Observatório Metro-Ferroviário

Imagem: Gráfico comparativo dos resultados

Um estudo realizado pela Brno University of Technology, na República Tcheca, analisou o desempenho de modificadores de atrito (Friction Modifier – FM) a base de óleo no controle da adesão e na redução de desgaste no contato roda-trilho. Tais modificadores mostraram ter capacidade de controlar a aderência, porém, seu desempenho varia muito com alguns fatores, como quantidade aplicada e teor de partículas sólidas.

Nessa pesquisa, foram testados dois modificadores comerciais a base de óleo. Um tribômetro (instrumento que mede desgaste, força e o coeficiente de atrito entre duas superficies) do tipo bola-sobre-disco foi usado para investigar as performances de tração e frenagem pra várias taxas de escorregamento em condições de via seca. Também foram analisadas quantidades diferentes de FM para obter um valor ótimo. Ao fim dos testes foram determinados desgastes, danos à superfície do trilho e da roda e mudanças na topografia da superfície. Esses dados foram comparados com contato seco ou contaminado com óleo. A imagem no início do texto mostra a comparação de alguns dos parâmetros analisados – taxa de desgaste, rugosidade e largura do caminho desgastado e profundidade do desgaste.

A aderência é reduzida a valores criticamente baixos, mesmo em baixas velocidades, sob condições totalmente inundadas. Já a duração de ambos os FMs é semelhante e aumenta com o aumento da quantidade de FM aplicada, porém, é significativamente reduzida com o deslizamento crescente.

Os testes de atrito mostram que os FMs a base de óleo são capazes de controlar a aderência sem impacto significativo na tração e frenagem. Seu comportamento é influenciado principalmente pelo conteúdo de partículas sólidas. Modificadores com maior teor de partículas sólidas são capazes de proporcionar um nível de adesão de estável a ótimo. Logo, pode ser aplicado especialmente em áreas onde ondulações são formadas. Já os modificadores com menos partículas de metal tem comportamento instável. Uma quantidade crescente de óleo leva a adesão insuficiente. Portanto, os FMs com maior teor de óleo são mais adequados para áreas onde o ruído ferroviário é o principal problema. A quantidade de partículas de metal também influencia o desgaste, que é reduzido quando um modificador de baixo teor de partículas é utilizado.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164816303283

Imagem: produção dos dormentes

A aplicação de escória granulada de alto forno (em inglês, Ground Granulated Blast Furnace Slag – GGBFS) e fibras de aço em dormentes ferroviários de concreto pré-carregados foi desenvolvida pela McGill University, no Canadá, em parceria com universidades da Coréia. Os resultados dos testes mostraram maior resistência do concreto impregnado com GGBFS e fibras de aço em comparação com uso apenas de GGBFS, e ambos provaram ser mais resistentes que o concreto utilizado em dormentes comuns.

A proporção de 56% de GGBFS e 0,75% de fibras de aço incorporadas ao concreto foi determinada por testes em laboratório e por uma avaliação do ciclo de vida. Estes valores atendem aos padrões Coreanos para ferrovias, e resultaram em maior capacidade de flexão e menor emissão de CO2 quando comparados com os dormentes tradicionais.

Utilizando esta mistura, 90 dormentes de concreto pré-carregados foram produzidos usando o mesmo processo de manufatura de dormentes tradicionais. Em seguida, foram avaliadas suas propriedades mecânicas e durabilidade. A mistura com substituição parcial do cimento Portland tipo III por GGBFS mostrou maior resistência a penetração de íons de cloreto, porém, são mais vulneráveis a carbonatação. O material com GGBFS e fibras de aço tem durabilidade ligeiramente maior que o mateiral impregnado apenas com GGBFS, além de maior resistência a carbonatação.

A demanda por dormentes de concreto pré-carregados vem crescendo, principalmente para sistemas de alta velocidade, devido a sua maior durabilidade e melhor performance, bem como um custo de vida menor em relação aos dormentes de concreto comuns. Entretanto, estudos anteriores já registraram alguns problemas com estes dormentes, como o peso, custo e a vulnerabilidade à corrosão no contato com o trilho e ao ataque químico. Por estarem submetidos a condições severas de operação e expostos ao tempo, sofrem com a fadiga e cargas de impacto, resultando em trincas, lascamento e deterioração dos dormentes. Além disso, há grande preocupação ambiental com os dormentes de concreto pré-carregados, visto que a produção de cimento consome muita energia e emite quantidades consideráveis de dióxido de carbono.

O uso do GGBFS é considerado ecologicamente correto, pois reduz as emissões de dióxido de carbono e o consumo de energia, além de aumentar a durabilidade dos dormentes. As fibras de aço, por sua vez, são responsáveis por aumentar a durabilidade e melhorar a performance dos dormentes com relação ao controle de trincas e redução do lascamento do concreto (spalling) e ainda substitui os reforços para cisalhamento.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946516304760

Imagem: Lastro estabilizado com betume

Uma pesquisa realizada pela Universidade de Nottingham, no Reino Unido, analisou o desempenho do betume como forma de estabilizar o lastro ferroviário. A análise feita em laboratório pelo método PUMA mostrou que a tecnologia tem potencial para melhorar a performance do lastro, além de reduzir seu custo de vida.

Devido aos esforços dinâmicos aos quais é constantemente submetido, o lastro ferroviário sofre degradação a longo prazo. Isso leva à perda de suas propriedades mecânicas e pode prejudicar a geometria dos trilhos. Por isso, a via permanente requer manutenção constante/de rotina.

Já foram apresentadas soluções para esta situação, como o uso de poliuretano, resinas e até camadas asfálticas. Porém, todas são limitadas por terem alto custo de implantação e baixa produtividade.

A pesquisa desenvolvida no Reino Unido propõe como solução o lastro estabilizado com betume (BSB – bitumen stabilized ballast). Este método promete aumentar a durabilidade e reduzir a acomodação do lastro pois modifica a rigidez e a capacidade de dissipação/absorção de energia dessa camada.

Entre as variáveis analisadas no estudo estão a granulação do lastro, a dosagem da emulsão de betume, o método de compactação utilizado na via e os níveis de tensão aplicados. O desempenho do lastro estabilizado com betume foi testado através do método PUMA – Precision Unbound Material Analyser.

Os resultados mostraram uma redução significativa da deformação permanente e da taxa de deformação associada com a rigidez alterada e as propriedades de dissipação de energia do BSB, sugerindo grande potencial desta tecnologia para melhorar a performance do lastro. Sendo assim, deve, ainda, reduzir a frequência de manutenções de rotina necessárias, implicando em redução de custos e melhora da sustentabilidade.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061816311679

Imagem: componente impresso em 3D

Chamando a atenção da indústria nos mais diversos setores, a impressão 3D é uma área de interesse crescente para o desenvolvimento do transporte ferroviário. A empresa alemã, Deutsche Bahn (DB), é a mais recente a explorar esse recurso na substituição de componentes obsoletos utilizados na infraestrutura e em material circulante. O projeto iniciou no ano de 2015 e já conta com a produção de mais de 200 componentes, alguns dos quais já estão em uso nos metrôs alemães.

O processo utilizado para a produção é chamado Selective Laser Sintering (SLS), o qual opera um laser de alta potência para fundir as partículas pequenas de plástico em uma massa tridimensional. Já para os metais o processo utilizado é denominado Selective Laser Melting (SLM), semelhante ao anterior, porém funde partículas ao invés de sinterizá-las. Os materiais utilizados como base para a fabricação são conhecidos como PA12 e Ultem para os plásticos, bem como o alumínio para os metais.

Stefanie Brickwede, gerente do projeto, afirma que o objetivo é fazer da impressão 3D um auxílio na manutenção. A maioria das peças que estão sendo impressas são muito antigas e não possuem um arquivo 3D do design. Dessa forma, o componente já existente é usado para a criação de um arquivo CAD, à partir do qual a impressão é feita.

Ainda assim existem muitos desafios para a adaptação à esse modo de fabricação. Atender aos padrões de certificação, garantir grande resistência à chama e limitações quanto ao tamanho das peças produzidas, são somente algumas das dificuldades encontradas pelo caminho. Como grande impasse, o custo do processo de produção dos materiais metálicos é relativamente alto, o que restringe a sua utilidade atualmente.

No entanto, a tecnologia evolui constantemente e DB continua explorando as possibilidades da impressão em três dimensões. A gerente do projeto aponta que uma porcentagem de 3-7% das peças necessárias ao transporte ferroviário, tanto para material circulante quanto para infraestrutura, já podem ser facilmente impressas. É um número relativamente baixo, mas que pode aumentar com as constantes evoluções.

Para mais informações, acesse:

http://www.railjournal.com/index.php/technology/db-enters-the-third-dimension.html?channel=2078

Imagem: Bloco fabricado em material compósito

Uma pesquisa desenvolvida em conjunto por algumas instituições de ensino superior da China avalia a possibilidade de utilizar materiais compósitos na estrutura de um truque para trens urbanos de levitação magnética. O material usado foi a fibra de vidro, e representou uma redução de 30,9% no peso da estrutura em comparação com materiais metálicos comumente utilizados na indústria ferroviária.

Materiais compósitos leves têm sido amplamente utilizados em várias áreas da engenharia, como na indústria aeroespacial e naval. São materiais de alta rigidez e resistência, bastante resistentes à corrosão e fáceis de manufaturar. Na área de transportes, a redução de peso dos materiais é um desafio constante. Um compósito pode reduzir o peso total de um veículo, por exemplo, aumentando sua eficiência, o que se traduz em economia a longo prazo. Entretanto, na indústria ferroviária seu uso ainda tem um crescimento lento.

As pesquisas nessa área não são novidade, mas ainda assim não é um tema muito explorado. Pesquisadores já vêm estudando a possibilidade de usar novos materiais no piso dos carros ferroviários. Porém, explorar o uso de compósitos na estrutura do truque é algo novo.

O objetivo do trabalho chinês era fabricar uma estrutura do truque de um trem urbano de levitação magnética utilizando material compósito leve. Pelo fato de a força motriz do trem ser por levitação magnética, a redução do peso era questão mais urgente a ser tratada. A estrutura do truque de metal de um maglev é, basicamente, composta de quatro blocos fundidos, quatro soleiras, duas vigas laterais e um eletroímã. O bloco fundido, uma estrutura multi-cavidade feita de alumínio, era responsável por aproximadamente 60% do peso de toda a estrutura do truque, por isso foi o alvo da pesquisa.

O bloco usado consistia em uma estrutura retangular com sete cavidades. O processo escolhido para a sua manufatura foi a moldagem por autoclave. Para medir sua resistência foi realizado um ensaio de flexão de três pontos, e a análise de elementos finitos.

Os resultados mostraram que o bloco reforçado com fibra de vidro é capaz de suportar a carga requisitada para sua aplicação em um trem maglev. Além disso, a redução no peso foi de, aproximadamente, 30,9% em comparação com os metais tradicionalmente usados. Logo, fica evidente que os materiais compósitos tem potencial para serem utilizados na indústria ferroviária. O elemento de material compósito tem, ainda, rigidez e resistência mais altas, fazendo com que os truques que tem compósito em sua estrutura sejam mais confiáveis.

Para mais informações acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235214651630313

Imagem: metrô sem operador. Fonte

Um estudo publicado no jornal Technological Forecasting and Social Change, volume 110, aborda o futuro da automação no ramo ferroviário e metroviário por meio da metodologia Technology Roadmap (TRM). O projeto é baseado nos principais setores em que a automação influencia o transporte de cargas e principalmente de passageiros, visando a melhoria dos serviços, a agilidade e a redução de custos.

A automação relacionada à esse campo evoluiu à partir da necessidade de aumentar a segurança para os sistemas ferroviários. Com os avanços tecnológicos, a automação é aplicada no controle e na otimização dos sistemas, substituindo e executando tarefas manuais por meio de soluções tecnológicas. A metodologia aplicada, conhecida como Technology Roadmap, estabelece uma relação entre as necessidades futuras de mercado, a tecnologia atual das empresas e a tendência da tecnologia no mundo. Seu resultado é uma gama de possíveis condições futuras e um cenário esperado para o setor ferroviário e metroviário, que descrevem o desenvolvimento mais provável para os condutores do mercado.

Como base desse meio de transporte, o estudo em questão aponta quatro principais influências de mercado: a demanda de capacidade, a eficiência energética, a satisfação dos passageiros e a redução de custos.

O aumento da capacidade para trens e metrôs é uma questão complexa, devido aos inúmeros fatores interligados que a envolvem: infraestrutura, material circulante, força motriz, funcionários e estratégias operacionais. Restrita por limitações físicas e financeiras, o aumento da capacidade exige mais inovações tecnológicas e também mais prazos de entrega.

A eficiência energética desse setor apresenta bons resultados atualmente, quando comparada a outros meios de transporte. No ano de 2010 o consumo específico de energia do transporte de passageiros foi de 0,29 kW/hora por passageiro por quilômetro, valor correspondente à um terço do transporte aéreo e quase metade do transporte de automóveis. A situação é semelhante com a emissão específica de dióxido de carbono, que aponta o valor de 59,8 g por passageiro por quilômetro. A automação tem papel fundamental para o contínuo desenvolvimento da eficiência energética, tendo em vista a otimização de energia, a prevenção de conflitos de rota e a operação automatizada.

Os principais fatores que garantem a satisfação dos passageiros estão relacionados com o conforto, a pontualidade, a comunicação, a informação e o preço. A automação desempenha importante papel para o sucesso dessas atividades, onde inovações tecnológicas constantemente elevam a aprovação pelos usuários.

Devido à concorrência no mercado de transportes, os custos do ciclo de vida, de operação e de manutenção devem ser diminuídos significativamente. Para alcançar valores competitivos no mercado a automação tem a função de reduzir custos automatizando atividades de manutenção, oferecendo sistemas mais confiáveis e desenvolvendo estratégias para diminuir o nível de manutenções nas locomotivas e inclusive na infraestrutura.

Como resultado do estudo, são apontadas diferentes porcentagens que caracterizam as mínimas e máximas possibilidades dos dirigentes de mercado, além do cenário esperado.  Para a demanda de capacidade é esperado um aumento de 50% até o ano de 2020; enquanto para a eficiência energética, é previsto um decréscimo de 30% nas emissões de dióxido de carbono até o ano de 2030. A pontualidade é um fator crucial para a satisfação dos passageiros, que tende a melhorar 92%. Por fim, o aperfeiçoamento de funções pode levar a uma redução de custos de 25% até o ano de 2020.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040162515004217

Imagem: locomotiva de manobras TEM19

Quatro empresas russas assinaram um acordo no Fórum Econômico Internacional de São Petersburgo destinado ao aumento da utilização de gás natural como combustível para os transportes ferroviários. As empresas Russian Railways, Gazprom, Transmashholding e Sinara atuarão simultaneamente para expandir as instalações, as redes de distribuição e de manutenção dos equipamentos de gás natural. O benefício desse combustível é a possibilidade de construir uma locomotiva de alta potência (de até 8.3 MW), que alcança até 100 km/h com carga máxima.

Dentro do acordo firmado, a empresa Gazprom será responsável pela construção da infraestrutura de gás, de acordo com as especificações aplicáveis. A função de Russian Railways será a determinação das áreas de construção dos itens de infraestrutura, assim como fazer as atualizações necessárias e as instalações técnicas para operação. Transmashholding e Sinara, como fabricantes de material rodante, são encarregadas da certificação de locomotivas desenvolvidas, da produção de protótipos e dos serviços pós-venda.

Dois modelos de locomotivas movidas à gás natural estão sendo desenvolvidos por essas empresas. O primeiro, GT1h será destinado a uma frota não elétrica, onde em testes rebocou um trem de 9000 toneladas por 700 km sem reabastecimento. Na figura abaixo é possível observar o modelo citado.

Imagem: locomotiva GT1h à gás natural

O segundo modelo, locomotiva de manobra TEM19, possui a potência de 880 kW, está em fase de testes com a empresa Sverdlovsk Railway e seguirá para a produção em série. Demonstrou, em projeto, redução da emissão de gases e ainda permitirá economia significativa no custo de energia, representando cerca de 20% ao ano.

Para mais informações, acesse:

http://www.railjournal.com/index.php/locomotives/russians-to-expand-natural-gas-use-in-rail-transport.html?channel=2078

http://www.tmholding.ru/en/press_office/events/6019.html?sphrase_id=19472

Imagem: Repoint

Os AMVs – Aparelhos de Mudança de Via – são dispositivos responsáveis por permitir que o material rodante troque de linha. São compostos por duas lâminas móveis – agulhas ou chaves -, que se movimentam entre dois trilhos. Este funcionamento se dá da mesma forma há mais de duzentos anos.

Caso o deslocamento das agulhas não seja concluído por algum motivo, a composição corre risco de descarrilamento. Ao longo dos anos foram aperfeiçoados sensores, protocolos de sinalização e procedimentos operacionais e de manutenção para reduzir este risco. Entretanto, além de tais melhorias aumentarem o custo com os AMVs, acidentes causados por falhas nesses dispositivos ainda são comuns.

Baseado em conceitos da indústria aeroespacial, o Repoint é um AMV – também chamado de switch – à prova de falhas. O projeto é desenvolvido por estudantes da Universidade de Loughborough, e apoiado pelo programa de inovação da indústria do Reino Unido.

O Repoint utiliza um mecanismo de elevação e queda que permite levantar não só os trilhos, mas também os últimos dormentes da via, e reposicioná-los na direção desejada. É um sistema com, praticamente, nenhuma perda por atrito e muito mais rápido que o dos AMVs. Enquanto o Repoint faz a troca de via em 1 segundo, um switch comum leva 4 segundos para completar a troca.

O projeto permite atuação redundante, não requerendo reparo imediato em caso de falhas. Se um elemento atuador falha, os outros continuam a funcionar normalmente e as composições podem passar sem nenhum risco até que a manutenção seja realizada.

Entre os resultados da utilização do Repoint estão a redução dos custos de manutenção, a melhora na qualidade do serviço ferroviário visto que não há necessidade de manutenção não programada em caso de falhas, e a melhora da capacidade ferroviária.

Um modelo do Repoint já havia sido elaborado. Agora, no início de 2016, a iniciativa recebeu recursos do RSSB (Britain’s Railway Safety and Standards Board) para um projeto de dois anos com o objetivo de construir um protótipo em tamanho real do switch.

Para mais informações acesse: http://www.lboro.ac.uk/enterprise/repoint

Imagem: locomotiva elétrica

A organização sem fins lucrativos European Partnership for Railway Energy Settlement Systems (ERESS) vem desenvolvendo desde 2004 o sistema de solução de energia ferroviária, conhecido como Erex, que fornece serviços de medição precisa e de controle da energia demandada pelo setor na Europa. A motivação desse sistema é grande, quando se pode averiguar que atualmente diversos países utilizam métodos simples de calcular o consumo de energia, envolvendo somente o peso da locomotiva e a distância percorrida. A sistemática aplicada em Erex garante maior precisão nos cálculos e ainda traz resultados positivos para as empresas, que têm economizado até 25% no âmbito de energia.

A organização, hoje, conta com sete membros representativos de diferentes operadoras, duas originalmente da Suécia e os demais referentes aos países Dinamarca, Bélgica, Noruega, Suécia, Finlândia e Holanda. Seu intuito é gerir uma norma que padronize métodos de medição comprovados e de controle. Dyre Martin Gulbrandsen, diretor da ERESS, afirma que a falta de precisão das contas de energia significa que não há incentivo para as empresas economizarem energia quando os cálculos são realizados de maneira rudimentar. Disse ainda que parece desnecessário priorizar a eficiência energética quando não será possível adquirir recompensas da mesma.

A metodologia Erex requer o recebimento de dados de energia medidos à partir de sistemas já existentes em toda a Europa, de dados de GPS, de dados do sistema de gestão das locomotivas e dos preços de energia por hora, específicos de cada país. Essas informações são filtradas a cada um ou cinco minutos e combinadas em um algoritmo que assegura a veracidade dos resultados. Ainda assim, cada operadora tem acesso a um conjunto de relatórios que atribuem transparência a todo o processo e que permitem às empresas ferroviárias compreender o seu uso de energia e economizar.

De maneira crescente, o sistema vem englobando resultados positivos para as operadoras, que constataram até 25% de economia de energia nos últimos anos, como é o caso de empresas da Bélgica e da Holanda. Esse é somente um pequeno passo que dá partida a um rumo de grandes oportunidades e de projetos relacionados à eficiência energética no setor ferroviário e metroviário pelo mundo.

Para mais informações, acesse:

http://www.railjournal.com/index.php/europe/are-you-paying-too-much-for-your-traction-energy.html

Imagem:agregados do NEOBALLAST.

A crescente demanda por maiores cargas por eixo e maiores velocidades nas ferrovias levou a melhoria de componentes estruturais da via permanente, como trilhos, dormentes, etc. No entanto, não houve mudanças significativas no lastro, mesmo sendo um dos principais responsáveis pelos gastos de manutenção. Nesse contexto, pesquisadores da Corporação Comsa e da Universidade Politécnica da Catalunha, Espanha, desenvolveram o NEOBALLAST, um lastro com maior vida útil e menores níveis de vibração.

O lastro ferroviário é um componente da estrutura da via permanente, constituindo-se em uma camada intermediária de material granular, entre o sublastro e os dormentes da ferrovia. As suas principais funções são: distribuir os esforços resultantes das cargas dos veículos, formar uma superfície com elasticidade para atenuar as trepidações resultantes da passagem dos trens, formar uma superfície uniforme e contínua para o correto alinhamento dos dormentes e trilhos e, por fim, impedir o deslocamento dos dormentes. Com a exigência por parte dos trens de transportar maiores cargas e em maiores velocidades, aumentou-se os esforços no lastro e as manutenções nesse componente têm-se tornado mais frequentes. Sendo assim, destacou-se a necessidade de desenvolver soluções que melhorem as suas propriedades e que reduzam os gastos atribuídos ao componente para que, desta maneira, contribuam na construção de uma ferrovia sustentável.

Portanto, o objetivo dos pesquisadores foi desenvolver “o lastro do futuro”. Para isso, aumentar a vida útil do componente estrutural foi julgado como o quesito mais importante para o futuro sustentável de uma ferrovia, pois assim, reduz-se os gastos com manutenção e aumenta-se a confiabilidade do lastro. O NEOBALLAST é resultado de um revestimento especial feito de borracha reciclada de pneus e outros agregados reciclados. Desta maneira, consegue-se menor rigidez da via, elevada resistência à abrasão e maior energia dissipada por meio do contato com o revestimento de borracha. Além disso, a adição de materiais de borracha melhoram as propriedades acústicas do lastro, isto é, consegue-se reduzir os níveis de vibração da via. Uma característica importante para ser aplicada em ferrovias urbanas.

Para comprovar a melhoria nas propriedades do NEOBALLAST quando comparados aos lastros convencionais de concreto, os pesquisadores realizaram um conjunto de testes: ensaios de abrasão e resistência ao impacto; ensaio de densidade e absorção de água, teste de solidez com sulfato de magnésio e ensaios relacionados à vibração.

O primeiro teste mostrou que o novo componente que as partículas NEOBALLAST resistiram mais à deformação, pois mantiveram a sua forma inicial angular e afiada enquanto as partículas de concreto ficaram arredondadas. Manter a angulação das partículas é fundamental para o melhor assentamento do lastro e a melhor transferência dos esforços envolvidos na movimentação dos trens. No ensaio de solidez, o NEOBALLAST se demonstrou mais resistente ao intemperismo. Já no teste de absorção de água os resultados foram semelhantes para ambos os lastros. Por fim, os testes acústicos comprovaram a melhor performance do novo lastro em termos de mitigação da vibração.

Além disso, testes de carregamentos cíclicos foram aplicados em ambos os lastros e os primeiros resultados apontaram que o NEOBALLAST pode reduzir em até 90% a rigidez global do componente estrutural.

Desta maneira, com os resultados promissores obtidos, os pesquisadores concluíram que o NEOBALLAST possui um grande potencial para ser aplicado nas ferrovias, principalmente na Europa, onde há uma maior necessidade de melhorar a relação custo-benefício das suas vias.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352146516301521