Introdução

Trabalhos de instrumentação em ferrovias são desenvolvidos para monitorar as grandezas físicas (acelerações, velocidades, temperatura, etc.) envolvidas nesse complexo processo de operação. As técnicas utilizadas para instrumentação possibilitam compreender e avaliar os efeitos dinâmicos provocados nas composições (vagões e locomotivas) e na via permanente. Monitorar esses dados possibilita adquirir informações para tomadas de decisão.  

Segundo a Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários – ANTF, foram transportadas 493,8 milhões de toneladas úteis em 2019, uma ampliação de 95% desde o início das concessões em 1997. Hoje, mais de 95% dos minérios chegam aos portos brasileiros pelas vias ferroviárias. No caso do modal, mais de 45% de tudo que é transportado corresponde a granéis sólidos agrícolas para exportação. [1]

Face ao exposto, o crescente, contínuo e relevante aumento da utilização das ferrovias também pode provocar problemas relacionados à conservação das estruturas e segurança de operação. Um exemplo é a fadiga de trilhos e outros componentes dos trens devido ao aumento da carga por eixo, bem como alterações de velocidade das composições. Outro ponto de destaque, ainda relacionado às alterações de carga e velocidade, é o risco de descarrilamento de trens. Todos esses problemas podem impactar de forma severa o custo da operação.

Instrumentação em Ferrovias

A instrumentação de vagões tem como objetivo identificar os pontos e regiões da ferrovia que geram maiores danos às composições. Conhecer estas regiões possibilita intervenções pontuais e assertivas à gestão para promoção do aumento da vida útil tanto dos veículos quanto da via permanente. Para a coleta de grandezas envolvidas no processo de operação, requer-se um sistema de instrumentação embarcado, que pode conter dispositivos de medição como: acelerômetros, extensômetros, sensores de pressão, sensores de temperatura, sensores de deslocamento, equipamento GPS, etc. O sistema é capaz de coletar os dados de saída dos sensores – compreendendo a dinâmica do vagão; emitir alarmes e associá-los ao seu posicionamento global – este, monitorado pelo GPS (Figura 2). 

A medição de deformação em rodeiros, utilizando a técnica de extensometria por exemplo, possibilita conhecer de forma indireta as cargas laterais (L) e verticais (V) (Figura 3) às quais a composição está submetida ao longo da via. Ao medir as cargas nas rodas, é possível quantificar de forma precisa os eventos de picos de carga durante um trajeto. Esses eventos, que podem ocasionar descarrilamento, costumam estar associados às mudanças significativas no percurso da via (curvas de raio pequeno), ao excesso de velocidade dos vagões, ou mesmo aos eventos de frenagens bruscas (paradas de emergência) das composições. A Figura 4 apresenta o mecanismo de descarrilamento ao qual se aplica a condição definida por Nadal. 

Conhecidas as cargas L e V de um trajeto de operação, possibilita-se à engenharia associar desgastes prematuros de componentes e reduzir riscos de eventos de descarrilamento a partir da determinação do coeficiente L/V. A Figura 5  apresenta um gráfico construído a partir do tratamento dos dados medidos em campo.

A técnica de instrumentação em ferrovias, com a utilização de sensores, para estudar e compreender as grandezas exige a especificação e utilização correta dos sensores e dispositivos de aquisição de dados, pois a escolha está associada a fatores como: quais são os dados esperados pelo requisitante, quantas viagens serão monitoradas, qual a duração e distância será medida, qual será o formato de apresentação ao cliente, entre outros. 

Além da medição das grandezas com a utilização de sensores, câmeras, que pode ser vista mais detalhadamente no artigo: Análise de vibrações utilizando tratamento de imagem, e emissão de alarmes ao requisitante, é possível que dados como a deformação sejam aplicados a estudos pelo Método de Elementos Finitos (MEF). Este estudo possibilitará elaborar análises de fadiga de componentes (aparelhos de choque e tração, truques e rodeiros, por exemplo), com o objetivo de estimar sua vida útil em ciclos para as determinadas e conhecidas condições operacionais do cliente. 

Para obter maiores informações e entender como a Kot pode atuar em soluções ferroviárias, entre em contato com a equipe de especialistas da empresa.

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Referências:

[1] Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários – ANTF. Disponível em: <https://www.antf.org.br/informacoes-gerais/> 

[2] Acervo Kot Engenharia. 

[3] DALLY J. W., Experimental stress analysis, McGRAW-HILL, 3rd ed., 1991.

[4] AAR, Manual of standards and recommended practices. Design, fabrication and construction of freight cars, section C part II, 2011.