Digital Twin em Flotação: otimização avançada de processos metalúrgicos com modelos híbridos e aprendizado de máquina

O desafio operacional na flutuação

Como explica Cristóbal Mancilla, Gerente Assistente de Sistemas Avançados Chile na SGS:

"O desafio central é a variabilidade do mineral. Com o tempo, uma mina passa por diferentes fases geológicas, o que significa que o mineral que chega à planta muda em composição e comportamento."

Essa variabilidade impacta diretamente indicadores-chave do processo, historicamente forçando múltiplos testes físicos a ajustar as condições de operação.

De testes físicos a simulação avançada

A abordagem desenvolvida pela SGS possibilita transformar o conhecimento gerado em planta-piloto, metalurgia, mineralogia e controle de processos em uma ferramenta de simulação capaz de expandir significativamente as informações disponíveis sobre o comportamento do minério. Nas palavras de Cristóbal Mancilla:

"A oportunidade identificada pela SGS foi aproveitar a experiência acumulada na planta piloto e construir modelos que permitissem simular o comportamento do minério sem a necessidade de realizar cada teste fisicamente."

Essa abordagem permite que os resultados sejam interpolados em uma ampla gama de condições, fornecendo insights acionáveis quase instantaneamente.

A solução: flutuação dos gêmeos digitais

A solução implementada pela SGS consiste em um gêmeo digital do processo de flutuação, projetado para:

• Processar grandes volumes de dados online
• Simular cenários operacionais em tempo real
• Otimizar as condições operacionais da planta
• Integrar com sistemas de controle avançados

O modelo é construído a partir de dados da planta piloto, treinado usando técnicas de aprendizado de máquina e escalado para operação industrial. Seu desenvolvimento tem capacidade de se adaptar às condições, circuitos e especificações específicas de cada planta industrial.

A implantação típica da solução leva entre 4 e 6 meses, com resultados iniciais disponíveis desde a comissionamento do sistema.

Integração tecnológica de ponta a ponta

A solução articula uma arquitetura tecnológica completa:

• Modelos fenomenológicos baseados na física de processos
• Processamento massivo de dados e bancos de dados estruturados
• Treinamento e sintonia na nuvem usando aprendizado de máquina
• Interface HMI para simulação operacional
• Integração com sistemas APC (Controle Avançado de Processos)

O sistema permite que o gêmeo digital não apenas simule, mas também recomende e execute ajustes operacionais por meio do sistema de controle da planta.

Impacto no processo de flutuação

O impacto do gêmeo digital está concentrado em três dimensões críticas:

1. Otimização do saldo de retorno ele permite a identificação do ponto ótimo entre duas variáveis historicamente sob tensão.
2. Estabilidade operacional Primeiro, estabiliza o processo e depois o leva às condições ideais, reduzindo a variabilidade.
3. Uso eficiente de reagentes e recursos

Não necessariamente reduz o consumo, mas garante seu uso ótimo de acordo com o objetivo do processo. Além disso, reduz significativamente a necessidade de testes físicos, diminuindo o consumo de minério, água e recursos logísticos.

Diferenciação das abordagens tradicionais

A abordagem da SGS combina dois mundos que tradicionalmente operaram separadamente:

• Modelos empíricos baseados em dados e inteligência artificial
• Modelos fenomenológicos baseados na física de processos

Cristóbal Mancilla resume assim:

"O gêmeo digital da SGS é construído a partir da física do processo e ajustado com técnicas de aprendizado de máquina, entregando modelos que não apenas funcionam, mas são compreendidos e podem ser explicados."

Essa combinação permite maior confiança na tomada de decisões operacionais.

Validação da planta piloto e redução de riscos

Um diferencial chave é a capacidade da SGS de validar modelos e suas recomendações usando plantas piloto fixas e uma planta piloto móvel. Isso torna possível:

• Corroborar simulações antes da implementação industrial
• Reduzir riscos operacionais na usina
• Evite impactos negativos na recuperação e nos custos

Nas palavras de Cristóbal Mancilla:

"A SGS possui plantas piloto fixas e uma planta piloto móvel que permitem a verificação de simulações de gêmeos digitais em campo antes de, se necessário, que qualquer mudança seja implementada na planta industrial."

Conclusão

O gêmeo digital aplicado aos processos de flotação representa uma mudança estrutural na forma como a indústria de mineração aborda a variabilidade do minério e a otimização de processos.

A combinação de modelos físicos, aprendizado de máquina e integração com sistemas de controle nos permite passar de uma abordagem reativa baseada em testes físicos para um sistema preditivo, dinâmico e otimizado em tempo real.

Como a SGS apoia seus clientes?

A SGS apoia a indústria de mineração por meio de soluções avançadas de digitalização de processos, combinando expertise metalúrgica, modelagem física e tecnologias de aprendizado de máquina.

Nossos serviços incluem:

• Gêmeos digitais dos processos de mineração: Modelos preditivos para otimização de flutuação, moagem e outros processos metalúrgicos.
• Controle Avançado de Processos (APC): Integração de sistemas avançados de controle para automação e otimização operacional.
• Plantas piloto e validação experimental: Infraestrutura para testes físicos e validação de modelos antes da implantação industrial.
• Análise avançada e aprendizado de máquina: Desenvolvimento de modelos preditivos para melhorar a eficiência, recuperação e estabilidade operacional.