Observatório Metro-Ferroviário

Trem movido a hidrogênio da Alstom 

O Coradia iLint da Alstom, primeiro trem regional movido a célula de combustível de hidrogênio do mundo, venceu o Prêmio GreenTec Mobility 2018 na categoria Mobilidade por Schaeffler. A Alstom recebeu oficialmente o prêmio em sua maior unidade de produção, localizada em Salzgitter, Alemanha, durante uma cerimônia que precede o gala GreenTec Awards, que será realizado em Munique nodia 13 de maio.
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Projeto de Hyperloop da HTT (Hyperloop Transportation Technologies)

A Hyperloop Transportation Technologies (HyperloopTT), startup que propõe a construção de um trem de alta velocidade, anunciou, no dia 6 de Abril de 2018, a inauguração de um centro de pesquisa na cidade de Contagem, Minas Gerais.
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Imagem: Modelo de via em escala 1:5

Um artigo desenvolvido na University of Southampton, no Reino Unido, quantificou a influência que o lastro tem no ruído produzido pela vibração da via, particularmente nas taxas de radiação do veículo e dormente.

Foi desenvolvido um modelo de via ferroviária de escala 1:5 para realizar medições acústicas e de vibração. O modelo incluía lastro de escala reduzida, produzido com pedras de tamanhos nas proporções corretas. Dois diferentes fatores de escala (1: √5 e 1:5) foram adotados para os tamanhos de pedra na tentativa de reproduzir as propriedades acústicas do lastro em tamanho real. Embora um fator de escala de 1:√5 resultasse em uma melhor representação das propriedades acústicas, as pedras em 1:5 também tiveram resultados aceitáveis.

A resistência ao escoamento e a porosidade da amostra de lastro foram medidas. Estes dados foram usados em um modelo de reação local baseado no método Johnson-Allard para prever a absorção do lastro, mostrando boa concordância com as medidas do coeficiente de absorção. Os efeitos da presença do lastro sobre a radiação de ruído de um trilho de aço de escala reduzida e dormente de concreto foram investigados experimentalmente com o lastro colocado sobre uma base rígida.

Foram feitas comparações com as previsões numéricas correspondentes obtidas pelo método dos elementos de contorno, no qual o lastro é representado por uma impedância de superfície. Além disso, o método de elementos finitos foi utilizado para modelar o meio poroso como um fluido equivalente. O modelo de reação estendida mostrou maior concordância com as medições. Os efeitos da vibração do lastro na radiação do dormente também foram investigados para um caso de três dormentes assentados no lastro. A vibração do lastro aumenta a radiação sonora entre 1 e 4,5 dB para frequências de 20 a 300 Hz em escala total, enquanto que em frequências mais altas o efeito foi considerado insignificante.

Para mais informações acesse: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022460X17301062

Imagem: Via férrea britânica

Pesquisadores da Universidade de Huddersfield, em parceria com a Rail Safety and Standards Board (RSSB), desenvolveram uma nova ferramenta de software que usa Big Data para reduzir o risco de ultrapassagem de um sinal fechado (Signal Passed at Danger – SPAD).

A Red Aspect Approach to Signals (RAATS) foi desenvolvida usando feeds de vídeo ao vivo da rede britânica, que registraram 137 milhões de incidentes de trens se aproximando de sinais. Esses dados foram usados para desenvolver um algoritmo que fornece uma representação precisa para o número de ocasiões em que um sinal está com aspecto vermelho. Uma pesquisa inicial nas áreas de sinalização monitoradas mostrou que 3,3% de todas as aproximações eram em sinais vermelhos.

Segundo o Instituto de Pesquisas Ferroviárias (IRR) da universidade, com um maior desenvolvimento, a RAATS permitirá que os operadores de trens se concentrem em sinais individuais e o número de ocasiões em que eles estiveram vermelhos quando um trem está se aproximando. Isso irá auxiliar no treinamento do condutor para rotas específicas e também fornecerá dados valiosos para o planejamento do cronograma de viagens e outros problemas estratégicos.

Atualmente, os levantamentos dos condutores são usados para estabelecer uma estimativa da frequência com que os trens se aproximam de sinais vermelhos. “Na verdade, ele varia enormemente entre os sinais individuais”, diz Julian Stow, pesquisador do IRR. “Nosso trabalho permite que os operadores olhem não só para a taxa geral de aproximação vermelha para o sistema, mas também para questionar sinais individuais, considerando fatores como a hora do dia ou semana, para que você possa começar a explorar como a taxa de aproximação vermelha é influenciada pela forma como a via férrea está funcionando, e isso tem potencial para proporcionar uma redução considerável do risco de SPAD em sinais individuais “.

O algoritmo por trás da RAATS agora está sendo disponibilizado gratuitamente para treinar condutores britânicos e permitir o desenvolvimento da ferramenta.

Para mais informações acesse: http://www.railjournal.com/index.php/signalling/big-data-software-tool-to-reduce-spad-risk.html?channel=2078

Imagem: montagem do modelo proposto

Em um circuito de via, parte integrante do sistema de sinalização ferroviária, são usadas juntas de trilho isoladas (Insulated Rail Joints – IRJs) para detectar a localização de trens e trilhos quebrados em circuitos de sinalização, que são críticos para a operação e segurança ferroviária. Infelizmente, os IRJs apresentam vários modos de falha devido à complexa interação entre os seus componentes, os espectros de carga e as condições de apoio.

Uma pesquisa desenvolvida pela Queensland University of Technology, na Austrália, propôs uma nova configuração para estas juntas. O modelo proposto consiste em embutir no dormente a extremidade dos trilhos isolados e a extremidade da próxima seção de trilhos. É prevista uma lacuna entre as duas seções, e a interface entre o patim dos trilhos e o dormente deve ser preenchida com borracha, pois é um material não condutor e capaz de absorver impactos. Embora a folga entre os dois trilhos tenha um suporte isolante na extremidade para evitar o aprisionamento de detritos que tenham condutividade elétrica, esse componente foi desprezado durante a otimização, deixando as extremidades do trilho livres no espaço.

Este projeto pode ser visto como uma simplificação significativa da configuração atual, onde existem pelo menos oito componentes: (1) dois trilhos, (2) duas barras de junção, (3) seis parafusos, (4) seis porcas e anilhas, 5) várias camadas de isolamento, (6) duas placas de apoio (7) quatro grampos e (8) dois dormentes.

O novo design exibe níveis de estabilidade semelhantes aos atuais, porém com menos componentes e, portanto, menos modos de falha. Um framework de otimização multiobjetivo foi usado para o desenvolvimento do novo design que permite a passagem segura das rodas do trem através do espaço entre os trilhos embutidos nos dormentes. A viabilidade do modelo proposto submetido a carga de tráfego é demonstrada através de uma análise dinâmica de uma roda passando por cima de um projeto otimizado por análises multi-objetivo usando conjunto o princípio da frente otimizada de Pareto. Os componentes de deformação da extremidade do trilho na fenda do novo desenho foram inferiores aos das juntas isoladas clássicas.

O projeto dos trilhos isolados embutidos (Embbeded Insulated Rails – EIR) nos dormentes mantém a integridade estrutural e o isolamento elétrico, embora sejam eliminados componentes da junta de trilho isolada (IRJ) atual, como as barras de junção e as conexões de parafuso associadas. Como resultado, o trincamento das barras de junção ou afrouxamento dos parafusos podem ser evitados no novo design EIR.

Para satisfazer as limitações de concepção (deslocamentos estruturais) e assegurar a estabilidade, propõe-se uma modificação na extremidade do trilho e no dormente. O objetivo futuro é minimizar o aumento de volume dessas duas partes modificadas.

Para mais informações acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630716303120

Imagem: Screenshot do vídeo instituiconal do EAV ERSAT

Os últimos testes de um sistema de localização de trens por satélite foram concluídos no último dia 24, na linha Caligari-Decimomannu, em Sardenha, na Itália. Os testes fazem parte do projeto EAV ERSAT, que visa integrar a European Railway Traffic Management System (ERTMS) com o sistema Galileo de navegação e geolocalização por satélite e redes públicas de telecomunicações, oferecendo uma opção de baixo custo para controlar trens de linhas regionais e baixo tráfego.

A tecnologia localiza os trens via satélite e interage com o ERTMS. Ao utilizar a localização por satélite e as redes públicas, o sistema pretende trazer os benefícios do ERTMS para as linhas regionais de baixo tráfego com custos de instalação e operação mais baixos do que uma instalação completa. Os custos do ciclo de vida do ERTMS podem ser significativamente reduzidos com o ERSAT EAV, com economia de até 60% no componente de telecomunicações. A Italian Railway Network (RFI) espera ter a primeira implantação comercial em vigor até 2020, e prevê que a tecnologia pode ser desenvolvida para uso em rotas mais movimentadas e linhas de alta velocidade.

Lançada em 2012 com o apoio das agências espaciais italianas e europeias e da Agência Europeia de Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GSA), a tecnologia é o resultado de uma colaboração entre a empresa gestora de infraestrutura Italian Railway Network (RFI) e a Ansaldo STS.

Para mais informações acesse: http://www.railwaygazette.com/news/news/europe/single-view/view/ertms-with-satellite-positioning-trial-completed.html

Imagem: tapete sensorizado

Um sistema baseado no uso de fibra óptica para detecção de intrusos em linhas férreas foi desenvolvido pela University of Sannio, na Itália. O modelo proposto é uma ferramenta eficiente para detectar intrusos, especialmente em locais onde não é possível instalar cercas de proteção, aumentando a segurança em ferrovias e protegendo-as de atividades não autorizadas. A fibra óptica é ideal para esse uso pois é imune a interferência eletromagnética, tem sensibilidade alta, é compacta e ainda oferece a possibilidade de sensoriamento remoto.

Para os testes em laboratório, foi criado um tapete sensorizado, composto de um tapete de borracha com nervuras e módulo de Young baixo integrado com sensores de fibra óptica do tipo FBGs (Fiber Bragg Gating). O objetivo da análise experimental foi caracterizar a resposta elástica do tapete na presença de cargas estáticas para avaliar sua sensibilidade, tempo de resposta e o número de sensores necessários por unidade de área. Com base nos resultados, foi fabricado um tapete de 2 m² com oito FBGs, que foi submetido a testes para verificar sua capacidade de detectar alguém andando sobre ele. Esse modelo também permitiu desenvolver uma estratégia de processamento de sinal que ignorasse os efeitos da histerese elástica e de derivações térmicas, que afetavam a resposta dos FBGs.

Foram realizados, ainda, testes em campo em uma ferrovia de Nápoles. Um tapete de aproximadamente 20 m² foi instalado na entrada da área de serviço da ferrovia Ente Autonomo Volturno (EAV). O sistema foi capaz de detectar pessoas andando sobre a área protegida sem emitir alarmes falsos. A presença de vários sensores permite, ainda, encontrar a localização do intruso, determinar o número de intrusos e suas direções. Essa instalação, entretanto, não detecta pessoas andando sobre os trilhos, visto que não é possível instalar o tapete sobre os trilhos ou sobre o lastro. Por isso, é necessária a integração desse sistema com algum outro sistema de monitoramento, como câmeras de vídeo.

Para mais informações acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424716309517

Imagem: Distribuição de tensões nos rodeiros

Eixos ferroviários são constantemente submetidos a cargas cíclicas durante seu funcionamento. Portanto, há risco de ocorrerem falhas por fadiga. Tais falhas podem levar ao descarrilamento de um vagão ou até de uma composição inteira. Como forma de prevenir esses acidentes, os eixos ferroviários são tirados de operação com segurança antes de sua falha final.

Para prevenir esse tipo de acidente, a universidade de Brno, na República Tcheca, desenvolveu uma metodologia para prever a vida residual  em fadiga (Residual fatigue lifetime – RFL) com base no conceito de mecânica de fratura elástica linear.

A metodologia, que já é utilizada na criação de novos eixos ferroviários pela empresa Bonatrans, inclui a estimativa da posição da trinca inicial, a previsão do formato da trinca por fadiga durante sua propagação, a contribuição dos esforços de flexão e pressão na carga a qual o eixo é submetido, medições do crescimento da trinca e uma estimativa da vida residual em fadiga do eixo. Com base no espectro de carga típico válido para o transporte ferroviário, o RFL do eixo ferroviário estudado foi estimado usando ajuste probabilístico dos dados experimentais.

A propagação da trinca por fadiga pode ser estimada numericamente pelo algoritmo apresentado pelo estudo. O algoritmo é baseado na suposição do fator de intensidade de tensão constante ao longo da fissura. Esta suposição vem de alguns conceitos de energia sobre propagação de trincas. Além disso, o estudo mostrou que o efeito das cargas aplicadas nas rodas deve ser considerado na estimativa da vida útil à fadiga residual (RFL) do eixo ferroviário. Há várias abordagens para modelar essa situação, porém, para esse caso deve ser usada uma analise não-linear.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630716307506

Uma pesquisa analisou o impacto do uso de um sistema de armazenamento por flywheel (FESS) instalado em um VLT. Esse sistema consiste em um rotor que gira a alta velocidade, armazenando energia cinética durante o processo. O estudo foi feito em parceria pela Universidade de Alberta, no Canada, e a Universidade de Munique, na Alemanha. Modelos matemáticos de um VLT sem e com FESS foram elaborados e utilizados para estudar o consumo de energia e custos operacionais de cada sistema. Os resultados mostraram que a introdução de FESS em VLTs pode resultar em uma economia considerável.

Um modelo matemático de um VLT foi desenvolvido e usado para analisar o desempenho de um trem específico, o VLT de Edmontom. Foi apresentado um método para prever o ciclo de condução do veículo baseado na distância e no tempo entre estações. Esses modelos foram então utilizados para estimar o consumo de energia do trem. As previsões de consumo de energia sem FESS foram comparadas com os valores reportados pelos operadores ferroviários e obtiveram-se resultados semelhantes, validando os modelos matemáticos.

Para estimar as economias de energia e de custos que poderiam ser proporcionadas pela instalação de um FESS, foi desenvolvido um modelo matemático do veículo com FESS para prever a sua capacidade energética, potência e custo. As previsões de custo foram obtidas usando fatores de custo relacionados à massa e à potência.

Os resultados revelaram que a introdução do FESS pode resultar em uma economia de energia e custos considerável. Dependendo da via, da carga, do número de veículos e do tipo de FESS, a economia energética variou entre 31,21% e 9,83%. A redução prevista dos custos foi entre 0,55% e 11,09%. Logo, um FESS é um meio viável para reduzir o consumo de energia em VLTs. Apesar dos resultados terem sido obtidos para um sistema específico, a metodologia e os resultados também podem ser aplicados a outros sistemas de trânsito.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544216304571

Imagem: tipos de manutenção estudadas

Uma pesquisa realizada pela Universidade de Granada, na Espanha, propôs uma nova técnica de manutenção baseada na adição de partículas de borracha durante o processo de Stoneblowing (colocação de lastro na via). Além de ser sustentável, pois é uma forma de reciclar pneus velhos, a técnica é capaz de reduzir a degradação da via e aumentar o intervalo entre manutenções.

O uso de Under Sleeper Pads (USPs), que são placas colocadas sob os dormentes, e o processo de Stoneblowing são alternativas de manutenção da via que visam reduzir a degradação dos trilhos e a frequência de intervenções, principalmente nas regiões em que uma seção termina e outra começa, onde assentamentos diferentes são mais frequentes.

Com base nessas técnicas, a pesquisa propõe outra solução, que combina as vantagens dos dois processos através do uso de partículas de borracha, provenientes de pneus velhos, como parte do material usado no Stoneblowing. A imagem mostra os três tipos de manutenção estudadas – Stoneblowing comum, Stoneblowing com partículas de plástico, e USP com Stoneblowing. O objetivo do novo método é obter uma camada granular elástica que atua como um USP, amortecendo cargas, modificando a rigidez da via, além de reduzir os custos e impactos ambientais causados pelos processos de manutenção.

O trabalho avaliou a eficácia da técnica proposta analisando a influência do uso de diferentes quantidades de partículas de borracha. Esses resultados foram comparados com aqueles obtidos com o uso de USPs de diferentes graus de rigidez, aliado ao processo convencional de stoneblowing. Além disso, foi avaliado o efeito da espessura da camada granular soprada sob o dormente.

Os resultados mostraram que o uso das partículas de plástico como substituto para parte das pedras pequenas proporciona uma redução significativa da degradação e assentamento do lastro, melhorando a eficácia do Stoneblowing e apresentando comportamento semelhante ou superior àquele obtido quando se usam os USPs. Logo, é possível reduzir a degradação das partículas do lastro, fazendo com que a frequência de manutenção diminua e a durabilidade da via aumente.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652616316870