofisticadas que as permitam manipular e controlar o elevado fluxo de informações referentes ao gerenciamento de seus processos Dentro desse cenário o uso da simulação computacional é essencial na resolução de problemas reais já que após a construção do modelo que representa o sistema real é possível desenvolver um processo estruturado e com métricas quantitativas possibilitando o melhor entendimento sobre as alternativas de solução geradas e assim facilitar de maneira eficaz o processo decisório Azadeh Ghaderi e Izadbakhsh 2008 Conforme Kouki et al 2017 e Andrade 2002 as principais vantagens de se utilizar a simulação para análise de sistemas são a possibilidade do estudo e da experimentação de interações internas complexas bem como a verificação dos impactos ocorridos no sistema devido a mudanças no meio ambiente o controle do tempo já que nas simulações ocorre a manipulação do tempo podendo este ser aumentado ou diminuído sendo possível prever os impactos causados a curto médio e longo prazo Law 2007 a construção de diversos cenários os quais podem ser analisados e respondidos fato que assume grande relevância na fase de planejamento de projeto já que podem prever problemas e assim diminuir o impacto causado por eles no sistema No entanto existem algumas desvantagens no uso da simulação dentre as quais se destacam a construção do modelo de simulação necessita de experiência e tempo do desenvolvedor da simulação Assim modelos que realmente representem o sistema real que se deseja analisar podem ser caros por necessitarem de longo e complexo processo de desenvolvimento Banks et al 2005 e por fim as saídas do processo de simulação podem ser de difícil interpretação Law 2007 Geralmente um estudo realizado por meio de técnicas de simulação deve ser estruturado através de etapas com métricas definidas Banks et al 2005 apresentam uma metodologia para a construção e análise de modelos de simulação que será adotada neste trabalho 24 Análise de Viabilidade Econômica Conforme Woiler e Mathias 1996 um estudo de viabilidade econômica consiste no processamento de informações internas e externas a organização com o intuito de analisar uma decisão de investimento e suas implicações Conforme classificação proposta por Mattos 2006 um estudo de viabilidade econômica pode ser classificado como Estimativa de custo avaliação realizada com base em custos históricos e comparação com projetos similares Neste caso o resultado obtido consiste em um valor aproximado do custo do empreendimento Orçamento preliminar consiste em uma avaliação mais detalhada do que a estimativa de custos Neste caso pressupõe o levantamento de quantidades e uma pesquisa de preços dos principais insumos e serviços Orçamento analítico ou detalhado elaborado com composição de custos e longa pesquisa de preços dos insumos O autor destaca que um estudo de viabilidade econômica realizada via orçamento preliminar necessita de três etapas de desenvolvimento 1 o estudo das condicionantes condições de contorno 2 composição de custos e 3 fechamento do orçamento Na etapa de estudo de condicionantes são identificados os serviços existentes na obra com suas respectivas quantidades Na etapa de composição dos custos cada um dos serviços integrantes da obra é associado ao seu respectivo custo E por fim na etapa de fechamento do orçamento é definida a lucratividade que deseja obter com o investimento na obra 3 Metodologia 31 Modelo de Simulação O estudo de simulação realizado neste trabalho foi adaptado conforme metodologia proposta por Banks et al 2005 o qual está apresentado na Figura 2 As etapas que compõem o estudo de simulação proposto são formulação do problema definição dos objetivos modelo conceitual coleta de dados tradução do modelo verificação do modelo validação do modelo proposição de cenários testes e análises mudanças e documentação Dessa forma essa seção apresentará de maneira detalhada os procedimentos realizados em cada uma dessas etapas as quais serviram de guia para o desenvolvimento da proposta de simulação desenvolvida neste trabalho Figura 2 Fases de um estudo de simulação Fonte Adaptado de Banks et al 2005 32 Formulação do Problema Considerada uma demanda da atividade mineradora que pretende destinar os rejeitos de barragem de minério de ferro de maneira diversa aos atuais depósitos em barragens propôsse a utilização dos rejeitos processados em um sistema externo à mineração para a construção de uma infraestrutura para pavimentação rodoviária Para a viabilização desta alternativa fazse necessário a construção de um sistema logístico responsável por transportar o rejeito da barragem até a planta de processamento externa à barragem e na sequência do processamento transportar os produtos obtidos do processamento do rejeito até o local da construção da pavimentação Assim a primeira etapa desta pesquisa consistiu da caracterização do sistema logístico reverso proposto definindo sua dinâmica de funcionamento bem como os principais elementos envolvidos A Figura 3 esquematiza o sistema logístico proposto Figura 3 Sistema logístico O modelo proposto considera o funcionamento do sistema compreendendo 1 a retirada do rejeito armazenado nas barragens 2 o transporte desse material para a planta industrial onde será processado e estocado por 48h alternativa a paralizações por manutenção alimentação ou dano de origem qualquer e 3 transporte do rejeito para o local onde será construída a pavimentação 33 Definição dos Objetivos Nesta etapa foram definidos os objetivos da simulação 1 Calcular a quantidade de recursos escavadeiras carregadeiras e caminhões necessários no sistema logístico de forma a atender a demanda do sistema 2 Identificar as filas e restrições em todo o sistema operacional de transporte do rejeito desde à sua retirada na barragem até o despacho para o local de construção da pavimentação Além da definição dos objetivos descritos acima a descrição das atividades realizadas em cada local da infraestrutura também foi realizada bem como a identificação dos recursos necessários para a realização de cada uma dessas atividades As atividades consideradas na simulação acontecem em três locais distintos na barragem de rejeito na planta industrial e no local onde será construída a pavimentação Dessa forma as seções a seguir mostrarão as especificidades inerentes a cada um desses locais bem como a descrição das atividades realizadas 331 Na Barragem O local onde se iniciam as atividades do sistema a ser dimensionado é a barragem de rejeito de minério de ferro O rejeito armazenado em forma de lama é retirado por uma escavadeira que imediatamente carrega os caminhões os quais transportam o rejeito da barragem até a planta industrial por uma distância de 7 km Assim que o rejeito é descarregado na planta industrial os caminhões voltam a ficar disponíveis para serem novamente abastecidos pela escavadeira dando origem ao primeiro fluxo de caminhões do modelo de simulação denominado barragem planta 332 Na Planta Industrial O rejeito é descarregado na planta industrial onde permanece armazendado por 48 horas para então ser processado e depositado nas pilhas de estocagem O transporte do rejeito entre a planta industrial e as pilhas de estocagem é realizado por correias transportadoras de 100 60 e 20 m de comprimento Um recurso carregadeira alimenta as correias transportadoras com o rejeito processado na planta industrial Cada uma dessas correias é responsável por formar 8 pilhas de rejeito sendo necessárias 398 toneladas de rejeito para formar uma pilha em 1 hora Assim a primeira correia a ser utilizada permanece 8 horas ligada transportando portanto 3184 toneladas de rejeito para as pilhas Assim que essa quantidade transportada é atingida a primeira correia é desligada e imediatamente a segunda correia entra em funcionamento iniciando o mesmo processo de preenchimento de pilhas Assim que a correia 2 enche 8 pilhas de rejeito ela é desligada e a terceira correia entra em funcionamento enchendo mais 8 pilhas Logo que a terceira correia termina de formar as 8 pilhas a primeira correia é ligada e reiniciase o processo de enchimento das pilhas 333 No Local da Pavimentação O rejeito estocado nas pilhas é retirado por uma carregadeira que abastece os caminhões os quais transportarão o rejeito até o local da construção da pavimentação Assim que o caminhão descarrega o rejeito na pavimentação ele retorna ao local das pilhas e volta a ficar disponível novamente para ser abastecido pela carregadeira dando origem ao segundo fluxo de caminhões do modelo denominado pilhasbarragem 34 Modelo Conceitual O modelo de simulação apresentado de forma conceitual teve como objetivo traduzir o fluxo de atividades do sistema real para uma linguagem sequencial analítica e lógica conforme apresentado na Figura 4 Figura 4 Modelo conceitual No modelo conceitual não foram consideradas as especificidades do sistema real no modelo tais como tempo gasto pelos recursos para executar as atividades quantidade de recursos e custos envolvidos lembrando que o objetivo dessa fase é a construção de um modelo simplificado 35 Coleta de Dados Esta etapa consistiu em identificar os dados que abastecem o simulador os quais podem ser classificados como 1 Dados de entrada provenientes das características específicas do sistema estudado 2 Dados de controle os quais terão seus valores iniciais obtidos através da simulação do sistema e que serão aprimorados e ajustados a cada simulação Os dados de entrada utilizados no modelo de simulação estão apresentados conforme Quadro 1 Quadro 1 Dados de entrada Parâmetros Descrição Capacidade Capacidade escavadeira Capacidade da escavadeira 9 ton Capacidade carregadeiraplanta Capacidade da carregadeira alocada na planta industrial 9 ton Capacidade carregadeirapilha Capacidade da carregadeira alocada na pilha de estocagem 9 ton Capacidade caminhaoentrada Capacidade dos caminhões ciclo barragem planta 22 ton Capacidade caminhãosaida Capacidade dos caminhões ciclo pilha pavimentação 40 ton Comprimento da correia1 Comprimento da correia transportadora 1 100 m Comprimento da correia2 Comprimento da correia transportadora 2 60 m Comprimento da correia3 Comprimento da correia transportadora 3 20 m Distância barragemplanta Distância entre o local da barragem e a planta industrial 7 km Tempo de secagem Tempo de secagem do rejeito na planta industrial 2 dias Já os dados de controle utilizados no modelo de simulação podem ser observados conforme Quadro 2 Quadro 2 Dados de Controle Parâmetros Descrição Capacidade Número de caminhõesentrada Número de caminhões alocados no ciclo barragem planta unidades Número de caminhõessaída Número de caminhões alocados no ciclo pilha pavimentação unidades Conta rejeito Quantidade de rejeito contido na planta industrial ton Conta rejeito pilhas Quantidade de rejeito contido nas pilhas ton Taxa de ocupação escavadeira Taxa de ocupação da escavadeira alocada na barragem Taxa de ocupação carregaplanta Taxa de ocupação da carregadeira alocada na planta industrial Taxa de ocupação carregapilha Taxa de ocupação da carregadeira alocada na pilha de estocagem Taxa de ocupação caminhãoentrada Taxa de ocupação dos caminhões no ciclo barragem planta Taxa de ocupação caminhãosaida Taxa de ocupação dos caminhões no ciclo pilha pavimentação O Quadro 3 apresenta os dados probabilísticos adotados como dados de entrada do modelo de simulação Notase que todos os parâmetros descritos no Quadro 3 utilizam a distribuição de probabilidade normal NORM média desvio padrão em que médias foram estimadas baseadas nas distâncias entre os locais em que o rejeito deve ser transportado e no tempo gasto pelos recursos para realizar uma atividade Para os valores referentes aos desvios foi assumido o valor de 10 uma vez que a variabilidade nesse tipo de sistema não é alta conforme observado por Ribeiro 2015 Quadro 3 Expressões probabilísticas utilizadas como parâmetros de entrada do modelo de simulação Parâmetro Descrição Valor Unidade Tcarregabarragem Expressão que define o tempo de carga do caminhão na barragem NORM 15 015 minutos Tdeslccaminhaoentrada Expressão que define o tempo de transporte do rejeito da barragem para planta industrial NORM 105105 minutos Tdescargaplanta Expressão que define o tempo de descarga do caminhão na planta NORM 20 02 minutos Tcarregacorreia Expressão que define o tempo de carregamento das correias NORM 15 015 minutos Tcarregapilha Expressão que define o tempo de carga do caminhão nas pilhas NORM 45 045 minutos Tdeslccaminhaosaida Expressão que define o tempo de transporte do rejeito das pilhas para pavimentação NORM média desvio padrão Esta expressão varia conforme variações nos valores das distâncias entre as pilhas e a pavimentação minutos 36 Tradução do Modelo Nessa etapa o modelo conceitual desenvolvido anteriormente foi traduzido em uma linguagem computacional para que a simulação de fato iniciasse O modelo de simulação foi construído em um software dedicado para estudos de simulação 37 Verificação do Modelo Depois de construído o modelo de simulação havia a necessidade de atestar a execução correta pelo software Para tanto foi realizada uma simulação a fim de verificar se os parâmetros de entrada e a estrutura lógica foram inseridos de forma correta no modelo Ao final desse teste observouse que os elementos representados estavam inseridos corretamente e portanto a verificação foi concluída 38 Validação do Modelo Nesta etapa o modelo de simulação foi calibrado através de um método interativo em que os dados de controle foram ajustados até que os dados de entrada e as restrições do sistema fossem satisfeitos 39 Proposição de Cenários Nesta etapa definiramse as alternativas cenários que se queria simular 1 Cenário 1 composto por caminhões transportando os rejeitos no trajeto barragem planta 2 Cenário 2 composto por correias transportadoras transportando o rejeito no trajeto barragem planta 310 Testes e Análises Mudanças e Documentação Nesta fase os testes começaram a ser executados pela simulação e com o objetivo de verificar se os resultados obtidos estavam coerentes estabeleceramse algumas medidas de desempenho Neste caso os indicadores considerados foram a taxa de utilização dos recursos escavadeira carregadeira e caminhões Logo em seguida na etapa Mudanças verificouse que a simulação estava alinhada com os objetivos prédeterminados e portanto não houve a necessidade de se executar mais iterações com a adição de novos parâmetros A etapa de Documentação e Relatório consistiu em arquivar os relatórios gerados pelo software de simulação e o próprio desenvolvimento desse trabalho o qual relatou de forma detalhada todas as etapas necessárias para que o estudo de simulação pudesse ser realizado 311 Viabilidade Econômica A análise da viabilidade econômica proposta consiste em um orçamento preliminar já que houve o levantamento dos custos envolvidos em cada local do sistema dimensionado os quais foram associados às quantidades de cada insumo obtidas por meio do estudo de simulação realizado anteriormente Os custos referentes ao valor de aquisição dos caminhões 22 ton e 40 ton foram retirados da plataforma online disponibilizada pela Fundação Instituto de Pesquisas Econômicas FIPE Já os custos referentes ao valor de aquisição da escavadeira e carregadeira bem como os custos inerentes ao operador de cada equipamento foram retirados do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil SINAPI plataforma online desenvolvida e disponibilizada pela Caixa Econômica Federal Já os custos referentes ao valor de aquisição das correias transportadoras foram obtidos e adaptados através dos dados disponibilizados pelo estudo de Ribeiro et al 2016 O rejeito transportado até o local da construção da pavimentação será utilizado como matéria prima em substituição dos materiais finos granulares convencionalmente utilizados para construção de infraestrutura de pavimentação Conforme SINAPI 2018 o preço médio de uma tonelada de areia é R 2500 Por isso o custo de R 2500 por tonelada de rejeito transportado foi adotado como parâmetro para atestar a viabilidade econômica de construção do sistema logístico O tempo previsto de funcionamento do sistema é 20 anos sendo este valor considerado nos cálculos dos custos de aquisição manutenção mão de obra juros e combustível Diante disso os custos totais referentes a cada um dos locais do sistema logístico foram obtidos conforme Quadro 4 Quadro 4 Custos do sistema logístico referentes aos 2 cenários de simulação Cenário de simulação 1 Cenário de simulação 2 Na Barragem Na Barragem Equipamento Descrição dos custos Cálculo dos custos Equipamento Descrição dos custos Cálculo dos custos Escavadeira CE Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CB CE CCE CMB Escavadeira CE Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CB CCTB CCE CMB Caminhão entrada CCE Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O Correias transportadoras CCTB Valor de aquisição VA Valor da estrutura metálica VM Juros J Manutenção M Consumo de eletricidade E Custo de Manutenção da Barragem CMB Custo de Manutenção da Barragem Custo de Manutenção da Barragem CMB Custo de Manutenção da Barragem Na Planta Industrial Na Planta Industrial Carregadeira CCAR1 Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CPI CCAR1 CCT Carregadeira CCAR1 Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CPI CCAR1 CCT Correias transportadoras CCT Valor de aquisição VA Valor da estrutura metálica VM Juros J Manutenção M Consumo de eletricidade E Correias transportadoras CCT Valor de aquisição VA Valor da estrutura metálica VM Juros J Manutenção M Consumo de eletricidade E Nas Pilhas de Estocagem Nas Pilhas de Estocagem Carregadeira CCAR2 Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CP CCAR2 CCS Carregadeira CCAR2 Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O CP CCAR2 CCS Caminhão saída CCS Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O Caminhão saída CCS Valor de aquisição VA Valor residual VR Juros J Manutenção M Combustível C Operador O O custo específico de cada equipamento CEQ foi calculado conforme equação 41 CEQ VA VR JMCO 41 Em seguida foram realizadas variações nas distâncias entre as pilhas de estocagem e o local da pavimentação e para cada variação da distância foi calculado o custo referente a aquela variação Esse procedimento foi realizado em ambos os cenários de simulação com o intuito de calcular os custos envolvidos em cada uma das distâncias e encontrar a distância equivalente ao custo de R 2500 por tonelada de rejeito transportada 4 Resultados e Discussões O resultado obtido da simulação apresenta as quantidades finais de cada recurso presente no sistema logístico como observado no Quadro 5 Quadro 5 Resultado da simulação Cenário 1 Na Barragem Na Planta Industrial Nas Pilhas de Estocagem Recurso Qtd Capacidade Recurso Qtd Descrição Recurso Qtd Capacidade Escavadeira 1 9 ton Carregadeira 1 9 ton Carregadeira 1 9 ton Caminhão 14 22 ton Correias transportadoras 3 100m 60m 20m Caminhão Variável conforme distância Ver Tabela 1 40 ton Cenário 2 Na Barragem Na Planta Industrial Nas Pilhas de Estocagem Recurso Qtd Capacidade Recurso Qtd Descrição Recurso Qtd Capacidade Escavadeira 1 9 ton Carregadeira 1 9 ton Carregadeira 1 9 ton Correia transportadora 1 7 km Correias transportadoras 3 100m 60m 20m Caminhão Variável conforme distância Ver Tabela 1 40 ton A Tabela 1 mostra a quantidade de caminhões necessária para transportar o rejeito estocado nas pilhas até a pavimentação para diferentes valores de distância Como observado na Tabela 1 as quantidades de caminhões são as mesmas para ambos os cenários Isso ocorre porque a quantidade de caminhões necessária para transportar o rejeito das pilhas para o local da pavimentação não é impactada quando se muda o transportador do rejeito da barragem para a planta A quantidade de caminhões é definida conforme a quantidade de rejeito estocada nas pilhas e esta é a mesma para ambos os cenários considerando que a quantidade de rejeito transportada pelas correias é a mesma quantidade transportada pelos caminhões Tabela 1 Distâncias e caminhões pilhaspavimentação Cenários 1 e 2 Distância entre pilhas de estocagem e pavimentação km Quantidade de caminhões 30 14 50 21 70 30 90 38 110 46 130 54 150 62 170 70 190 78 210 86 230 94 250 102 270 110 290 118 310 126 Depois de obtidos os custos referentes a cada distância foi encontrada a distância equivalente ao custo de R 2500 por tonelada de rejeito transportada em ambos os cenários conforme Tabela 2 Tabela 2 Custo médio de transporte tonelada de rejeito Distância entre pilhas de estocagem e pavimentação km Cenário 1 Rton Cenário 2 Rton 30 697 1415 50 816 1534 70 970 1688 90 1106 1824 110 1243 1961 130 1379 2097 150 1516 2234 170 1652 2370 190 1789 2507 210 1925 2643 230 2062 2779 250 2198 2916 270 2334 3052 290 2471 3149 310 2607 3325 Como observado na Tabela 2 o sistema logístico dimensionado em ambos os cenários é economicamente viável já que foram encontradas distâncias consideráveis entre as pilhas de estocagem e o local da construção da pavimentação em que o custo por tonelada de rejeito transportada é menor que R 2500 No entanto o Cenário 1 apresentouse como melhor alternativa já que admitiu uma distância maior 290 km para o transporte do rejeito quando comparado com o Cenário 2 170 km Isso acontece devido ao maior custo de investimento considerando a adoção de uma correia transportadora de 7 km para o transporte do rejeito entre o local da barragem e as pilhas de estocagem quando comparado com o transporte realizado por meio de caminhões Resultados semelhantes ao obtido por este trabalho também foram encontrados por Nehring et al 2017 Ferreira e Leite 2015 Lopes 2010 e Ribeiro et al 2016 Nehring et al 2017 realizou um estudo comparativo entre a utilização de caminhões e correias transportadoras em atividades de transporte de uma mineradora Como resultados os autores destacaram que a substituição dos caminhões pelas correias transportadoras inegavelmente traz vantagens ambientais no entanto para que seja economicamente viável é necessário considerar 1 o volume de materiais transportados deve ser alto para justificar o elevado investimento inicial na aquisição das correias 2 a vida útil do projeto deve ser superior a 10 anos para que o investimento inicial seja pago e 3 os custos de eletricidade devem ser 25 menor que o custo do diesel Ferreira e Leite 2015 verificaram a possibilidade de substituir o uso de caminhões por correias transportadoras em atividades de transportes realizadas em mina e ao final concluíram que em termos ambientais o transporte realizado por correias transportadoras movidas a eletricidade é mais eficiente do que o transporte realizado por caminhões já que a matriz energética brasileira tem participação significativa de usinas hidrelétricas Lopes 2010 e Ribeiro et al 2016 destacaram vantagens na utilização de correias transportadoras bem como na utilização de caminhões para a realização do transporte em atividades de mineração Conforme autores as vantagens referentes as correias são número baixo de operadores já que um ou dois são suficientes para monitorar longos trechos de correias em operação os transportes não são interrompidos devido a chuvas e neblinas garantindo a taxa de alimentação do sistema e os riscos de acidentes são reduzidos devido ao número de baixo de equipamentos envolvidos nas operações Já as vantagens no uso de caminhões o autor destaca a flexibilidade operacional alta podendo o equipamento ser transferido para outras frentes de operação tempo de início de utilização imediato pois os caminhões são prémontados na fábrica e transportados bastando montar o conjunto total no local da obra a construção de estradas para que os caminhões comecem as operações são reduzidos e as atividades não são interrompidas quando uma unidade de transporte é paralisada por problemas de manutenção 5 Conclusão Este trabalho realizou o dimensionamento e a análise econômica de um sistema logístico reverso responsável por transportar o rejeito armazenado em uma barragem até o local em que será utilizado como matéria prima na construção de uma pavimentação O dimensionamento do sistema teve como base a minimização dos custos logísticos e foi desenvolvido via simulação considerada uma ferramenta adequada para analisar processos de tomada de decisão como o sistema estudado visto que este possui variáveis de natureza estocástica e está sujeito à restrições de capacidade dos recursos e limitações operacionais Dessa forma foi apresentado o desenvolvimento detalhado de um estudo de simulação descrevendo com detalhes as etapas de construção do modelo Como resultados da simulação foram obtidas as quantidades dos recursos necessárias no sistema logístico as quais foram associadas aos seus respectivos custos Ao final do trabalho foi comprovada a viabilidade econômica de construção do sistema logístico para os dois cenários considerados já que foram encontradas distâncias entre as pilhas de estocagem e o local da construção da pavimentação em que o custo por tonelada de rejeito transportada é menor que R 2500 O Cenário 1 apresentouse como melhor alternativa admitindo uma distância de 290 km para o transporte do rejeito e o Cenário 2 uma distância de 170 km sendo portanto a proposta do Cenário 1 melhor em termos econômicos do que o Cenário 2 6 Referências Abdulrahman M D Gunasekaran A Subramanian N Critical barriers in implementing reverse logistics in the Chinese manufacturing sectors International Journal of Production Economics v138 n2 p112 2012 Adiansyah JS Rosano M Vink S Keir G A framework for a sustainable approach to mine tailings management disposal strategies Jornal Cleaner Production v 108 2015 Andrade L C R Marques E A G Peixoto R A F Perspectivas para o reaproveitamento de rejeitos da mineração de ferro como materiais de construção Geografias v 12 p 3244 2016 Andrade E L Introdução à Pesquisa Operacional Métodos e modelos para a análise de decisões Terceira edição Rio de Janeiro LTC 2002 192 p Araújo C B Contribuição ao estudo do comportamento de barragens de rejeito de mineração de ferro Rio de Janeiro 2006 143 p Dissertação Mestrado Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro Azadeh A Ghaderi S 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