Observatório Metro-Ferroviário

Imagem: Método em teste.

Segundo Huan Wang e colaboradores, a China construirá até o final de 2015 uma rede ferroviária nacional de alta velocidade com mais de vinte mil quilômetros de extensão. Neste tipo projeto, as ferrovias sem lastro são amplamente utilizadas devido as suas vantagens, porém estudos mostram que esse tipo de estrutura sofre com carregamentos dinâmicos a longo prazo e pode trazer potenciais riscos para a segurança do transporte. Com o aumento dessas ferrovias, pesquisadores da Universidade de Jiao Tong – Xangai, desenvolveram um método de teste não destrutivo computacional para investigar as estruturas e as potenciais falhas.

As ferrovias de alta velocidade são geralmente construídas sem o lastro para a sustentação. Ao invés disso, utiliza-se uma estrutura formada por quatro partes: os dormentes, uma manta de argamassa de cimento asfáltico (CA), as placas de suporte e o aterro. Os dormentes e as placas de suporte são feitos, normalmente, de concreto armado, já o CA e o aterro são construídos por misturas mais densas de asfalto. Como o aterro e o CA são relativamente fracos, as falhas irão se concentrar nessas duas regiões, assim os pesquisadores chineses se concentraram nessas partes para desenvolver o método de investigação.

Muitas técnicas tradicionais de tomografia são utilizadas para investigar os defeitos nesse tipo de estrutura ferroviária, porém elas não estão apresentando a eficiência desejada. Utilizar radar de penetração do solo com base na reflexão de ondas eletromagnéticas, por exemplo, é muito difícil devido ao escudo criado pela armação presente nos dormentes e nas placas de suporte da ferrovia. Por conta disso, os pesquisadores chineses acharam uma solução utilizando a Inversão de Campo de Onda Completo – FWI (Full Waveform Inversion).

A Inversão do Campo de Onda Completo – FWI (Full Waveform Inversion), é uma técnica que usa a equação da onda completa para estimar parâmetros elásticos de subsuperfície, fornecendo imagens de alta resolução. Utilizando informações complementares fornecidas pela amplitude e fase da onda sísmica, a FWI vai além das técnicas de tomografia de refração e reflexão que usam apenas a cinemática do tempo de trânsito dos dados sísmicos. Desta forma,  a FWI minimiza a diferença entre o dado adquirido em campo e o dado modelado. Além disso, utilizou-se a técnica de análise numérica FDTD (Diferenças Finitas no Domínio do Tempo) para modelar o sistema.

Para demonstrar o método, os pesquisadores realizaram simulações e coletaram dados em um teste de campo e os resultados foram positivos. A FWI revelou as falhas pré-estabelecidas nas estruturas e conseguiu gerar uma boa visualização dos defeitos. Desta forma, o método FWI se mostrou prático e quantitativo para ser utilizado no setor ferroviário.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0886779815302182

Imagem: Protótipo do vagão Hopper tri articulado. Fonte

Uns dos maiores obstáculos nos portos brasileiros são as operações de carga e descarga, principalmente de grãos e açúcar que sofreram um aumento significativo nos últimos anos. Para melhorar esse quadro, a AmstedMaxion junto a Amsted Rail e a Greenbrier, referências em equipamentos de transporte ferroviário, desenvolveram um novo vagão Hopper tri articulado com maior capacidade de transporte e com a inovadora função de carga e descarga em movimento.

A tecnologia instalada no novo vagão é inédita no Brasil e torna o processo de carga e descarga muito mais rápido e seguro, tanto para a carga quanto para os operadores, visto que o acionamento das portas do vagão é todo automatizado por meio de um sistema pneumático. Além disso, o processo de descarga se tornará mais eficiente, pois não deixará restos no vagão. Isto se deve a uma tinta especial na parte interna do Hopper que não permite a carga grudar no vagão, protege contra processos de oxidação e facilita o escoamento da carga durante o processo de descarga.

O novo vagão Hopper tri articulado foi desenvolvido com o truque Motion Control, um equipamento com tecnologia de ponta da Amsted Rail que aumenta o tempo de vida e reduz os gastos de manutenção. Um ponto importante é que o vagão da AmstedMaxion foi desenvolvido observando as condições brasileiras de operação e de via permanente, o que contribui bastante para a eficiência e vida útil do vagão.

Um fato curioso dito por Vicente Abate, presidente da Associação Brasileira da Indústria Ferroviária (ABIFER), durante a sua palestra no 2º Congresso Nacional de Engenharias da Mobilidade (CONEMB 2015), realizado na cidade de Joinville, é que o novo vagão foi construído para operar em bitola métrica, porém possui uma capacidade de carga maior que os vagões normais utilizados em bitola standard. Esse fato anima os desenvolvedores, pois para trabalhos futuros pode-se construir esse vagão em bitola standard e, assim, aumentar ainda mais a capacidade de carga.

Poderão ser transportadas 136 toneladas de açúcar ou 130 toneladas de soja no novo vagão tri articulado, sendo que os vagões utilizados atualmente conseguem transportar 77 toneladas de qualquer um dos produtos. Desta forma, acredita-se que o lançamento da AmstedMaxion atingirá um ganho de 33% no rendimento do transporte dos vagões sem alterar significavelmente o comprimento dos trens.

Espera-se que o vagão comece a operar até final de 2015 e ajude a desafogar os portos brasileiros. O Hopper tri articulado esteve presente na NT Expo – 18ª Negócio nos Trilhos, principal evento metroferroviário da América do Sul, que ocorreu entre os dias 3 e 5 de novembro de 2015, na cidade de São Paulo.

Para mais informações, acesse:

http://www.abifer.org.br/Noticia_Detalhe.aspx?codi=18909&tp=1

http://www.ubmbrazil.com.br/pt/inicio-pt/53-noticias/nt-expo/827-amstedmaxion-apresenta-vagao-hopper-tri-articulado-na-nt-expo

http://www.revistaferroviaria.com.br/index.asp?InCdEditoria=1&InCdMateria=23945

Imagem: Eixo em teste.

Os eixos ferroviários são componentes que necessitam uma atenção especial para garantir a segurança e a integridade do transporte. Uma falha nestes elementos pode ser catastrófica como, por exemplo, descarrilar uma composição inteira. Realizar manutenções preventivas e monitoramentos frequentes são as melhores formas para prevenir um acidente. Pensando nisso, pesquisadores da Politecnico di Milano, Itália, propuseram um método de monitoramento de tempo real analisando as vibrações de um trem.

Os eixos são elementos estruturais de um trem que sofrem ações da carga transportada, de tração e frenagem. Além disso, possuem uma longa vida útil (30 anos ou até mais em linhas europeias) e, por conta disso, estão sujeitos à fadiga e corrosão. Para prevenir estes problemas, inspeções são realizadas periodicamente com aparelhos ultrassom ou técnicas utilizando partículas magnéticas. No entanto, as falhas nos eixos ainda ocorrem com frequência. Assim, viu-se a necessidade de criar um método de monitoramento em tempo real para reduzir esse número.

O método de monitoramento proposto se baseia que na presença de uma trinca, as vibrações, a simetria e a frequência do movimento serão alteradas. Desta forma, é possível analisar esses parâmetros e alertar uma possível falha.

Para demonstrar o método, os pesquisadores desenvolveram dois eixos em tamanho real, um com falha e outro sem, e testaram em laboratório. Além disso, utilizaram o método de elementos finitos para simular as vibrações devido ao contato das rodas com a via permanente, incluindo as condições da via. Os testes mostraram que o método é eficaz, porém é necessário que a falha apresente no mínimo 16% da seção transversal do eixo.

Desta forma, o novo método proposto pelos pesquisadores italianos não visa substituir as manutenções prévias nem as inspeções periódicas, mas visa estabelecer uma nova medida de segurança para detectar trincas e evitar maiores prejuízos. Para trabalhos futuros, os pesquisadores italianos pretendem ampliar o método e identificar o local exato da falha.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112315002133

Imagem: Sensor Bragg aplicado na ferrovia.

Monitorar o tráfego nas linhas férreas e o estado dos elementos estruturais de uma linha férrea são atividades primordiais para a segurança e qualidade do transporte ferroviário. Contudo, a inspeção é um trabalho árduo, caro e dependente de profissionais experientes. Pensando em facilitar essa tarefa, pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Roma, Itália, desenvolveram um método de monitoramento em tempo real utilizando sensores de Bragg ao longo da ferrovia. Desta forma, o sistema coleta os dados e informa o estado de operação da via permanente de forma mais rápida e prática.
Os sensores de Bragg vêm sendo utilizados no monitoramento de infraestruturas, pois são incorporados a elas e conseguem detectar alterações mecânicas, como tensão, dilatação e temperatura. Isto se deve às redes de Bragg na fibra ótica que possuem a propriedade de alterar o índice de refração do núcleo da fibra por meio da absorção ótica de luz Ultravioleta. A fotosensibilidade permite a fabricação de estruturas, ou redes, obtidas pela alteração permanente do índice de refração do núcleo, com padrão periódico ao longo da fibra. A modulação periódica do índice de refração atua como espelho seletivo de comprimentos de onda. O sinal que incide na rede é refletido nas interfaces que separam os índices de refração diferentes. Qualquer mudança que altere o índice de refração da RBF (Rede de Bragg em fibra ótica) irá alterar também o comprimento de onda de Bragg. Com isso, podem-se captar as mudanças nos parâmetros.
Esses sensores apresentam algumas vantagens de aplicação, como total ausência de interferências eletromagnéticas, tem resposta em tempo real, podem atuar em grande distância, coeficiente de dilatação único, não precisam de calibração, possuem alta sensibilidade e precisão. As desvantagens são: fragilidade das fibras e o preço mais elevado para integrar os sensores a um sistema.
Os pesquisadores italianos realizaram testes com 50 sensores RBF instalados ao longo de 1,5 km da Linha 2 do metrô de Milão, onde os trens chegam a no máximo 90 km/h. Com um algoritmo dedicado a processar os dados, conseguiram estimar o desgate da via permanente e das rodas e parâmetros de tráfego, como a velocidade do trem.
Para trabalhos futuros,  equipe pretende identificar os pontos de falha na ferrovia e nas rodas e, desta forma, facilitar ainda mais o trabalho de inspeção.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0888327015000059

Imagem: Novo modelo de roda

(1) Pneu Elástico; (2) Pista de Rolamento; (3) Disco Flange; (4) Porca de Fixação Axial; (5) Disco de Roda; (6) Caixa do Munhão; (7) Tampa do Munhão; (8) Eixo; (9) Rolamento do Munhão; (10) Anel de Vedação; (11) Junta Elástica; (12) Parafusos da Tampa; (13) Rolamentos da Roda.

A interação das rodas com os trilhos é um dos principais alvos de pesquisas no setor ferroviário, isso porque reduzir o impacto dinâmico da interação roda-trilho e garantir a estabilidade dos trens são fundamentais para melhorar a eficiência e segurança do transporte ferroviário. Para satisfazer essas necessidades, pesquisadores russos desenvolveram um novo par de rodas com uma capa flexível de superfície cilíndrica, sendo o centro da roda estabelecido por rolamentos próprios, independente da roda.

O novo par de rodas leva em conta as vantagens e desvantagens de outros modelos já criados. Foi projetado para o uso em estradas de ferro com 1520 mm de bitola e velocidade inferior a 200 km/h. Estruturalmente o novo par de rodas consiste em um eixo (8) com dois discos flange (3) unidos sob pressão, e duas rodas (5), que estão em contato com o eixo (8) por meio dos seus próprios conjuntos de rolamentos (13). A roda tem um pneu flexível (1) sobre uma base elástica (11). A distorção do pneu devida a carga radial aumenta a área de contato com a ferrovia e o pneu é capaz de absorver o impacto dinâmico da via. Assim, a tensão é reduzida na área de contato, a transmissão de força de travagem é melhorada e o impacto dinâmico entre os trilhos e o trem é atenuado.

Os discos de flange são responsáveis apenas por orientar forças transversais e são capazes de rodar independentemente das rodas em conjunto com o eixo nos mancais. As rodas destinam-se principalmente para a transmissão de forças radiais e o torque de frenagem. Esta tecnologia permitiu evitar deslizamentos das superfícies de contato no trilho ao dirigir com o contato de dois pontos, se livrar do movimento sinuoso, e reduzir a resistência ao movimento do par de rodas, melhorando desse modo a segurança movimento.

Para os trabalhos futuros, os pesquisadores pretendem realizar um estudo sobre a junta elástica do disco de roda, prototipar os pares de rodas, e realizar os testes de desempenho.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815005743#

Imagem: Estação de coleta de dados. Fonte

Nos registros recentes, há vários casos de descarrilamentos no mundo causados por fortes ventos cruzados. Japão, China e Canadá são países que se destacam no número de acidentes. Para reduzir essas ocorrências, tem-se investido muito na aerodinâmica dos trens e simulações para analisar os efeitos dos ventos cruzados. Além disso, outros cientistas tem desenvolvido sistemas de alerta de ventos fortes e os resultados são positivos para o transporte feroviário. Porém, para proteger a circulação de trens ao longo da ferrovia Qinghai – Tibete, um novo sistema de alerta foi desenvolvido com um método de previsão da velocidade do vento a curto prazo, utilizando Decomposição do Modo Empírico (EMD) e o algoritmo Recursive Autoregressive Integrated Moving Average (RARIMA).

A ferrovia Qinghai – Tibete é mais alta do mundo, são 5072 km de altitude e 1142 km de extensão. Devido a elevada altitude, o fenômeno de vento cruzado forte acontece com frequência ao longo da ferrovia, desta forma, é necessário um sistema de alerta inteligente e em tempo real para garantir a segurança dos trens. O método proposto para o novo sistema consiste em três etapas computacionais: (1) usar o método EMD para decompor os dados de velocidade do vento em sub-camadas; (2) construir modelos de previsão para todas as sub-camadas de velocidade com o RARIMA; (3) empregar os modelos construídos no RARIMA para prever a velocidade.

Para medir a velocidade do vento ao longo da ferrovia Qinghai-Tibete, 52 estações de coleta de dados de velocidade do vento foram instaladas, incluindo dois tipos: as estações sem fio e as estações cabeadas. Além disso, todas as informações em tempo real dos trens e da linha férrea são recolhidas pela companhia da Qinghai – Tibete e passadas para o banco de dados do sistema de alarme. Com isso, emprega-se os modelos de previsão e uma mensagem é gerada para os trens e para o sistema de monitoramento da ferrovia.

Os experimentos mostram que o novo método possui um desempenho satisfatório de precisão e tempo, além disso se apresentou melhor do que o modelo tradicional Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA). A nova etapa do projeto é acrescentar a direção do vento nos calculos e, assim, otimizar o sistema.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610515000471?np=y

Cabine de trem-bala japonês. Fonte

Vários sistemas de comunicação via rádio são utilizados para controle no setor ferroviário, assim como sensores sem fio e serviços para obter informações dos passageiros. Projetar, avaliar e construir esses sistemas são trabalhos lentos, além de custosos. Para reduzir esses problemas, pesquisadores japoneses desenvolveram um método de simulação para calcular características dos sistemas de transmissão, como taxas de erros, taxas interferências, delays e consumo de energia, tudo isso considerando o ambiente e a aplicação da ferrovia. O simulador recebeu o nome de RADTRACE.

Para desenvolver um sistema de comunicação operacional ferroviário, deve-se tomar alguns cuidados durante o projeto e a construção para assegurar estabilidade e segurança. Em especial, deve-se conhecer as características de propagação das ondas de rádio no ambiente e as aplicações da ferrovia. Para otimizar esses serviços, os pesquisadores japoneses Seki e Kawasaki programaram o RADTRACE para encontrar a melhor configuração de construção e operação do sistema de comunicação. O usuário passa informações da ferrovia e do trem, como velocidade, posição, direção, mensagens enviadas, mensagens recebidas e detalhes de operação, e através de métodos numéricos, o RADTRACE calcula a eficiência do sistema de comunicação e exporta os dados para um arquivo de texto. Desta forma, é possível avaliar todo o projeto.

Os testes do RADTRACE mostraram um grande potencial para o novo simulador. Desta forma, as pesquisas continuarão e os resultados obtidos servirão para melhorar e ampliar as aplicações do simulador.

Para mais informações, acesse:

https://www.jstage.jst.go.jp/article/rtriqr/56/1/56_33/_pdf

Imagem: Teste do sistema LSM.

Os rodeios ferroviários existentes para operar em altas velocidades com um motor rotativo possuem um limite de 600 km/h. Para alcançar esse limite, a condução eletromagnética normal apresenta alguns problemas, como o aumento do tamanho e do peso. Além disso, a eficiência elétrica diminui para gerar o grande campo magnético necessário. A fim de reduzir esses problemas, pesquisadores coreanos apresentaram um protótipo de sistema de propulsão com eletroímãs supercondutores e um Motor Linear Síncrono Supercondutor (LSM – Linear Synchronous Motor).

Os eletroímãs supercondutores foram feitos com fios supercondutores de segunda geração (2G HTS – Second Generation High Temperature Superconducting) que podem operar em temperaturas altas,  se comparados aos sistemas usuais. Por isso, as duas bobinas duplas em forma de panqueca, que constituem os polos norte e sul do eletroímã, são chamadas de HTS. Esta composição garante um melhor desempenho do campo magnético e melhores propriedades mecânicas, tudo a um menor preço.

Imagem: Eletroímãs duplos em forma de panqueca.

A propulsão de um trem utilizando o sistema motor LSM se dá através da força eletromagnética entre a bobina da pista e o eletroímã do trem. Portanto, é possível reduzir o peso do veículo e produzir um maior campo eletromagnético utilizando o ímã HTS LMS, em comparação com os sistemas eletromagnéticos usuais. Devido a isso, a distância entre o solo e o trem pode aumentar  e minimizar os problemas de construção das ferrovias de altas velocidades.

Características térmicas e eletromagnéticas foram avaliadas durante o teste do protótipo e os resultados mostraram um funcionamento estável do eletroímã HTS. Os resultados deste estudo servirão para os pesquisadores desenvolverem um sistema real.

Este estudo foi apresentado no 27º Simpósio Internacional sobre Supercondutividade, realizado na cidade de Tóquio – Japão, em 2014. Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389215002953

Imagem: Exemplo de uma plataforma em fibra de vidro.

Na BRITISH Network Rail, foi concluída a construção de uma nova plataforma na estação de Needham Market, em Londres , utilizando um novo sistema de plataforma de compósito de fibra de vidro.

O sistema modular Plataforma Dura foi desenvolvida pela Dura Composites, no Reino Unido, usando técnicas de fabricação de pultrusão( processo de fabricação em contínuo de perfis constituídos por fibras e resinas termoendurecidas) e compósitos, e a instalação foi realizada pela Hammond, na Grã-Bretanha, que foi contratante principal para a rede ferroviária.

De acordo com o fabricante, a Plataforma Dura pode ser equipada com um sistema de aquecimento para derreter a neve e o gelo em baixas temperaturas, e também pode ser equipada com iluminação LED para destacar a borda da plataforma. O sistema tem uma vida útil de 50 anos e é concebido tanto como um substituto para plataformas de concreto, como em Needham Market, ou para projetos de sobreposição.

Para mais informações:

http://www.railjournal.com/index.php/europe/composites-speed-up-platform-construction.html?channel=537