Calibração de peneiras do sistema: Comparação da análise óptica com os resultados de laboratório

Os sistemas de medição automatizados da WipWare fornecem medições repetidas do tamanho das partículas, ajudando as operações a monitorar as características do material, identificar mudanças e tomar decisões de processo mais bem fundamentadas.

Mas quão próximas as distribuições de tamanho de partículas baseadas em imagens estão dos resultados da peneiração física? E todos os sistemas precisam ser calibrados?

A calibração da peneira permite que as distribuições de tamanho de partículas derivadas de imagens sejam ajustadas em relação aos resultados de laboratório do mesmo material. Pode melhorar a concordância com a amostragem física, especialmente nos casos em que partículas finas ou outros materiais não totalmente representados nas imagens afetam a distribuição geral.

Para ilustrar o desempenho da calibração de peneiras na prática, este artigo também examina comparações reais entre medições calibradas do WipWare Solo e análises de peneiras em laboratório, incluindo resultados para material fino que fica abaixo da resolução efetiva de medição da câmera.

No entanto, a calibração de peneiras não é necessária para todas as aplicações. Se ela agrega valor ou não, depende do que a operação precisa medir e de como essa informação será utilizada.

Observe que a calibração da peneira do sistema é utilizada apenas com os modelos Solo Complete e Reflex Complete da WipWare, que medem a distribuição do tamanho das partículas (PSD).

O que é calibração de peneiras?

A calibração de peneiras é o processo de comparar uma distribuição granulométrica (PSD) gerada por meio de análise óptica com os resultados de peneiramento em laboratório de uma amostra física correspondente.

O laboratório determina a distribuição do material em uma série de aberturas de peneira conhecidas, geralmente por peso. A análise de imagem estima o tamanho das partículas a partir do material visível pela câmera.

Como esses métodos medem o material de maneiras diferentes, as distribuições resultantes podem não coincidir exatamente.

As ferramentas de calibração da WipWare usam as duas distribuições para calcular ajustes matemáticos que melhoram a relação entre as medições ópticas e a referência física.

Isso permite que o sistema automatizado reporte uma PSD calibrada que reflita mais fielmente a distribuição de referência em condições operacionais comparáveis.

Por que os resultados obtidos por métodos ópticos e por peneiramento podem ser diferentes?

Uma medição baseada em imagem representa principalmente as partículas visíveis na superfície do material. Partículas menores podem estar escondidas sob partículas maiores, sobrepor-se ao material vizinho ou ser muito pequenas para serem distinguidas individualmente na resolução de imagem disponível.

A peneiração física, por sua vez, mede o material coletado em toda a sua profundidade, incluindo partículas que não eram visíveis à câmera.

As diferenças também podem surgir da forma das partículas, da maneira como as dimensões ópticas são estimadas, da segregação do material e de como a amostra física foi coletada.

Essas diferenças não significam automaticamente que qualquer um dos métodos de medição seja inadequado.

Em vez disso, destacam por que o método de medição deve ser selecionado de acordo com os requisitos da aplicação.

A calibração ajusta a distribuição relatada; ela não melhora a resolução da câmera nem torna as partículas ocultas diretamente visíveis.

Para obter mais informações sobre a faixa de medição óptica, consulte Entendendo as faixas de tamanho na análise de correias transportadoras.

Quando a calibração de peneiras é útil?

A calibração é mais útil quando uma operação precisa que os resultados automatizados do PSD (Distribuição do Tamanho das Partículas) estejam de acordo com uma referência de dimensionamento físico estabelecida.

Exemplos incluem:

• Comparação de medições de tamanho de partículas online com resultados de peneiramento de rotina em laboratório.
• Monitorar a porcentagem de aprovação ou retenção em tamanhos críticos de controle de processo.
• Estabelecer metas de PSD com base em medições laboratoriais existentes.
• Avaliar as alterações no desempenho do britador ou do circuito de moagem utilizando um método de referência consistente.
• Levando em consideração, matematicamente, as frações de partículas que estão sub-representadas em imagens de superfície.

Por exemplo, uma planta de processamento pode já utilizar resultados de peneiramento em laboratório para estabelecer tamanhos aceitáveis de produto para britagem.

A calibração do sistema de medição automatizado com base em dados representativos de peneiramento pode ajudar a fornecer medições de PSD mais frequentes, que estejam relacionadas aos requisitos de controle e relatórios existentes na planta.

O valor advém da combinação de medições de referência em laboratório com monitoramento automatizado repetido.

Calibração de peneiras na prática: comparação entre resultados individuais e de laboratório.

Quão precisamente um sistema de medição óptica calibrado consegue reproduzir uma distribuição de tamanho de partículas obtida por peneiramento em laboratório?

Medições industriais reais oferecem uma oportunidade para avaliar essa relação.

Em uma instalação de processamento mineral em operação, cinco amostras de material britado foram comparadas usando a análise de imagem do WipWare Solo e os resultados correspondentes de peneiramento em laboratório. As medições em laboratório foram obtidas a partir de amostras representativas cortadas da correia transportadora, enquanto as medições ópticas foram capturadas usando a câmera Solo e processadas pelo WipFrag.

Cada comparação abrangeu 20 classes de tamanho de partículas, variando de 40 mm a 0,15 mm.

Comparando as Distribuições de Tamanho de Partículas

As medições calibradas demonstraram forte correlação com os resultados correspondentes da peneiração em laboratório.

Nas cinco amostras, os coeficientes de determinação (R²) variaram de 0,9914 a 0,9985, indicando que os resultados calibrados seguiram de perto o formato geral das curvas de distribuição do tamanho das partículas obtidas em laboratório.

Esses resultados demonstram o potencial da análise óptica calibrada para produzir medições de PSD que correspondem de perto aos métodos convencionais de dimensionamento físico.

No entanto, uma forte correlação em toda a distribuição não garante necessariamente uma concordância igualmente precisa em todos os tamanhos de partícula. Essa distinção torna-se particularmente importante quando a operação se concentra em uma porcentagem de aprovação específica, em vez da distribuição geral.

Quão precisa pode ser a estimativa da espessura de materiais finos por meio de calibração?

Uma das aplicações mais desafiadoras da medição óptica é estimar a proporção de material fino que não pode ser distinguido de forma confiável em uma imagem.

Neste exemplo, a porcentagem de material que passou por uma peneira de 1,00 mm foi comparada entre todas as cinco amostras.

Amostra	Laboratório passando 1 mm	Solo calibrado	Diferença
1	11.90%	10.91%	0,99 pp
2	18.60%	11.98%	6,62 pp
3	10.80%	11.07%	0,27 pp
4	9.90%	9.05%	0,85 pp
5	6.20%	11.62%	5,42 pp

As diferenças são expressas em pontos percentuais absolutos (pp), ou seja, ±% em porcentagem absoluta, e não em diferença relativa.

Três das cinco medições calibradas apresentaram resultados dentro de um ponto percentual do resultado laboratorial correspondente. Em todas as cinco amostras, a diferença absoluta média foi de aproximadamente 2,83 pontos percentuais.

Os resultados mostram que a calibração pode produzir estimativas de frações de partículas mais finas que correspondem de perto às medições de laboratório em condições adequadas. Eles também demonstram que o grau de concordância pode variar substancialmente entre as amostras.

Notavelmente, as medições laboratoriais a 1 mm variaram de 6,20% a 18,60% de aprovação, enquanto os resultados ópticos calibrados variaram de 9,05% a 11,98%. Essa faixa mais estreita destaca uma consideração importante: uma calibração pode reproduzir bem a PSD geral sem necessariamente capturar toda a variação em uma fração fina individual.

O que isso significa para o monitoramento de processos online?

Em muitas aplicações de processamento mineral, a proporção de material fino afeta o desempenho dos equipamentos subsequentes, o manuseio de materiais, a eficiência da separação ou o rendimento geral do processo.

Por exemplo, alterações nas características da alimentação em um britador primário podem alterar a proporção de material que passa por uma determinada peneira. O monitoramento dessas alterações pode fornecer informações úteis para avaliar as condições do processo e gerenciar as operações subsequentes.

Embora o Solo não consiga resolver diretamente partículas que estejam abaixo de sua resolução óptica efetiva, a calibração por peneiramento estabelece uma relação matemática entre a distribuição de partículas visíveis e uma referência física mais completa.

Uma vez estabelecida essa relação, os resultados calibrados do PSD podem ser gerados a partir de medições online subsequentes, sem a necessidade de coletar uma amostra física para cada análise.

A capacidade de detectar alterações em uma fração fina que, de outra forma, seria imensurável, depende da consistência da relação entre o material visível e a distribuição completa. As comparações acima demonstram uma concordância alcançável com as medições de laboratório, mas não estabelecem, de forma independente, a sensibilidade ou a confiabilidade do monitoramento da variação do teor de finos ao longo do tempo.

Essa distinção é importante para determinar se as medições calibradas são apropriadas para um objetivo específico de controle de processo.

Compreendendo os resultados

Essas comparações industriais ilustram o potencial prático da calibração de peneiras sem estabelecer uma precisão de medição universal.

O desempenho dependerá das características do material, da faixa de tamanho de partículas visíveis, da geometria de instalação, da metodologia de amostragem e da adequação do modelo de calibração selecionado.

As comparações também não distinguem entre amostras usadas para estabelecer a calibração e amostras independentes usadas para validá-la. Essa distinção é importante ao interpretar os resultados como evidência de desempenho repetível.

Contudo, as medições demonstram como os resultados de peneiramento em laboratório e a análise óptica calibrada podem ser aproximados, fornecendo uma base prática para a aplicação de dados de tamanho de partículas derivados de imagens em métodos estabelecidos de monitoramento e relato de processos.

Quando a calibração é desnecessária?

Nem todos os processos exigem uma PSD (granulometria) absolutamente idêntica à peneiração em laboratório.

Muitas operações utilizam medições automatizadas para monitorar mudanças relativas no tamanho do material. Para essas aplicações, medições consistentes não calibradas podem fornecer as informações necessárias.

Considere uma esteira de descarga de britador onde o objetivo é identificar quando o material começa a ficar progressivamente mais grosso. Mudanças na distribuição granulométrica medida podem fornecer uma indicação precoce de alterações no desempenho do britador, mesmo sem calibração da peneira.

Da mesma forma, uma aplicação focada na detecção de partículas acima de um limite máximo de tamanho pode se beneficiar mais do monitoramento direto de partículas superdimensionadas do que de uma PSD ajustada matematicamente.

A calibração deve, portanto, ser considerada de acordo com a medição pretendida:

Objetivo da medição	Calibração de peneiras
Monitoramento das mudanças relativas no tamanho das partículas	Frequentemente desnecessário
Detecção do tamanho máximo de partículas ou partículas de tamanho excessivo.	Geralmente desnecessário
Correspondência com uma referência PSD de laboratório estabelecida.	Recomendado
Relatório de percentagens de aprovação calibradas em tamanhos específicos	Recomendado sempre que existirem dados de referência adequados.
Investigação de multas ou características mais amplas do PSD	Potencialmente útil, sujeito a limitações de amostragem e medição óptica.

O objetivo não é calibrar todos os sistemas automaticamente, mas determinar se a calibração melhora as informações necessárias para o processo.

Preparação para a Calibração de Peneiras

Antes de coletar as amostras de calibração, o sistema automatizado deve ser devidamente comissionado e suas condições de imagem estabelecidas.

Isso inclui:

• Posicionamento da câmera, seleção da lente e foco.
• Iluminação e exposição da imagem.
• Escala da imagem e geometria de medição.
• Configurações de análise e detecção de partículas.
• Apresentação do material e condições de funcionamento.
• Classes de tamanho e medidas exigidas pela operação.

A calibração não deve ser usada para compensar a baixa qualidade da imagem ou o dimensionamento incorreto.

Caso o sistema não consiga distinguir o material relevante, as condições de imagem devem ser ajustadas antes de tentar a calibração da peneira.

Alterações na configuração da câmera, nas configurações de análise ou nas condições do material também podem afetar a validade de uma calibração existente.

Como escolher as peneiras certas

As peneiras para testes de laboratório devem estar em conformidade com uma norma reconhecida apropriada, como: ASTM E11 ou ISO 3310-1, conforme determinado pelo laboratório da operação ou pelo Departamento de Controle de Processos.

As aberturas das peneiras selecionadas devem abranger a faixa de tamanho de material esperada, incluindo as partículas relevantes de maior tamanho e as frações mais finas.

Deve-se dar especial atenção às dimensões utilizadas para decisões operacionais, como especificações de britadores, aberturas de peneiras ou outros limites de controle de processo.

O relatório laboratorial deve incluir:

• Tamanhos e unidades de abertura das peneiras.
• Peso retido em cada peneira, incluindo a panela.
• Percentagem cumulativa que passa em cada tamanho de peneira.

A distribuição completa do material é importante. Excluir partículas maiores simplesmente porque elas excedem a faixa de tamanho de interesse principal pode distorcer a comparação resultante.

Procedimento de Calibração de Peneiras do Sistema

O procedimento a seguir resume a abordagem utilizada na documentação atual de comissionamento do sistema WipWare. O método exato de coleta e os controles de software dependem da instalação e da configuração do sistema.

Etapa 1 — Estabelecer as condições normais de funcionamento

Comece com o sistema operando em condições de produção representativas.

O material deve refletir as características de alimentação, as condições de carregamento e a distribuição granulométrica que o sistema normalmente encontrará.

Evite realizar a calibração durante condições operacionais incomuns, como uma interrupção temporária do processo, carregamento anormal ou uma mudança de material não representativa.

Etapa 2 — Capture uma imagem representativa

Utilize a visualização da câmera ao vivo do sistema para capturar uma imagem do material selecionado para amostragem física.

A imagem deve ser nítida, estar na escala correta e ser representativa do material que será coletado.

Para a instalação de uma esteira transportadora, o material é normalmente fotografado após a esteira ter sido parada de forma controlada com sua carga normal presente, seguindo os procedimentos de segurança aprovados no local.

Identifique uma área de amostragem claramente definida que possa ser correspondida à imagem capturada.

A imagem e a amostra física devem representar o mesmo material.

Etapa 3 — Coletar a amostra física

Recolha o material correspondente à área de amostragem identificada na imagem.

Para uma amostra de esteira transportadora marcada, isso significa coletar toda a profundidade do material dentro da área selecionada, incluindo as partículas finas e menores abaixo da superfície visível.

O objetivo é estabelecer uma comparação direta entre a PSD derivada da imagem e a distribuição física dessa mesma amostra.

A coleta de amostras, o acesso aos equipamentos e o isolamento da esteira transportadora devem seguir os procedimentos de segurança aprovados no local.

Nos casos em que a amostra completa não possa ser processada diretamente, qualquer método de subamostragem laboratorial deve ser documentado e sua representatividade avaliada antes de usar os resultados para calibração.

Etapa 4 — Obtenha os resultados da peneiração laboratorial

Envie o material para análise granulométrica em laboratório utilizando a série de peneiras selecionada.

O laboratório deve informar a massa retida e a porcentagem cumulativa que passa por cada tamanho de peneira.

Confirme se a amostra completa foi contabilizada e se as unidades e classes de tamanho relatadas são adequadas para comparação com a análise óptica.

Etapa 5 — Analise a imagem correspondente

Abra a imagem da câmera salva na Visualização de Análise do WipFrag.

Defina a Área de Interesse (AOI) de forma que ela inclua apenas o material coletado para análise física.

Analise a escala da imagem e os limites das partículas antes de gerar a distribuição de tamanho de partículas não calibrada.

Esta etapa estabelece a medição óptica original que será comparada com a referência do laboratório.

Etapa 6 — Insira a referência da peneira

A partir dos resultados da análise, abra as ferramentas de calibração e selecione Alvo de peneira.

Insira as dimensões das aberturas das peneiras de laboratório e as respectivas porcentagens cumulativas de passagem.

Certifique-se de que as unidades e as classes de tamanho correspondam corretamente.

O WipFrag pode então avaliar a calibração usando os modelos de distribuição Rosin-Rammler e Swebrec disponíveis.

Etapa 7 — Revisar e Aplicar a Calibração

Compare os resultados de calibração disponíveis e selecione o modelo que apresente a melhor concordância com a referência do laboratório.

Os parâmetros de calibração selecionados podem então ser aplicados à configuração de sistema relevante usando suas configurações de calibração.

Sincronize as configurações atualizadas e revise o PSD resultante.

Não selecione um modelo de calibração apenas porque ele produz uma curva com aparência mais suave. O objetivo é obter uma concordância significativa com a referência física.

Etapa 8 — Validar os resultados

Após aplicar a calibração, compare as medições adicionais com amostras de referência de laboratório independentes, sempre que possível.

Preste atenção especial às classes de tamanho de partículas que são mais importantes para a operação.

Uma calibração que concorda com a amostra original não garante necessariamente a mesma concordância em todas as condições subsequentes do material.

Registre a identificação da amostra, os resultados laboratoriais, o modelo de calibração selecionado, os parâmetros de calibração e as configurações relevantes do sistema.

Isso fornece uma base para validação e resolução de problemas futuras.

Ao avaliar o desempenho da calibração, considere tanto a concordância em toda a distribuição do tamanho das partículas quanto nas classes de tamanho individuais que são importantes para a aplicação.

Uma forte correlação geral pode coexistir com diferenças maiores em tamanhos de peneira específicos, especialmente perto ou abaixo da resolução efetiva da câmera. Se um processo depende da porcentagem que passa por um limite específico, como 1 mm, a validação deve avaliar essa medição diretamente, em vez de se basear exclusivamente na correlação entre curvas PSD completas.

Sempre que possível, utilize amostras independentes coletadas em condições operacionais representativas, incluindo variações nas características do material que o sistema encontrará durante a operação normal.

Rosin-Rammler e Swebrec: qual a diferença?

O WipWare suporta dois modelos matemáticos de distribuição comumente usados para descrever material fragmentado.

Rosin–Rammler descreve uma distribuição de tamanho de partículas usando tamanho característico (Xc) e uniformidade (n) parâmetros. Possui uma longa história na análise de fragmentação e cominuição. O método Rosin-Rammler é frequentemente útil para materiais sem tamanho máximo determinável, como materiais brutos de mineração não britados.

Swebrec O Swebrec fornece outra representação matemática da distribuição do tamanho de partículas, usando parâmetros relacionados ao tamanho mediano, tamanho máximo e formato da distribuição. É frequentemente útil para materiais com tamanho máximo determinado, como materiais triturados ou peneirados.

No entanto, Em vez de assumir que um modelo é universalmente melhor para um determinado setor ou material, analise como cada distribuição ajustada concorda com a referência de laboratório na faixa de tamanho de partícula relevante antes de escolher qual modelo aplicar.

O modelo selecionado deve dar suporte aos objetivos de medição da aplicação, e NÃO simplesmente gerar um gráfico atraente.

Por quanto tempo uma calibração permanece válida?

Não existe um intervalo de tempo universal após o qual todos os sistemas devam ser recalibrados.

A calibração continua sendo útil enquanto a relação entre as medições da imagem e o material monitorado permanecer suficientemente consistente.

A revalidação pode ser necessária após alterações em:

• Posição da câmera, óptica, escala da imagem ou iluminação.
• Detecção de partículas ou outras configurações de análise.
• Tipo de material, composição ou distribuição granulométrica.
• Profundidade de carregamento, segregação ou apresentação do material.
• Condições do processo que afetam substancialmente as medições.

Uma mudança não significa necessariamente que o sistema precise ser recalibrado imediatamente. No entanto, mudanças significativas devem motivar uma revisão da referência existente e verificar se ela ainda é representativa.

Comparações periódicas com resultados de laboratório podem ajudar a determinar se uma calibração continua atendendo aos requisitos da operação.

O que a calibração de peneiras não pode fazer

A calibração de peneiras é um ajuste matemático baseado em dados físicos de referência. Não substitui uma amostragem representativa, resolução de imagem adequada ou um bom projeto de instalação.

Não consegue identificar diretamente partículas escondidas sob a superfície do material nem distinguir partículas individuais que sejam demasiado pequenas para serem resolvidas na imagem original.

Também não garante que a relação estabelecida durante a calibração permanecerá válida se as características do material ou as condições de imagem mudarem significativamente.

Essas limitações explicam por que a calibração deve ser respaldada por coleta de imagens adequada, amostragem física representativa e validação periódica.

Fazendo a calibração funcionar para o seu processo

A decisão de calibrar deve começar com o objetivo da medição.

Se uma operação precisa principalmente monitorar mudanças na fragmentação ou detectar partículas de tamanho excessivo, medições não calibradas podem fornecer todas as informações necessárias.

Se a aplicação depender de distribuições de tamanho de partículas que correspondam aos resultados de peneiramento em laboratório, a calibração pode fornecer uma conexão útil entre a amostragem física periódica e o monitoramento automatizado.

WipWare's Só e Reflexo Os sistemas oferecem recursos de medição para diferentes aplicações de manuseio de materiais.

Para obter mais informações sobre como as medições automatizadas podem auxiliar nas decisões operacionais, consulte Da detonação à moagem: usando dados de fragmentação para melhorar o desempenho da mineração..

Para obter procedimentos detalhados de comissionamento e configurações de calibração específicas do software, consulte a documentação atual do sistema WipWare ou Entre em contato com a WipWare para assistência técnica.

Porque não se pode gerenciar o que não se pode medir!