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: 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: novo elevador veicular.

Em busca de proporcionar acessibilidade a todos e melhorar o transporte ferroviário de pessoas, a MBB Palfinger, empresa austríaca fabricante de guindastes, elevadores, plataformas, etc. desenvolveu um novo elevador veicular para cadeirantes. O novo equipamento permitirá que cadeirantes embarquem nos trens de forma rápida, segura e confortável.

Atualmente, a acessibilidade está moldando o cenário urbano de muitos países. Permitir que pessoas com necessidades especiais ou com mobilidade reduzida possam acessar e usufruir de serviços, produtos e informação sem nenhuma barreira é um dos desafios para a sociedade moderna. Sabendo disso, há empresas que investem no setor e desenvolvem novos produtos em busca da acessibilidade. Um desses produtos é o TRV 1200, o novo elevador veicular para cadeirantes desenvolvido especialmente para trens pela Palfinger.

O novo produto da empresa será apresentado na InnoTrans 2016, uma importante exposição ferroviária internacional que ocorre em Berlim durante os dias 20 e 23 de setembro. O equipamento consiste em um elevador semi-automático que possui apenas uma fixação no chão dos veículos. Além disso, o elevador estará disponível em diferentes configurações de alturas de elevação, podendo chegar até 1,2 metros, adaptando-se aos trens da região.

Com uma fácil operação, o TRV 1200 disponibilizará agilidade e segurança ao transporte ferroviário de pessoas.

Para mais informações, acesse:

http://www.railway-technology.com/contractors/passenger/mbb-palfinger/

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: ferrovia costeira

A empresa British Steel lançou um novo trilho revestido denominado Zinoco, que por meio de testes apresentou significativas vantagens para ambientes corrosivos, garantindo maior vida útil às ferrovias. Seu desenvolvimento é resultado da necessidade de trilhos resistentes à corrosão e ao impacto, capazes de oferecer menores danos mecânicos e proteção à longo prazo.

Ambientes críticos, como ferrovias costeiras, salinas, túneis úmidos, passagens de nível e linhas minerais podem reduzir consideravelmente a vida útil do trilho (podendo chegar a menos de seis meses), consequência da corrosão que pode ocorrer de maneira geral ou localizada, capaz de produzir fissuras e por fim resultar em falhas.

A inovação tecnológica de Zinoco é a proteção gerada por ânodos de sacrifício, onde numa reação eletroquímica o revestimento de zinco (ânodo) é corroído ao invés do aço (cátodo). O óxido de zinco cria uma forte barreira contra maiores danos da corrosão a fim de proteger o metal, ainda que essa camada seja ligeiramente danificada. O chefe do setor ferroviário da British Steel, Richard Bell, afirma que Zinoco foi desenvolvido para atrasar significativamente a corrosão nas ferrovias. Com exames laboratoriais e testes de pista realizados com as empresas Network Rail, SNCF e RATP, foi demonstrado que a durabilidade do novo material corresponde até cinco vezes mais do que em trilhos não revestidos com óxido de zinco.

Para mais informações, acesse:

http://www.railjournal.com/index.php/track/british-steel-launches-corrosion-resistant-rails.html?channel=2078

http://britishsteel.co.uk/what-we-do/rail/zinoco/

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

Imagem: usinagem de rodas ferroviárias. Fonte

Na usinagem de peças ferroviárias ocorre um elevado aumento da temperatura na região de corte, podendo atingir entre 800 e 1000°C em configurações extremas do processo, a exemplo do torneamento de rodas e eixos. Essas temperaturas resultam em concentração de tensão térmica nas pastilhas de corte que, desta forma, fragilizam-se e acabam se deformando. Sendo assim, é necessário parar o processo de fabricação e trocar a pastilha de corte, com isso há uma diminuição na produtividade das peças.

O método tradicional para reduzir os efeitos da temperatura na ferramenta de corte é utilizar fluidos de corte, porém em condições extremas de usinagem a eficiência desses fluidos diminui significativamente. Desta forma, no processo de fabricação de peças ferroviárias não é utilizado fluidos de corte. Portanto, há a necessidade de pensar em outras formas de contornar este problema e foi com base nisso que os pesquisadores da Universidade Estadual Tecnológica de Moscou (STANKIN), Rússia, desenvolveram um novo sistema de ferramenta para melhorar a usinagem de peças ferroviárias.

O novo sistema de ferramenta de corte é composto por pastilhas de corte (insertos) com revestimentos de compósito multicamadas nano-estruturados (Ti-TiN-TiCrAlN) que garantem as propriedades mecânicas necessárias para este processo de usinagem. Além disso, um esquema especial foi desenvolvido para a montagem destes insertos no porta ferramenta com o uso de um suporte polímero-cerâmico de alta condutividade térmica. Desta maneira, conseguiram aumentar a área de contato entre os insertos e o suporte da ferramenta e,assim, aumentar a troca de calor entre as superfícies.

Testes com a nova ferramenta foram realizados e os dados obtidos foram comparados com dados de uma ferramenta comum de usinagem. A nova ferramenta se mostrou de 80 a 100% mais eficiente no processo de usinagem, isto porque aumentou dissipação de calor nos insertos devido ao suporte polímero-cerâmico, o que, assim, garantiu um aumento da vida útil da ferramenta em até 4 vezes.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827116301408

Imagem: instalação das chapas.

Um trem em movimento ao longo de uma linha ferroviária é uma grande fonte de vibrações, principalmente quando essa linha passa por dentro de uma cidade. Essas vibrações não só podem causar desconforto e aborrecer os moradores próximos à via, mas também levar ao mau funcionamento de equipamentos sensíveis. Este cenário motivou os pesquisadores do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Católica de Lovaina, Bélgica, a buscarem uma solução, e encontraram instalando estacas e chapas de aço na forma de um muro próximo à linha ferroviária.

A vibração ambiental nem sempre é avaliada nos projetos de engenharia, principalmente em regiões onde não há fenômenos naturais frequentes causadores de grandes vibrações, como terremotos e furacões. Desta maneira, edificações residenciais e comerciais ficam suscetíveis aos efeitos da vibração. Isto fica evidente quando essas construções estão próximas ao tráfego ferroviário e, assim, geram muitas reclamações por parte dos moradores. O nível de vibração gerada pelo tráfego ferroviário depende das condições dos trilhos, do peso do veículo, da velocidade e do o tipo do solo, sendo que propagação das ondas ocorre em maiores velocidades em solos mais rígidos e em menores velocidades nos solos menos rígidos.

Como princípio para reduzir os efeitos da vibração, os pesquisadores estudaram o efeito da construção de trincheiras abertas para refletir as ondas. Para este propósito, elas apresentam boa efetividade, porém precisam de grande profundidade, pois o seu desempenho está intimamente ligado a este parâmetro, o que torna esta solução em si não aplicável para uma área residencial, onde um buraco a céu aberto pode gerar vários riscos e problemas. Precisaram, então, pensar diferente e chegaram na configuração de uma “trincheira fechada”, isto é, mais profunda e preenchida com materiais, estacas e chapas de aço, para ajudar na reflexão das ondas. A parede construída com o aço atua como uma barreira rígida de ondas e a sua eficácia está ligada com a profundidade e o contraste de rigidez com o solo.

Para o estudo, utilizaram simulações numéricas e um teste em campo em Furet, Suécia, onde o muro-trincheira de aço foi construído com uma profundidade de 12 metros, sendo que a cada 4 estacas a profundidade foi estendida para 18 metros. O teste mostrou que o muro reduz as vibrações de 4 Hz (ou superior) e o seu desempenho aumenta conforme aumenta a frequência das ondas até entre 16 e 20 Hz. A redução dos níveis de vibração está inteiramente ligada à elevada rigidez axial e à resistência à flexão da placa em relação ao eixo horizontal, já a resistência à flexão da placa no eixo vertical é muito baixa para influenciar 

Desta forma, concluíram que uma parede com estacas e chapas de aço  pode funcionar como uma barreira para vibrações, principalmente em condições de solo menos rígido.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0267726116000312