Observatório Metro-Ferroviário

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: 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: Protótipo do vagão com a plataforma rotacionada para a posição de carga e descarga

O transporte intermodal consiste no uso de dois ou mais modais de transporte na mesma solução logística. Os benefícios são muitos, entre eles a redução no tempo e custo de transporte e nos impactos negativos ao meio ambiente. Além disso, a segurança nas rodovias aumenta, uma vez que o número de veículos em circulação é menor. O vagão projetado na Universidade Militar de Tecnologia, em Varsóvia, na Polônia, visa possibilitar maior integração entre os modais rodoviário e ferroviário.

O vagão é constituído por uma plataforma de carregamento rotativa rebaixada para transporte de semi-reboques, tratores e veículos pesados. Permite carga e descarga rápida, fácil e segura, sem a necessidade de infraestrutura de estações ou terminais, economizando tempo e dinheiro do transporte rodoviário.

Um modelo em escala 1:14 foi desenvolvido no laboratório de materiais do departamento de mecânica e ciência da computação aplicada da universidade. Foram modelados e testados componentes essenciais do vagão e a infraestrutura de carga e descarga da plataforma ferroviária. O modelo foi usado para demonstrar o princípio de operação e visualizar suas funções básicas no transporte de veículos pesados.

O protótipo é formado pelos seguintes elementos: chassis, truques, estrutura, corpo da plataforma, sistemas hidráulicos e pneumáticos, equipamentos elétricos e outros. A figura acima mostra uma visão geral do protótipo já com a plataforma rotacionada para a posição de carga e descarga. As extremidades da plataforma (2), após a rotação, são suportadas por roletes na extremidade da rampa da plataforma.

A principal vantagem do sistema é uma estrutura durável que garante operações seguras e precisas durante o transporte, e também durante procedimentos de carga e descarga. A construção do vagão, otimizada através de técnicas de projeto modernas, permitiu atingir níveis adequados de resistência e rigidez durante o transporte de um semi-reboque com carga total de até 40 toneladas. O vagão tem alta resistência a cargas, devido ao uso de uniões por forma rígidas e precisas, fixando o movimento das plataformas de carregamento na região acima do truque.

Os veículos usados na carga e descarga dos semi-reboques operam nas proximidades dos terminais. O objetivo seria entregar ao terminal designado os semi-reboques com as cargas a serem transportadas. Em seguida, eles seriam colocados nos novos vagões especiais. Uma vez que o semi-reboque for colocado no vagão, o veículo é usado para transporte e carga dos semi-reboques em espera no estacionamento.

Para mais informações, acesse: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352146516303131

Imagem: túnel em escala 1:31.

Pesquisadores da Universidade do Centro-Sul em Changsha, China, estudaram os efeitos aerodinâmicos causados pela redução da seção transversal dos túneis, uma prática que está crescendo na China devido ao aumento das linhas de alta velocidade e, consequentemente, dos sérios problemas estruturais no país. Quando um trem em alta velocidade entra em um túnel, forma uma onda de micro-pressão. Essas ondas causam um forte impacto no ambiente em torno do túnel, podendo causar uma explosão sônica nas saídas e, consequentemente, gerar sérios danos na infraestrutura do túnel e se houver habitantes próximos podem perturbá-los, como, por exemplo, sacudir as janelas das casas.

Para prevenir ou reduzir os impactos desse tipo de onda, já existem vários métodos utilizados pela indústria ferroviária, como o design da frente da locomotiva e a forma do portal do túnel mas, com os crescentes danos estruturais, a tecnologia de aumentar o revestimento dos túneis ganhou força por garantir uma maior resistência nas regiões afetadas. Trata-se de uma técnica que utiliza conceitos simples de interações entre ondas, mas que  inspirou os chineses a estudarem e dominarem a tecnologia.

Para o estudo, os pesquisadores utilizaram três métodos: análise de um túnel real, análise numérica e experimentos em menor escala. Para o primeiro método, foi selecionado o túnel Pingtu. Localizado entre as cidades Chenzhou e Lechang, o túnel apresenta 1921 metros de comprimento, 100 metros quadrados de área transversal e um revestimento de 0,3 metros de espessura e 90 metros de comprimento a 427 metros da entrada, mas com uma região de transição de 1 metro. Para o segundo método, utilizaram o software Fluent 6.3.26 aplicando alguns parâmetros simplificados do túnel Pingtu. Por fim, para o terceiro método criaram um experimento em escala 1:31, isto é, construíram um modelo de linha férrea com 61,968 metros de extensão e 3,226 metros quadrados de área transversal.

Imagem: (a) e (b) trens utilizados para os testes; (c) simulação na análise numérica; (d) trem em escala 1:31.

Com todos os experimentos realizados e dados coletados, os pesquisadores da Centro-Sul obtiveram importantes constatações. A primeira constatação foi de que a intensidade das ondas de micro-pressão diminui conforme aumenta a extensão do revestimento, porém chegando até certo comprimento, a partir de um valor a redução se torna insignificante, neste caso foram 60 metros. Outro fato foi de que a região de transição não tem efeitos sobre as ondas. E por fim, a constatação mais importante foi a de que o revestimento não pode estar em qualquer lugar, caso contrário pode até aumentar a intensidade das ondas. A localização correta não é difícil, deve-se apenas evitar o uso desta tecnologia nas entradas e saídas de túneis.

Este estudo revelou aspectos significantes para o uso desta tecnologia. Além de otimizar a sua aplicação e revelar os aspectos aerodinâmicos desconhecidos, ele também será utilizado pelo governo da China como base para regulamentar a utilização dos revestimentos.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0886779815303084

Imagem: Rondinelli D. Juvencio, Luiz Antônio Silveira Lopez, Luiz Gustavo Vaz de Melo, Yesid Asaff, Acires Dias e José Luiz Borba. (Da esquerda para direita) – Foto: Fabrina Tiburcio.

No dia 28 de outubro de 2015, realizou-se o primeiro Fórum Brasileiro de Educação Superior em Engenharia Ferroviária e Metroviária. O evento fez parte da programação do II Congresso Nacional das Engenharias da Mobilidade (CONEMB), na cidade de Joinville, Santa Catarina, e contou com a presença de engenheiros, professores e especialistas discutindo o panorama da indústria e da educação ferroviária no Brasil.

O CONEMB é o maior congresso de engenharias do país. Organizado por alunos e professores do Centro de Joinville da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), a segunda edição do evento abordou os desafios do transporte eficiente e sustentável e contou com palestras, mesas redondas, minicursos, workshops, competições e visitas técnicas nas áreas automotiva, aeroespacial, mecatrônica, naval, infraestrutura civil, transportes e logística e ferroviária e metroviária. Dentro da programação do CONEMB 2015, esteve o I Fórum Brasileiro de Educação Superior em Engenharia Ferroviária e Metroviária.

A temática do fórum foi discutir a relação entre a indústria e a educação ferroviária no Brasil e como essas áreas podem atuar juntas para impulsionar e melhorar o setor ferroviário brasileiro. Com perguntas estabelecidas pela organização e, mais tarde, com perguntas abertas à plateia, cada participante do fórum teve a oportunidade de respondê-las e dar a sua opinião.

Dentro das perguntas, discutiu-se a importância de divulgar o curso de engenharia ferroviária e metroviária no Brasil e como diminuir a distância que há entre a formação de engenheiros e as necessidades da indústria atual. Além disso, outro importante ponto citado foi a necessidade de criar um centro de pesquisas e integração para o setor ferroviário com uma efetiva participação das universidades.

Desta forma, viu-se no primeiro fórum um importante passo para impulsionar a educação ferroviária e metroviária no país e criar uma boa relação entre as universidades e as empresas. Para o futuro, espera-se realizar mais fóruns como esse, tanto em Joinville como em outras cidades brasileiras.

Participaram do fórum:

• Luiz Antônio Silveira Lopes – engenheiro do Instituto Militar de Engenharia (IME);
• José Luiz Borba – professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Espírito Santo há 38 anos e engenheiro da Vale S/A há 31 anos;
• Luiz Gustavo Vaz de Melo – especialista em projetos e capacitação técnica da Vale S/A e professor universitário há mais de 14 anos;
• Rondinelli D. Juvencio – engenheiro elétrico pós-graduado em engenharia ferroviária pelo CEFETES e desde 2008 na Vale S/A,
• Acires Dias – engenheiro mecânico com pós-doutorado na Universidade de Maryland, primeiro Diretor Geral do Centro de Joinville da UFSC e atual professor no Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC;
• Yesid Asaff – engenheiro mecânico formado na Universidade Francisco de Paula Santander (UFPS, Colômbia) com mestrado e doutorado na UFSC e atual coordenador do curso de Engenharia Ferroviária e Metroviária do Centro de Joinville, UFSC.

O Observatório Metroferroviário esteve presente no CONEMB 2015, em especial nas atividades voltadas ao setor ferroviário, cobrindo todas as palestras e o I Fórum Brasileiro de Educação Superior em Engenharia Ferroviária e Metroviária. Além disso, agradecemos a organização do evento por nos dar a oportunidade de divulgar o nosso site e a nossa página no Facebook.

Para mais informações, acesse:

http://www.conemb.com.br/

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Foi desenvolvido pela Tríxel, uma empresa de Inovação Tecnológica de Belo Horizonte, um sistema chamado “Passa-Trem”, que possibilita antever todos os gargalos e possíveis pontos de colisão de uma determinada linha férrea. Depois de fazer um levantamento gramétrico georreferenciado da linha, ela é simulada virtualmente num computador, em 3D. Ou seja, sistema Passa-Trem reconstitui a linha férrea, reproduzindo as condições físicas naturais ou construídas em seu entorno.

O software também possibilita a modelagem de cargas de qualquer tipo sobre vagões e locomotivas e simula a atividade dos veículos no ambiente do levantamento, fornecendo seções críticas para análise de possíveis colisões.Após a modelagem do veículo ferroviário, o sistema Passa-Trem é capaz de inseri-lo em um passeio virtual pelo trajeto foto-grametrado. O software criado pela Trixel realiza a simulação da passagem dos vagões por todas as intervenções que cercam a linha férrea, como, por exemplo, encostas, paredes rochosas, túneis, pontes, entre outras.Durante a simulação, todos os pontos de possíveis colisões dos vagões ou sua carga são destacados e exibidos pelo sistema no exato local em que estão na realidade.

Desse modo, é possível evitar colisões e desastres.Muito embora as condições do transporte ferroviário e das ferrovias brasileiras tenham se modernizado, alguns problemas persistem e exigem respostas rápidas e eficientes. É o caso, por exemplo, de se evitar que uma moderna locomotiva interrompa sua viagem porque suas dimensões não são compatíveis com a via e suas características técnicas.

A Tríxel desenvolveu, com tecnologia nacional, um equipamento baseado em sistema fotogramétrico de alta precisão por restituição multi-imagem. O Georeferenciamento é feito através de sistema de navegação inercial composto por giroscópios de fibra ótica, acelerômetros, odômetros e GPS geodésico, permitindo o posicionamento em áreas de baixa ou mesmo de ausência de sinais de satélite, como túneis ou cortes altos.

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Atualmente esse equipamento é montado sobre um vagão de carga e tracionado por um auto de linha, podendo operar em velocidades de até 40km/h. O segundo grande desafio é o processamento desses dados. Os algoritmos de processamento fotogramétrico utilizados foram desenvolvidos também pela Tríxel. Dada à enorme quantidade de dados a serem processados – para 800km de levantamento foram capturados aproximadamente 10 terabytes de fotos – o módulo de processamento da visão computacional foi implementado em estações gráficas de processamento paralelo baseados em “CUDA” (tecnologia de programação desenvolvida pela NVidia). O terceiro grande desafio é criar, com precisão, um ambiente de realidade virtual que represente a ferrovia dentro do computador.

Por último foi desenvolvido o módulo que simula um veículo ferroviário levando em conta:

• Comprimento de engate a engate;

• Distância entre eixos articulados, inclusive “spanbolster”;

• Distância entre eixos articulados e extremidades;

• Distância entre eixos e quantidade de truques articulados;

• Geometria do veículo por seções transversais;

• Geometria e posicionamento relativo de cargas especiais.

O sistema Passa-Trem permite a simulação desse veículo na via levantada, levando-se em conta os raios de curva, superelevação e folgas de segurança. A partir daí os pontos de colisão são evidenciados, podendo então ser devidamente tratados. Diferentemente do processo feito até então, que exigia uma simulação de campo para cada equipamento a ser testado, o Passa-trem faz o levantamento de campo uma única vez, possibilitando, a partir daí, simular qualquer veículo ferroviário sempre que necessário.

Para mais informações:

http://www.simefre.org.br/Data/Ferroviario/07-inovacao-e-tecnologia.pdf

http://www.trixel.com.br/

      Em conjunto com a empresa Vale, o Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica (Poli) da USP está desenvolvendo um projeto de simulador de realidade virtual que substituirá integralmente os cursos para treinamento de maquinistas.

       A ferramenta de simulação reproduzirá fielmente o comportamento do trem por todo o trajeto da ferrovia. Para isso, serão contemplados todos os sistemas que formam o trem, desde a tração e o freio dinâmico e distribuído da locomotiva, a dinâmica de vagões, a geometria da via férrea, até a visualização do ambiente com variações do dia (com sol, chuva, neblina, noite) e sons.

      Além disso, estarão incorporados aspectos como o tempo de percurso, consumo de combustível, choques de força de tração/compressão em engates e índice de segurança contra descarrilamento.

      O Sistema de Realidade Virtual para a Simulação de Trem foi desenvolvido por três equipes da Poli, lideradas pelo professor Roberto Spínola Barbosa, do Departamento de Engenharia Mecânica e coordenador do Laboratório de Dinâmica e Simulação Veicular (LDSV). Segundo ele, a atual arquitetura do simulador “permite que ele seja replicado para operações nos portos ou nas minas, além de outros sistemas de transporte, como as redes de metrô”.

O diretor de Engenharia e Desenvolvimento Logístico da Vale, Roberto Di Biase, destaca que as inovações no projeto permitem aos maquinistas conduzir os trens em um ambiente controlado e seguro antes de serem operadores de trens reais. “O uso da ferramenta nos permite treinar os maquinistas em situações críticas ou de emergência, só possível em um ambiente virtual”, diz Di Biase.

Neste link é possível assistir ao vídeo sobre a criação do sistema para simulador de trem:

 http://tpn.usp.br/wp-content/uploads/2013/VALEVIDEO2013.swf

Para mais informações:

http://www5.usp.br/41838/sistema-da-poli-para-simulacao-virtual-de-trens-ganha-inovacoes/

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=simulador-de-trens-reproduz-ferrovia-em-realidade-virtual&id=010150090210#.VSMwRpM9T4w

Vagão de carga

Os vagões de carga são muito antigos, no inicio não havia nenhuma proteção para carga, sua estrutura no era de madeira constituída basicamente por uma plataforma apoiada em dois eixos rodantes; Assim como as locomotivas os vagões também evoluíram muito nos últimos anos.
(mais…)

Fonte: http://www.mimf.com.br/ftdormaco.html

Os dormentes são elementos estruturais ferroviários que dão suporte aos trilhos e fixam a distância de entre eles. Um dormente deve ter boa resistência, durabilidade e alguma elasticidade. O principal tipo de dormente é o de madeira, pois apresenta muitas características propícias, mas devido à falta de madeira e as questões ambientais, o seu uso está diminuindo. Buscaram-se outros materiais para essa função, como aço, concreto e alguns polímeros. Cada um com as suas vantagens e desvantagens. Conciliar o uso desses materiais pode melhorar o desempenho de uma via ferroviária.

No caso da Estrada de Ferro Vitória a Minas, a madeira está sendo substituída por aço e plástico. Desta forma, a Engenharia de Via Permanente da Vale busca conciliar desempenho e preservação ambiental.

Com base nas características dos materiais é possível identificar significativas mudanças futuras. Confira as vantagens e desvantagens na comparação entre madeira e aço abaixo:

MADEIRA

Fonte: http://www.madeiras.cc/dormentes%20de%20eucalipto.html

Vantagens:

• Boa resistência mecânica e elasticidade
• Facilidade de transporte
• Menor custo de aquisição
• Bom isolamento

Desvantagens:

• Desgaste mecânico
• Baixa vida útil (14 anos)
• Alto impacto ambiental

AÇO

Fonte: http://www.internationalforeigntrade.com/categoria.php?cat=25

Vantagens:

• Longa vida útil (40/50 anos)
• Uniformidade de propriedades. (Material homogêneo)
• Facilidade de assentamento na via
• Relativamente leve (cerca de 70 kg por unidade)

Desvantagens:

• Maior custo
• Mais ruídos
• Corrosão
• Necessidade de isoladores, devido à condução elétrica
• Limitação para linhas de tráfego pesado

Com a substituição da madeira pelo aço, impulsionada pelo projeto Ferrovia Verde, a EFVM estará mais um passo a frente na questão ambiental.

Para mais informações:

http://www.vale.com/brasil/pt/aboutvale/news/paginas/dormentes-de-aco-ajudam-a-preservar-o-meio-ambiente.aspx

http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~gilbertofernandes/aula%209%20-%20dormentes%20.pdf