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04
Fevereiro
2018

LITERATURA TÉCNICA FERROVIÁRIA

Caros amigos, para aqueles que estão lendo estas minhas notas entendo que gostam como eu do tema Ferrovias e procuram matérias e conteúdos ligados a este ramo. Hoje, especificamente para quem trabalha em Engenharia Ferroviária, gostaria de citar um trabalho de muita qualidade técnica voltado à operação em uma Estrada de Ferro.

Trata-se do livro escrito no Brasil com o título SEGURANÇA OPERACIONAL DE TRENS DE CARGA, pelo engenheiro ferroviário Luiz Henrique Hungria, o qual dispensa qualquer comentário por ser um profissional de alto conhecimento e que apresenta de forma muito inteligente como a operação deve ser efetuada para que os pesados trens de hoje trafeguem sem serem afetados por questões de manutenção de via permanente e de vagões, as quais acabam por introduzir amplificadores no sistema que podem aumentar a possibilidade de descarrilamentos ou perda de controle dos trens nas rampas ascendentes ou descendentes.

                                         Engenheiro Luiz Henrique Hungria com seu livro em lançamento na RUMO Logística

Luiz conhece como ninguém todas as áreas de uma ferrovia mesmo porque já trabalhou em praticamente todas elas desde que iniciou suas atividades na RFFSA nos anos 80. Seu primeiro livro, pois esperamos que outros venham, apresenta de forma gradativa e muito bem estruturada os conceitos aplicados, buscando esclarecer e explicar matematicamente como ele mesmo diz ao longo das páginas, o porque de cada uma das formulas que acabam sendo usadas sem o necessário entendimento de seu conteúdo.

Cinemática, Dinâmica e Estabilidade dos trens são aprofundados com muita propriedade e fácil acompanhamento por quem quer se inteirar e aplicar na montagem de uma operação ferroviária ou mesmo para os engenheiros que gostem de uma boa leitura técnica.

Cumprimento o meu particular amigo Luiz Hungria pelo trabalho, persistência e qualidade aplicados ao seu livro pois conhecendo-o como eu, sei que cada capítulo foi lido múltiplas vezes até que cada ponto ficasse perfeitamente claro ao leitor. Cumprimento igualmente à RUMO Logística na figura de seu não menos famoso presidente Júlio Fontana Neto pelo incentivo de publicar este maravilhoso trabalho de engenharia, mostrando que a empresa busca realmente manter a sua operação ferroviária dentro dos limites de qualidade e segurança.

Leitura imperdível!!!!!

04
Fevereiro
2018

CABOOSES – O QUE ERAM E PORQUE DESAPARECERAM

Como já tivemos a oportunidade de discutir nossas ferrovias eram, até o final dos anos 40, equivalentes em funcionamento com as principais ferrovias norte-americanas. Quando digo isso me refiro às grande ferrovias nacionais que movimentavam cargas e pessoas em volumes consideráveis e compatíveis com o nível tecnológico existente deste lado do planeta.

Nossas E. F. Central do Brasil e Cia. Paulista, ambas de bitola de 1,60m, eram comparadas às grandes Union Pacific e Santa Fé nos EUA embora as suas irmãs do hemisfério norte contassem sempre com mais recursos e menor dependência de seus politicos, sempre uma ameaça pairando sobre nossas cabeças! Nos livros Car Builders Cyclopedias, que eram publicações especializadas em material rodante distinadas aos que trabalhavam com ferrovia, citavam estas duas estradas de ferro como um exemplo de trabalho e eficiência. Todos se recordam que nossos avós até costumavam acertar os relógios pela chegada dos trens nas estações, sendo motivo de comentários quando ocorriam atrasos.

Mas nosso tema deste post faz menção a um tipo de vagão que foi criado nos EUA mas que não teve a mesma aplicação por aqui. Falo dos vagões do tipo Caboose, os quais foram criados em 1840 quando os trens começaram a aumentar seu comprimento e os vários vagões tinham destinos e encomendas diferentes, sendo então necessário um maior controle de entrega destes materiais pelas estações ao longo do país. O que pouca gente sabe é que o nome Caboose não nasceu ferroviário mas sim maritimo já que as cozinhas e os locais onde os marinheiros se concentravam nos navios tinham este jargão que tem fontes germânicas, holandesas, etc. O nome que surgiu como uma gíria se popularizou rapidamente já que também era usado pelos índios como um nome dado para os trens e ainda para indicar nádegas bem avantajadas das mulheres da época. Um gosto antigo, como se vê……

Os cabooses, em resumo, eram usados pelos chefes de trem para concentrarem as informações e notas do que estava embarcado e para controlar sua entrega. Neste mesmo vagão seguia a equipe de guarda e manutenção do trem, composta normalmente de guarda-freios e mecânicos que lá estavam para reparar qualquer defeito que pudesse impedir a continuaidade da viagem. Ferramentas, beliches, fogareiros, etc, eram outros equipamentos obrigatórios para estas pessoas que passavam mais tempo nos cabooses do que em suas próprias casas.

                                        Figura 1 – Um caboose totalmente totalmente fabricado em madeira

Como mostra a Figura 1, os primeiros cabooses eram totalmente de madeira com estrados dotados de tirantes para garantir sua integridade pois como seguiam nas caudas dos trens, recebiam impactos oriundos do movimento longitudinal ainda precariamente amortecido já que não haviam aparelhos de choque especificamente projetados para esta finalidade como ocorreu mais tarde. Porém, o ponto que mais identificou este modelo de vagão era sua cupola superior, que foi criada para que o conductor, ou chefe de trem, pudesse observar o trem de um ponto acima das coberturas dos vagões. Em casos de emergência decisões podiam ser tomadas a partir deste ponto, além da comunicação com o maquinista e os guarda-freios que circulavam nas coberturas para apertar os freios manuais. Com a normal evolução, a cupola também passou a ser dotada de válvulas de emergência para aplicação de freio, luzes de sinalização e até armamento concedido ao condutor para proteger seu trem de assaltantes.

Os cabooses ficaram tão populares nos EUA que não se concebia um trem de carga sem que eles estivessem na cauda. As ferrovias aplicavam neles cada vez maior tecnologia de comunicação e prevenção de acidentes, sendo a comunicação via radio com o maquinista apresentada em congressos anuais como uma verdadeira revolução na segurança do então prioritário sistema ferroviário. Importante lembrar que os trens de passageiro não tinham caboose em função da facilidade do chefe do trem ter sua cabine em um dos carros, normalmente nos bagageiros ou em um assento próximo ao vestibule nos carros de segunda classe. Ô tempo bom!!!!!!!!!

Todos também sabemos que os trens americanos cresceram muito rapidamente em peso e comprimento em função do uso do carvão mineral para gerar energia nas usinas termo-elétricas. Com a necessidade da aplicação de uma locomotiva de auxilio (helper) em alguns locais da via em função de rampas mais fortes, os cabooses tiveram que sofrer algumas modificações estruturais tais como uma construção totalmente metálica para suportarem a força de empuxo desta última máquina serra acima. Os cabooses de madeira não suportavam esta técnica da operação e foram logo renegados aos trens de carga geral até sua substituição por vagões mais modernos.

                                 Figura 2 – Caboose com estrutura totalmente metálica para serviço em trens de carvão

Vemos ana Figura 2, um deste vagões mais resistentes em uma de suas últimas pinturas pela Conrail, ferrovia formada pelo antigo sistema da Pennsylvania RR, uma das maiores e mais importantes ferrovias do mundo.

Outro ponto de evolução se concentrou na cupola já que os novos projetos de vagões com maior altura e largura úteis, direcionaram a necessidade de observação para cima e para os lados. As cupolas então ficaram mais amplas e abrangentes, sobressaindo lateralmente para dar aos seus operadores melhores condições de trabalho. O vagão da figura a seguir nos mostra bem esta característica.

                                                Figura 3 – Caboose com cupola abrangente e com maior visibilidade

Os cabooses também eram usados para outras aplicações como transferência de vagões entre terminais, controles de manobras e até escritórios móveis para empresas que prestavam apoio ao serviço ferroviário. Importante citar aqui que os cabooses como eram direcionados a pessoas, suas condições de conforto deveriam ser o mais adequadas pois como dissemos estes funcionários ficavam a maior parte do tempo embarcados em viagens longas e cansativas. Assim, os sitemas de truque e de choque e tração tiveram projetos específicos e direcionados ao melhor amortecimento dos impactos e vibrações. Os truques destes vagões passaram a ter uma suspensão composta de molas helicoidais somadas a feixes de mola, muito próximos daquelas usadas nos carros de passageiro. Os truques de vagões eram muito desconfortáveis para trabalhos em  distancias maiores. Também os aparelhos de choque foram aprimorados e chegaram a existir modelos próprios aos cabooses. Muitos colegas americanos de mais idade me disseram que os aparelhos de longo curso surgiram em função dos cabooses e tiveram sua aplicação extendida a outros vagões que necessitavam de melhor absorção  como os fechados usados para cargas mais sensíveis e plataformas para bobinas, onde a carga não pode se movimentar.

                                      Figura 4 – Truque usado em vagões caboose com feixes de molas e molas helicoidais

No Brasil, algumas ferrovias usaram os cabooses porém de forma não tão sistemática como nos EUA. As mais antigas como a Leopoldina, a Sorocabana, a Mogiana e até a São Paulo-Minas os utilizaram em alguns trens. Das maiores, a Paulista tinha uma espécie de caboose com compartimentos para cargas especiais e truques com rodas raiadas que até hoje são famosos e procurados para fotos para modelos e preservação. Já no periodo da estatização, RFFSA, Fepasa e Vale do Rio Doce também usaram cabooses em suas operações mas todos eles acabaram sendo sucateados por múltiplos motivos, sendo infelizmente o motivo mais comum o roubo de seus equipamentos como torneiras, vasos sanitários e até fiação elétrica. Nossa pouca cultura aliada ao extremo da necessidade de algumas pessoas ajudou a erradicar os cabooses de nossas paisagens ferroviárias.

         

                                     Figura 5 – Exemplos de cabooses brasileiros (Leopoldina, Mogiana e Paulista)

Mas fica a pergunta: Qual o principal motivo de seu desaparecimento do ambiente onde eles foram criados? A resposta vem com o progresso das comunicações e da necessidade de competição da ferrovia com outros tipos de modais. Com os modernos rádios já não havia motivo para sinais e sons de aviso, já que o contato era imediato e de boa qualidade. Também não se justificava manter viajando pessoas que tinham que comer, dormer e receber salários diferenciados por trabalhos que se extendidam por dias seguidos. A manutenção dos cabooses também tinha custo elevado para que eles seguissem mantendo boa qualidade de trabalho, sem falamos no computador que se propagava rapidamente, realizando trabalhos que eram totalmente feitos por pessoas que poderiam ser deslocadas para outras funções. Até o simples controle de pressão de cauda, informado pelo condutor ao maquinista foi substituído por equipamentos que são vistos até hoje e que são presos aos engates do último ou penúltimo vagão do trem e que enviam imediatamente o valor de pressão no encanamento geral do ultimo vagão. Enfim, coisas que vêm para auxiliar na comunicação e na realização de trabalhos do dia a dia, acabam por substituir equipamentos e pessoas.

Os cabooses como outros tipos de vagões hoje são lembrados pelos ferroviários com saudade pois estes sabiam que para neles trabalhar era preciso gostar do que se fazia e ter sobretudo coragem e amor pelos trens, coisas que vão ficando cada vez mais raras. O que prevalence hoje são apenas números frios e contas a fechar, as quais muitas vezes servem somente para maquiar interesses pessoais em detrimento do conjunto.

02
novembro
2017

TRUQUES FERROVIARIOS – PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO – 3

Meus caros amigos,

Ao longo de todos estes anos dedicados ao projeto de material rodante ferroviário, sempre tive a oportunidade de encontrar alguns companheiros de prancheta (hoje computador!!), que me perguntavam sobre as forças de atrito geradas nas cunhas de fricção dos truques, responsáveis pela estabilidade dos vagões quando em movimento. Como eles deveriam considerá-las nos projetos? Como calcular um valor que pudesse ser utilizado para entender o fenômeno?

Não são perguntas assim tão fáceis de serem respondidas porque a quantidade de variáveis é bem grande e principalmente para os truques de pressão variável nas cunhas em função da lotação do vagão, acredito que a melhor forma de entender e sentir o problema seria tentar modelá-lo e montar equações diferenciais já que quanto mais o vagão está carregado mais força as cunhas fazem contra as chapas de desgaste das colunas das laterais dos truques, ao mesmo tempo que perdem altura com o recalque das molas.

Mas, não precisamos ficar preocupados e interromper a leitura destas notas pois não pretendo seguir aqui este caminho academico e mais acertivo. Talvez para os estudantes de engenharia, este seria um bom tema para os trabalhos de conclusão de curso mas aqui iremos “parcializar” o raciocínio para um entendimento mais rápido.

Vamos então procurar entender o que ocorre na região das cunhas de fricção pelos pontos a seguir e recomendando a leitura do nosso estudo postado em julho de 2017, quando conversamos sobre os sistemas de amortecimento que existem nos truques:

1- Como sabemos, existem dois sistemas de amortecimento conhecidos para os truques ferroviários de carga: pressão constante e pressão variável com a lotação do vagão;

2- A moderna Engenharia Ferroviária tem se dedicado a estudar o sistema de pressão variável quando a força exercida pelas cunhas de fricção sobre as colunas das laterais vai aumentando à medida que as molas vão recalcando sob a lotação;

3- Observemos com cuidado a Figura 1, a seguir e veremos este a ação da LOTAÇÃO força o sistema para baixo. As molas ao serem pressionadas reagem com FORÇAS DE REAÇÃO contrárias a este movimento. No caso das cunhas de fricção, suas molas reagem como as demais, gerando uma COMPONENTE DA REAÇÃO, proveniente da decomposição de forças pelo ângulo das cunhas e das rampas da bolsa de montagem nas travessas.

Figura 1 – Esquema de reação das forças nas cunhas de fricção

4- Pela segunda lei do atrito,A força de atrito é proporcional à ação normal que a superfície exerce sobre o corpo que a pressiona. Logo, quando do abaixamento das cunhas e o consequente aumento de pressão das cunhas sobre as chapas da lateral, é criada uma força perpendicular e proporcional a esta, que é a Força de Atrito;

5- A Força de Atrito gerada pela cunha sobre a coluna varia com o coeficiente de atrito das duas superficies, no nosso caso aço x aço. Mudando-se este coeficiente, mudar-se-á o valor da força de atrito gerado;

6- O ângulo das cunhas e das rampas nas travessas igualmente regula o valor da reação criada e que pressiona a coluna da lateral. Assim, se também mudarmos este ângulo, mudaremos a reação sobre a coluna.

O que passaremos a discutir a partir deste ponto é como calcular o valor da Força de Atrito em cada uma das cunhas de fricção, porém como dissemos ao iniciarmos este trabalho, de forma resumida pois precisaríamos de um sistema bem mais complexo para avaliar todas as variáveis. Então, nos concentraremos em encontrar o atrito nas colunas, esquecendo propositalmente os demais atritos de contato entre cunha e superfície das rampas, tolerâncias dimensionais das peças, etc.

Vamos então estudar a Figura 2, onde as cunhas são separadas para nosso entendimento da decomposição das forças de contato na região:

Figura 2 – Esquema de forças para cálculo da Força de Atrito

Observando-se a Figura 2 e fazendo a decomposição das forças desde a Força de Reação (Frm) proveniente das molas da cunha, vemos que pela teoria dos Eixos Paralelos conseguimos calcular a Força C que é a força horizontal decomposta do contato da cunha com a rampa da bolsa na travessa, sobre a chapa da lateral. Tendo-se calculado esta força, vamos então aplicar a 2a Lei do Atrito e chegar a:   Fa = T x C .

O coeficiente de atrito T, como dissemos, varia em função dos materiais e a Força C é calculada pela Figura 2:

C = Frm x (sen 90-Y) x (cos 90-Y), sendo Y o ângulo de projeto da cunha de fricção.

Para o cálculo da Força de Atrito em cada uma das cunhas de fricção, vamos multiplicar o valor encontrado pelo coeficiente de atrito entre as duas superficies:

Fa = T x (Frm x (sen 90-Y) x (cos 90-Y))

Esta é a Força de Atrito calculada a partir apenas das variáveis criadas pelas molas das cunhas, pelo ângulo das cunhas e pelo coeficiente de atrito dos materiais usados no projeto.

Como exemplo prático, em um moderno truque ferroviário usado em vagões hopper graneleiros de 150 m3 de capacidade com tara de 29.000 kgf, a força de atrito calculada em cada uma das cunhas de fricção e contrária ao movimento do abaixamento, pode chegar a 428 kgf somente pela ação de instalarmos a caixa estrutural vazia sobre os truques, ou seja, é a força gerada pela reação de recalque das molas da cunha desde a condição de altura livre até a posição de vagão vazio e pronto para inicio do trabalho.

Esta força será significativamente aumentada quando o vagão for carregado com a lotação para a qual foi calculado, além de proporcionar a estabilidade dinâmica necessária à operação ferroviária quando o vagão estiver nos trens regulares. Como cada vagão tem 8 cunhas de fricção, estas peças juntas, equilibrarão e amortecerão as vibrações que tentem a instabilizar o veículo.

Os projetistas ferroviários de truques, vêm estudando continuamente materiais, geometrias e montagens para controlar cada vez mais os aspectos dinâmicos dos vagões, já que as velocidades operacionais têm aumentado bem como a lotação dos trens. Estudar a Ferrovia é ainda um desafio para os Engenheiros Brasileiros que saem das escolas sem experiência neste campo tão importante.

Abraço Fraterno!!