Observatório Metro-Ferroviário

Imagem: Esquema do fluxo de trens.

Estudar o fluxo de vagões vazios em uma rede ferroviária é importante para otimizar a utilização desta rede. Desta forma, é possível reduzir custos de operação, aproveitar melhor os locais de carga e descarga, e, assim, criar um tráfego inteligente de vagões. Pensando nisso, pesquisadores chineses desenvolveram um algoritmo que regula o fluxo de uma rede ferroviária utilizada para transporte de cargas pesadas.

É importante destacar que cada rede ferroviária é diferente uma da outra. Por conta disso, para elaborar o algoritmo,os pesquisadores da Universidade Jiaotong de Pequim, China, ressaltam que deve ser realizado um estudo intensivo na rede em que se quer analisar.

Para desenvolver o algoritmo, os pesquisadores chineses utilizaram áreas de acoplamento e desacoplamento dos vagões. Pequenos trens descarregados de diferentes direções são direcionados para uma área de acoplamento, formando assim um só trem e este é enviado para a linha férrea de carga pesada.  Atravessando a linha de alta capacidade, o processo inverso é realizado, ou seja, o trem chega na área de desacoplamento e são formados vários trens que são direcionados para onde devem ser carregados novamente.

O que o algoritmo faz é criar várias possibilidades de carga e descarga e depois seleciona a melhor configuração para o trem atravessar a linha ferroviária de carga pesada, seja com vagões carregados ou vagões vazios. Desta forma, o algoritmo fornece soluções para as empresas de transporte que as auxiliam a reduzir os custos de operação com o fluxo de vagões otimizado.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960077915003215

Imagem: leitor de passagens. Fonte

Os setores público e privado se uniram na França para criar a primeira empresa no mundo especializada em desenvolver soluções de mobilidade urbana sem contato, a Wizway Solutions. Como primeiro trabalho, a empresa desenvolveu um sistema de passagens eletrônico, no qual os passageiros serão capazes de comprar as passagens por meio de um aplicativo ou pela operadora de telefonia móvel e armazená-las no próprio cartão SIM. Desta forma, a tecnologia permitirá aos clientes apenas passar o celular com a passagem num leitor e seguir viagem, mesmo quando o celular estiver sem bateria.

A RATP, operadora de transporte público da França, junto com a ferroviária nacional SNCF, a empresa de segurança digital Gemalto e a operadora de telecomunicações Orange criaram a primeira empresa no mundo especializada em soluções de mobilidade urbana sem contato. O empreendimento ainda está sujeito a aprovação regulamentória, mas é apoiado pelo Ministério da França para a Economia, Indústria e Assuntos Digitais e ainda pelo Ministério dos Transportes.

Os avanços na tecnologia e o aumento do uso de dispositivos móveis criaram um ambiente propício para soluções de transporte urbano sem contato, isto é, o cliente pode fazer tudo sozinho com apenas um celular. Soluções essas que favorecem o transporte em massa e uma mobilidade cada vez mais sustentável.

Os passageiros serão capazes de comprar todos os tipos de passagens em qualquer lugar e a qualquer hora com a sua operadora de telefonia móvel ou com um aplicativo desenvolvido para realizar esse câmbio. As passagens serão armazenadas no cartão SIM do celular, sendo assim, ao viajar os passageiros vão simplesmente passar os seus celulares nos leitores dos terminais ou apresentá-los aos agentes de controle e embarcar. Um dispositivo móvel será suficiente para a viagem, mesmo que seja sem bateria ou desligado.

A nova tecnologia da Wizway Solutions será compatível com vários sistemas operacionais utilizados pelos fabricantes de telefones móveis, bem como os dos operadores de telecomunicações da França e, a médio prazo, espera-se nos mercados internacionais. O cronograma atual prevê que o produto seja implantado no público geral em 2017.

Para mais informações, acesse:

http://www.gemalto.com/press/Pages/Gemalto-Orange-RATP-and-SNCF-create-Wizway.aspx

Imagem: Funcionamento da PantoInspect. Fonte

A empresa PantoInspect, com sede na Dinamarca, possui uma tecnologia interessante para o setor ferroviário: um sistema de monitoramento de pantógrafos. Por meio de sensores, scanners e imagens, o sistema permite avaliar as condições dos equipamentos e evitar potenciais falhas na fiação e nos próprios pantógrafos.

A tecnologia PantoInspect foi projetada para proteger os fios de alta tensão que ficam em contato com os pantógrafos. Uma imperfeição nesses equipamentos aumenta as chances de falhas na fiação, fato que compromete a segurança e aumenta os custos com manutenção e indenizações caso ocorra um acidente.

O sistema de monitoramento funciona primeiramente com os chamados PantoScanners a laser que coletam dados de sensores instalados nos pantógrafos e também imagens quando a locomotiva passa pelos scanners. Esses dados são analisados e processados em um servidor, chamado de PantoServer, e assim, os resultados são disponibilizados para os responsáveis da locomotiva analisada. Visto uma imperfeição, os pantógrafos podem ser reparados ou substituídos e, desta forma, reduzir os riscos potenciais.

A tecnologia traz benefícios financeiros para muitos personagens ligados ao transporte ferroviário, como para os proprietários da infra-estrutura das linhas férreas, para os operadores ferroviários, para as empresas que os apoiam e, por fim, para os passageiros que ganham em segurança e confiabilidade. Por conta disso, espera-se que o uso da PantoInspect não fique restrito a Dinamarca, e sim amplamente utilizada no setor ferroviário.

Para mais informações, acesse:

http://www.pantoinspect.dk

Imagem: eixo ferroviário utilizado em um dos testes.

O ensaio de fadiga é um dos mais importantes testes na área da engenharia e está incluído em normas do mundo inteiro como requisito para a validação de um produto desenvolvido. Os eixos ferroviários não estão livres desse teste, pelo contrário, são amplamente testados por conta de sua importância estrutural. O problema é que os atuais testes não apresentam um bom critério para identificar o instante em que a falha ocorre. Pensando nisso, pesquisadores da Universidade Carlos III de Madrid, Espanha, desenvolveram um novo critério para detectar com mais precisão o instante da falha por meio de vibrações.

Os ensaios de fadiga podem ser realizados utilizando máquinas de teste em que o eixo gira, ou mais frequentemente, usando máquinas de ressonância Sincotec. Para ambos os testes, o objetivo é verificar se uma falha aparece no material quando aplicado n carregamentos cíclicos, porém é difícil determinar o instante em que o defeito ocorre. Para testes de rotação do eixo, existem níveis de alarme que identificam a falha, como deslocamento do centro do eixo, temperatura e variação da carga aplicada. Já no caso das máquinas de ressonância, utiliza-se como critério quando a frequência do teste cai mais de 0,5 Hz. Para ambos os casos os critérios têm se mostrado pouco sensíveis, isto é, quando encerra-se o ensaio há falhas muito grandes, assim, há um desperdício de energia, tempo e um risco de uma falha catastrófica do eixo.

Para detectar o instante de parar a máquina durante o teste com mais precisão, os pesquisadores espanhóis partiram para uma nova abordagem do problema e utilizaram os estudos da Politecnico di Milano, Itália, que pesquisou as diferenças nas vibrações geradas por uma falha num eixo ferroviário para desenvolver um sistema de monitoramento. (Confira: Monitoramento de eixos ferroviários com base em vibrações de baixa frequência) Aplicando os dados coletados das máquinas de ensaio das vibrações na Transformada de Wavelet conseguiu-se identificar o momento em que há uma mudança no comportamento das vibrações, pois a Wavelet é capaz de fornecer a informação do tempo e da frequência simultaneamente, assim, fornece uma representação de tempo e frequência do sinal ao mesmo tempo.

Para demonstrar o método, os pesquisadores testaram três eixos ferroviários, dois com falhas e um sem. Para o componente sem defeito, não identificou-se nenhuma mudança de comportamento das vibrações, já para os eixos com falha a mudança mostrou-se claramente. Assim, essa nova metodologia mostrou-se promissora, pois permitirá que um ensaio de fadiga possa ser encerrado num momento mais exato e, sobretudo, reduzir potenciais riscos, gastos de energia, maquinário e tempo.

 Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630714003513

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: Suspensão utilizada nos testes.

A capacidade de transporte e o número de passageiros estão crescendo na indústria ferroviária. Ao mesmo tempo, há uma crescente pressão para reduzir os custos de serviço. Uma forma de reduzir esses custos é investir nas áreas de monitoramento e manutenção. Desta forma, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Graz, Áustria, aplicaram um método de Detecção e Isolamento de Falhas (FDI) num veículo ferroviário que permite não só identificar uma falha, mas também informar possíveis causas para esse desvio de comportamento.

O FDI é um ponto muito importante no Gerenciamento de Eventos Anormais (AEM) e tem recebido bastante atenção da comunidade acadêmica nos últimos anos. Destacam-se os FDIs de resposta rápida que permitem controlar e evitar a progressão de eventos adversos e, assim, evitam maiores despesas.

Para desenvolver o FDI, os pesquisadores da universidade austríaca simularam como exemplo o sistema de suspensão de um veículo ferroviário sob diversas condições. O FDI proposto se inicia com sensores instalados na suspensão do veículo que coletam os dados de operação. Feito isso, os dados são passados no Filtro de Kalman, um modelo matemático que estima o valor exato de uma grandeza medida e os valores associados a ela, isto é, o modelo basicamente elimina incertezas externas associadas a uma medição. Desta forma, é possível identificar irregularidades de funcionamento e apontar possíveis fatores causadores desses problemas, como por exemplo, as condições da via permanente.

Com essa análise feita, pode-se reduzir os custos de operação e manutenção do setor ferroviário, pois o problema já está identificado com antecedência e resta agora apenas consertá-lo.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221098381500005X

Imagem: Dormente em teste.

Hoje, a indústria de concreto é responsável por emitir entre 6% a 7% de toda emissão de CO2 na atmosfera. Encontrar soluções mais sustentáveis são essenciais para o setor. Pensando nisso, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Isfahan, Irã, desenvolveram novos dormentes ferroviários com concreto de escória álcali-ativada e alcançaram um desempenho eco-mecânico melhor do que o concreto utilizado normalmente em dormentes.

Dormentes de cimento praticamente substituíram os de metal. Isso se deu pelas vantagens do cimento, tais como: suportar maior peso, possuir maior tempo de vida, fácil modelagem e produção relativamente fácil. Porém, a ampla utilização do cimento criará problemas no futuro, como a falta de matéria-prima e a alta emissão de CO2. Portanto, é essencial encontrar novas soluções e materiais para reduzir esses problemas.

Aplicar concreto de escória álcali-ativada em dormentes foi a solução encontrada pelos pesquisadores do Irã. Uma combinação de escória e solução alcalina mais sustentável e que proporciona melhores comportamentos mecânicos se comparada com os concretos normalmente utilizados.

Para alcançar a melhor performance para os dormentes, os pesquisadores realizaram um balanço entre as qualidades mecânicas e o impacto ambiental de cada componente utilizado na fabricação. Desta forma, variaram a concentração dos componentes da solução alcalina e as dimensões dos dormentes e através da aproximação de Taguchi, um método estatístico de otimização, alcançaram um design com um desempenho eco-mecânico superior aos dormentes convencionais e de acordo com os requerimentos da norma europeia EN 13230.

Portanto, conclui-se que os dormentes desenvolvidos são uma ótima alternativa para os problemas citados e mais eficientes. Desta forma, contribuem para o desenvolvimento sustentável de uma linha férrea.

Para mais informações, acesse:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306914010425

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