1- GERAL

Continuando nossa série de artigos que mostram os vagões que infelizmente não rodam no Brasil, iremos hoje analisar os vagões fechados frigoríficos e isotérmicos para transporte de produtos que necessitam refrigeração. Existem variações significativas deste tipo de vagão ferroviário, que pode somente armazenar o material carregado e congelado, mantendo por um tempo determinado suas condições de temperatura interna, ou que pode gerar o frio necessário para manter sua carga na temperatura ideal até o destino final, por meio de uma máquina de refrigeração mantida em funcionamento por energia elétrica fornecida por um gerador diesel embarcado.

Sob o aspecto histórico, lamentamos o fato de que tal solução de transporte, assim como outras, já esteve circulando por nossas linhas na versão isotérmico, mas como sempre o jogo de interesses ou incompetência dos dirigentes, governantes e até dos próprios clientes a relegou ao esquecimento sob o famoso discurso de que a ferrovia era antiga, lenta e improdutiva. Apesar disso, veremos que as soluções existem e são suficientemente modernas e produtivas a ponto de poderem ser usadas aqui no Brasil, caso ainda existissem os ramais ferroviários que foram “estrategicamente” removidos. Uma pena!

2- VAGÕES ISOTÉRMICOS

Vamos então iniciar pelo histórico de projeto destes vagões nos EUA, os quais nos primeiros tempos do transporte ainda eram muito rústicos pela grande quantidade de componentes em madeira e também porque ainda não existia uma tecnologia de geração de corrente elétrica em dispositivos móveis. Na Figura 1, observamos que os primeiros vagões eram na realidade isotérmicos, ou seja, possuíam um revestimento interno nas paredes e no piso para que a carga embalada não fosse deteriorada pelo aumento da temperatura interna.

Figura 1 – Um dos antigos vagões isotérmicos nos EUA (fonte Railcar Photos)

Como dissemos, os primeiros vagões para transporte de produtos perecíveis, eram isotérmicos e tinham a utilização de barras de gelo que eram quebradas ou trituradas e colocadas em reservatórios chamados de BUNKERS, projetados na parte interna das cabeceiras, como fonte de frio para manter a mercadoria o maior tempo possível a uma temperatura mais baixa. Desta forma, quando os vagões estavam prontos para a viagem, eles eram carregados com o material resfriado ou congelado e direcionados para os pontos de carga de gelo, o qual era depositado nos reservatórios internos das cabeceiras por escotilhas localizadas nas extremidades das coberturas dos vagões. Esta técnica, apesar de ser bem rudimentar, funcionava bem para médias distâncias estando as ferrovias preparadas para a renovação da carga de gelo em pontos específicos da viagem. Vemos na Figura 2, as barras de gelo sendo introduzidas nas escotilhas superiores em um destes pontos de recarga, especifico em uma das linhas tronco da Union Pacific RR – EUA.

Figura 2 – Plataformas de recarga de gelo (fonte UP RR)

Para carnes e cargas que exigiam temperaturas mais baixas, os trabalhadores adicionavam sal grosso ao gelo, o que reduzia o ponto de congelamento e criava uma mistura ainda mais fria. Como o gelo derretia continuamente (uma média de 20 a 25 kg por hora), os trens de carga não podiam permanecer parados por muito tempo. As empresas ferroviárias então decidiram construir uma rede nacional de plataformas de carregamento de gelo. Essas estações eram posicionadas estrategicamente ao longo das linhas, espaçadas de 160 a 400 quilômetros. Nos anos da tração a vapor, se procurava ao parar o trem, que as locomotivas também recebessem água, otimizando o processo. Porém, nem sempre esta estratégia era possível de ser seguida.

As plataformas de recarga de gelo eram estruturas elevadas, paralelas aos trilhos e posicionadas no mesmo nível da cobertura dos vagões. Os trens então paravam ao lado delas e equipes inteiras trabalhavam de forma sincronizada para reabastecer dezenas de vagões em minutos, deslizando as barras quebradas em tamanhos menores para dentro das escotilhas. O tempo era uma variável crítica!! Este trabalho gerou na época uma série de reclamações trabalhistas, já que era feito sob condições extremas e rápidas, o que acaba levando a acidentes e afastamento de funcionários.

3- DISPOSIÇÃO GERAL DOS PRIMEIROS ISOTÉRMICOS

Mas ainda cabe a pergunta: Como era feito o isolamento térmico destes primeiros vagões? Para responder a esta pergunta, precisamos entender sua disposição interna, como mostrado na Figura 3, a seguir.

Figura 3 – Disposição interna de um antigo vagão isotérmico (fonte ATSF RR)

Vamos olhar atentamente o esquema apresentado e verificar que o princípio básico de funcionamento era a circulação do ar frio. Sabemos que o ar frio é mais pesado e por isso tende a se manter na parte de baixo do volume interno da caixa, enquanto que o ar mais quente sobe e se concentra junto às coberturas. Assim, com o tempo, ocorria um tipo de circulação constante uniformizando a temperatura interna, a qual ia novamente aumentando de forma gradual até que fosse feita mais uma recarga de gelo. Veja na Figura 4, o detalhes das escotilhas da cobertura.

Figura 4 – Detalhes das escotilhas de carregamento de gelo (fonte Car Builders Cyclopedia)

Outra das características internas mais marcantes destes vagões eram as grades de madeira, articuladas e instaladas sobre o piso metálico real do vagão. Essas grades mantinham as caixas e fardos suspensos a alguns centímetros do piso real, fazendo com que o ar frio circulasse livremente por baixo da carga, evitando o acúmulo de umidade e garantindo uma temperatura uniforme. Nas operações de manutenção e revisão periódicas, estes “pisos falsos” precisavam ser retirados para uma completa desinfecção, evitando que com o tempo algum tipo de contaminação prejudicasse a carga.

Já a parte interna das coberturas era bem ancorada nas paredes laterais e nas cabeceiras para que se pudesse fixar guias metálicas (tendais) onde eram suspensos em ganchos alguns tipos de carga como carne bovina ou outra que devesse ser dependurada para que o ar frio circulasse livremente. Nesta configuração, poderiam ser executados carregamentos de apenas um tipo de produto, como aquele proveniente dos matadouros de animais, ou mesmo múltiplos carregamentos onde alguns itens eram suspensos e outros depositados em prateleiras ou apoiados nas grades de madeira. Ainda, para evitar que a mercadoria se deslocasse e batesse nas paredes durante as frenagens ou curvas, o interior podia também ser equipado com anteparas móveis (travas ou painéis divisórios), que variavam muito de configuração entre as ferrovias.

Para a época em que estes vagões surgiram, o serviço funcionava bem, sendo indicado na Figura 5 o esquema estrutural destes vagões, em meia vista e meio corte longitudinal.

Figura 5 – Esquema longitudinal de um isotérmico anos 40 (fonte Car Builders Cyclopedia)

Como revestimento da caixa estrutural, o interior era tradicionalmente fechado com tábuas de madeira de alta qualidade montadas de forma bem justa com encaixe tipo macho-fêmea, formando uma parede dupla. Entre a parede externa e o revestimento interno, havia um espaço preenchido com uma mistura isolante da época, como crina de cavalo, feltro, cortiça, lã de carneiro, prensados com alcatrão ou um tipo de asfalto inodoro, aplicado a quente. Isso porém, reduzia o espaço interno útil em alguns centímetros se comparado a um vagão comum mas que era necessário para este tipo de serviço. Em consequência, os isotérmicos eram vagões com número elevado de horas de produção, possuíam maior tara e tinham preço de aquisição maior se comparados aos vagões fechados tradicionais

Até meados dos anos 1940, a maioria das portas laterais dos vagões isotérmicos era também feita de madeira. A principal missão dessas portas era manter o isolamento térmico ideal e evitar a entrada de ar externo, protegendo cargas como alimentos, bebidas (especialmente cerveja e vinho) bem como enlatados contra o congelamento no inverno ou o calor no verão. Elas funcionavam exatamente como as portas de uma geladeira doméstica antiga ou de uma câmara fria, destas que eram vistas nos bares. Eram portas duplas montadas em dobradiças pesadas que se abriam para fora. Utilizavam um sistema de barras verticais e trincos de pressão pesados (mecanismos conhecidos como travas Miner ou Interlocking). Quando o operador girava a alavanca, a barra forçava a porta contra o batente, esmagando o selo de lona ou feltro para garantir um fechamento hermético. Mostramos uma destas portas na Figura 6, a seguir.

Figura 6 – Esquema de uma porta lateral dos primeiros vagões isotérmicos (fonte Car Builders Cyclopedia)

Com o passar do tempo, todo o projeto dos vagões isotérmicos foi sofrendo avanços tecnológicos. As caixas estruturais antes feitas de modo misto aço e madeira, passou a ser inteiramente de aço, aumentando significativamente a desproporção entre lotação e tara. Os isotérmicos praticamente pesavam o mesmo que transportavam e com a aplicação massiva do aço estrutural, tal relação começou a afetar o custo do transporte, de tal modo que os engenheiros ferroviários tiveram que modificar radicalmente os projetos básicos, apostando em materiais alternativos para que a relação lotação x tara permitisse a continuidade do transporte, ou seja, a tara precisava diminuir para que a lotação pudesse aumentar, já que a soma das duas definia o peso bruto máximo sobre trilhos..

4- DISPOSIÇÃO GERAL DOS ISOTÉRMICOS INTEIRAMENTE METÁLICOS

O uso do aço então permitiu a fabricação de vagões muito maiores, eliminou os riscos de incêndio e contaminação da madeira, além de estender a vida útil operacional dos vagões para até 50 anos. Nas décadas de 1960 e 1970, os fabricantes norte americanos, introduziram chapas de aço com os reforços verticais (montantes) soldados do lado de fora das paredes laterais. Esta técnica as deixou totalmente lisas, facilitando a instalação do isolamento de poliuretano ou fibra de vidro, que roubavam assim pouco espaço útil da carga. Como a espuma de poliuretano e a fibra possuem um peso específico muito baixo, a primeira parte da equação começava a mudar, em função do aumento de volume do vagão e da redução de seu peso estrutural. Visualizamos na Figura 7, uma imagem geral de um isotérmico dos anos 60 inteiramente fabricado em aço e com uma capacidade de carga bem maior.

Figura 7 – Vagão isotérmico com estrutura inteiramente em aço (fonte Railcar Photos)

Devemos notar também a grande diferença de dimensão das portas laterais, que deixaram de ser articuladas em dobradiças para a configuração conhecida como estanque ou portas PLUG. Estas portas possuem trilhos externos de movimentação longitudinal quando abertas mas quando fechadas ficam alinhadas com as paredes laterais, tornando-se totalmente herméticas. Para que não houvesse qualquer chance de perda de frio pelas portas, elas possuíam o mesmo tipo de isolamento aplicado a toda a caixa estrutural. Seu maior tamanho permitia até que o carregamento fosse feito por meio de empilhadeiras que circulavam internamente, evitando o longo tempo perdido no carregamento manual.

Aqui, nesta fase do projeto, os vagões isotérmicos já não possuíam os bancos de gelo característicos e instalados junto às cabeceiras. Como o revestimento era muitas vezes mais eficiente que aquele inicial, os vagões eram direcionados para terminais específicos onde entravam em uma zona fria com suas enormes portas abertas, ali permanecendo por tempo suficiente até que a temperatura interna da caixa atingisse o mesmo valor da instalação ambiente. Neste momento, eles eram carregados com produtos congelados até sua lotação máxima, sendo então fechados e lacrados para a viagem até os pontos de descarga em sistema de preferência de tráfego por meio de trens unitários com velocidades mais altas, já que não haviam mais paradas intermediárias para renovação de gelo.

Na Figura 8, está a configuração de uma das grandes portas plug, usadas nesta segunda geração de isotérmicos inteiramente metálicos. Importante observar que o mecanismo de abertura central continha duas pequenas alavancas presas aos eixos verticais de operação. Quando estas alavancas eram movimentadas no sentido externo da caixa, os eixos, cujas extremidades estavam ligadas a excêntricos, desencaixavam as portas das laterais, permitindo que elas corressem nos trilhos longitudinais. Eram estruturas muito resistentes, além de eficientes com respeito à vedação e manutenção da temperatura interna.

Figura 8 – Porta PLUG de fechamento hermético (fonte Car Builders Cyclopedia)

Ainda com respeito às caixas, no ano de 1954 observou-se a necessidade de conter mais diretamente os severos esforços e impactos longitudinais que eram verificados nos trens, sempre maiores e mais pesados, e que danificavam muito a estrutura e a disposição das cargas de vários tipos de vagões, dentre eles os isotérmicos. Nesta época foi iniciado um movimento em direção ao desenvolvimento de um sistema que deveria permitir um curso de amortecimento bem maior que o utilizado até então e que pudesse absorver mais energia gerada na operação dos trens.

Em função da distância normal que vai do centro do prato pião ao espelho, conhecida como overhang, estar na faixa de 1665mm (5,46″) a 1750mm (68,8″) no projeto corrente dos vagões, não havia como projetar um aparelho de choque que pudesse ter uma capacidade de absorção maior que os aparelhos convencionais e ainda ser montado nas bolsas localizadas nas extremidades das vigas centrais. Era preciso algo diferente e basicamente com maior curso! Como dissemos acima, iremos no futuro escrever um blog específico para os aparelhos de choque e por isso, não darei muitos detalhes aqui, a não ser o conceito e a forma final de como o problema foi resolvido.

Em função do pouco espaço nas extremidades das vigas centrais, a solução inicial foi adotar uma “viga deslizante”, onde uma parte interna da estrutura estaria ligada aos dois engates ao longo do comprimento do vagão, fazendo com que o amortecimento fosse executado no centro da distância entre truques, com a instalação de um cilindro hidráulico. Partes muito rígidas como os pratos de pião, tiveram que ser redesenhados para permitir este movimento e o resultado encontrado foi o sistema mostrado na Figura 9, chamado de HYDRA-CUSHION, fornecido pela empresa DRESSER Industries.

Figura 9 – Imagem de um estrado com o sistema Hydra-Cushion instalado

Aqui fica uma importante observação decorrente da implementação deste sistema que foi o aumento da distância das faces de tração dos engates em relação aos espelhos, aumentando assim o comprimento específico destes vagões, já que o curso maior era necessário para o movimento da viga central. Isto implicou em uma análise adicional pelo pessoal envolvido na operação ferroviária já que o tamanho total dos trens seria diferente daquele usado nos cálculos de ocupação de pátios e terminais. Além da observação que pode ser feita diretamente na imagem da Figura 7, também anexo a seguir a Figura 9 onde fica claro em uma vista lateral este aumento de comprimento real.

Figura 9 – Vista lateral mostrando o aumento do comprimento entre engates com a viga deslizante

5- OS ISOTÉRMICOS NO BRASIL

Os vagões isotérmicos no Brasil, também passaram por quase todas as fases descritas aqui para seus similares da América do Norte. As estruturas dos nossos vagões também nasceram quando a madeira predominava nas caixas e foram evoluindo para a construção totalmente metálica.

Os isotérmicos foram muito presentes na operação ferroviária brasileira principalmente nas regiões Sudeste e Sul, com todas as ferrovias tendo modelos que basicamente eram propriedade de frigoríficos. Vamos apresentar algumas fotos destes vagões, tomando por base a sequência de desenvolvimento estrutural já citado. Abaixo alguns exemplos de caixa em madeira e estrado metálico.

Figura 10 – Isotérmico FRIMA que circulou nas linhas da EF Noroeste do Brasil

Uma porcentagem de 90% dos vagões isotérmicos no Brasil eram de bitola métrica e rodavam junto aos trens regulares, diferentemente do que ocorria nos EUA quando circulavam em trens unitários e com preferência sobre os demais trens. Somente eram superados neste quesito pelos trens de passageiros.

Figura 11 – Isotérmico MOURAN também rodando nas linhas do Mato Grosso

Importante verificar os detalhes da caixa onde se pode observar as caixas em madeira, apoiadas sobre estrados com tirantes metálicos e freios a vácuo muito comum nas ferrovias de bitola métrica na primeira parte do século XX. Os truques eram do tipo Self Aligning ainda desprovidos de amortecimento já que a velocidade operacional ditada pelas locomotivas a vapor era muito baixa. Vale destacar que também que os vagões brasileiros também eram providos dos bunkers, aqui chamados de geladeiras, para a colocação das barras de gelo mas sem os pontos de recarga aplicados nos EUA.

Figura 12 – Isotérmico VIÚVA TELLES fabricado na Fábrica Nacional de Vagões – FNV

Como o tempo, os fabricantes nacionais de vagões iniciaram também a fabricação de caixas metálicas para os nossos isotérmicos e esta característica foi aplicada com as chapas presas por meio de rebites . A solda começava a ser aplicada na fabricação ainda com aplicação limitada.

Figura 13 – Isotérmico PRUDENTINO já fabricado com caixa metálica

Nesta foto de um dos primeiros isotérmicos nacionais com chapas de aço, vemos ainda as escotilhas de extremidade das coberturas, a fixação rebitada e os interessantes truques com feixes de mola, o que mostra uma preocupação diferente do transportador, ou seja, ter mais estabilidade e menos vibração vertical. Vejam também o “cachimbo” do freio a vácuo, com um raro encanamento geral externo e freio manual de varão vertical.

Figura 14 – Isotérmico BORDON com capacidade de 64t de peso bruto

A evolução trazida pelo aço, foi caminhando de forma natural com o aumento da capacidade de carga dos vagões. Aqui o exemplo da Figura 14, mostra que o detalhe das chapas rebitadas ainda convivia com as portas de duas folhas articuladas em dobradiças. Este projeto já possuía freio a ar comprimido e truques em aço fundido com mancais de bronze para mangas de eixo na dimensão 5″ x 9″.

Figura 15 – Isotérmico WILSON circulando na antiga FEPASA, com construção soldada

Esta alternativa de vagão isotérmico pertencente ao frigorífico WILSON existiu em ambas as bitolas nacionais e já tinha em seu projeto básico as portas plug iguais às usadas nos vagões FHD, que eram vagões fechados providos de escotilhas e tremonhas de fundo para o transporte de grãos. Estes vagões acabaram sendo vítimas de uma operação incorreta pois como não eram frigoríficos e não geravam frio, acabavam ficando muito tempo parados nos pátios e em manobras até chegarem nos terminais de descarga, fazendo com que a temperatura interna subisse e em muitos casos deteriorasse o produto. Este tipo de transporte com vagões isotérmicos somente tem sucesso se forem montados trens unitários, com prioridade de circulação, para que o produto não se perca.

Na realidade, o desenvolvimento de engenharia desta frota de vagões seguiu o mesmo modelo aplicado no hemisfério norte, porém sem utilizar o sistema de “viga deslizante”. Com a inexistência de operação em trens unitários, a velocidade e os impactos longitudinais não aumentaram tanto que justificasse esta necessidade.

6- QUE FIM FOI DADO AOS ISOTÉRMICOS POR AQUI ?

Tenho certeza de que todos aqueles que me acompanham, já sabem o que acabou por acontecer com as frotas de vagões isotérmicos no Brasil. Claro, foram desativados, mas não em função do seu projeto que poderia ter sido melhorado ao longo do tempo e sim por deficiências operacionais que não tratavam o transporte com a importância que deveria ter sido dada. Com isso, todos foram sendo convertidos em vagões fechados convencionais, com parte do seu revestimento interno retirado para melhorar a lotação. Veja na Figura 16, um deles sendo modificado para o “novo” trabalho.

Figura 16 – Vagão isotérmico já transformado em vagão fechado FRC para produtos ensacados

O fato é que deveríamos ter seguido o mesmo caminho que as ferrovias percorreram nos EUA. Isto significa ter evoluído de vagão isotérmico para vagão frigorífico, com seu projeto definido para que a caixa estrutural tivesse uma área nas cabeceiras onde fosse instalado o sistema de refrigeração movido a óleo Diesel, o qual dá mais autonomia operacional no caso de não ser aplicado o modelo de trens unitários. Sabemos bem que o consumo de óleo Diesel também pesa na conta do frete, porém se bem estudada, a operação entre ferrovias e clientes finais viabilizaria o serviço, como ocorre hoje nas ferrovias norte-americanas onde os frigoríficos rodam em trens normais não unitários.

Na Parte 2 deste trabalho, iremos explorar somente esta evolução da frota para vagões frigoríficos, verificando o que foi feito desde o inicio do processo. Convidamos você para seguir e aumentar seu conhecimento nos detalhes técnicos e históricos sobre vagões ferroviários. Abraços!!