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5 - Subestações de Tração

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5

Subestações de Tração

5.1 Esquemas de Ligação das Subestações

Retificadoras .............................................................264

5.2 Localização e Quantidade de Subestações de Tração ..................................................................267

5.3 Dimensionamento das Subestações de Tração ...........272

5.4 Regulação, Resistência Interna e

Circuito Equivalente da Subestação Retificadora ........278

5.5 Reserva de Potência ..................................................280

5.6 Retificadores e Inversores ..........................................281

5.7 Inversores..................................................................296

5.8 Curto-circuito e os Retificadores ................................299

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Capítulo 5

264

Conforme foi visto na Seção 4.4, o suprimento de energia provém da rede pública de alimentação. No caso dos sistemas alimentados em corrente contínua, a corrente trifásica dessa rede de alimentação é convertida em corrente contínua na subestação retificadora.

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1 - Uma Breve Introdução ao Problema

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Uma Breve Introdução ao Problema

1.1 Capacidade de Transporte de uma Linha........................2

1.2 Por que Tração Elétrica? ................................................3

1.3 Estimativa do Tráfego Crítico ..........................................7

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Capítulo 1

2

Um resumo bem sucinto do que será abordado neste livro é a energia elétrica utilizada no transporte. O quanto de energia é gasto, a forma como ela é gerada e transmitida e como

é utilizada serão os temas dos capítulos seguintes.

Um bom início para abordar os conceitos seria começar a quantificar o transporte e introduzir as vantagens da tração elétrica.

1.1 Capacidade de Transporte de uma Linha

Em uma linha de transporte de passageiros, a capacidade de transporte (CT ) máxima ofertada pela linha, expressa em passageiros por hora-sentido, representa a máxima capacidade de uma linha em transportar passageiros. É computada como um produto entre a capacidade individual do veículo (Cv ), o número de veículos (nv ) e a frequência de trens

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6 - Circuito de Retorno e Aterramento

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6

Circuito de Retorno e Aterramento

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

Correntes de Fuga e Corrosão Eletrolítica...................306

Medidas Preventivas contra as Correntes de Fuga .....308

Tensão de Toque ........................................................311

Métodos de Análise ...................................................312

Condutância entre o Terra do Sistema de Tração e o Terra ....................................................................325

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Capítulo 6

306

Na seção 4.5.2 falou-se que parte da corrente de tração utiliza o solo para retornar às subestações. Como foi dito, a corrente de tração sai das subestações, percorre a linha de contato, alimenta os trens e retorna pelos trilhos.

Entretanto, a resistência entre os trilhos e o solo não é infinita e, como foi visto, os trilhos possuem uma resistência longitudinal. Como consequência, uma parte da corrente de tração se desvia para a terra, especialmente na área próxima à carga, e então à subestação.

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7 - Compatibilidade Eletromagnética (EMC)

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7

Compatibilidade

Eletromagnética (EMC)

7.1 Generalidades............................................................330

7.2 Fontes de Ruído em Sistemas de Tração Elétrica........331

7.3 Mecanismos de Acoplamento e Interferência

Eletromagnética ........................................................333

7.4 Emissões ...................................................................336

7.5 Veículos .....................................................................338

7.6 Normas Pertinentes ...................................................338

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Capítulo 7

330

A compatibilidade eletromagnética no setor metroferroviário até mais ou menos a década de 1970 se resumia aos aspectos referentes à corrosão galvânica nos sistemas alimentados em corrente contínua, às perturbações em circuitos de telefonia analógica e às perturbações elétricas conduzidas em baixas frequências (f < 20 kHz) emitidas pelo material rodante e que interferiam nos circuitos de sinalização metroferroviária, comprometendo a segurança da circulação dos trens.

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2 - Dinâmica do Movimento

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2

Dinâmica do Movimento

Dinâ

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

Equação do Movimento ...............................................15

Aceleração e Solavanco ...............................................20

Esforço Motor ..............................................................22

Esforço Resistente .......................................................26

Limitação do Esforço Motor: a Força de Aderência .......56

Ciclo de Tração ............................................................75

Consumo e Conservação de Energia durante o Ciclo de Tração .........................................................78

2.8 Característica do Esforço Motor em Função da

Velocidade ...................................................................85

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Capítulo 2

14

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3 - Acionamentos de Tração

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3

Acionamentos de Tração

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

Motores de Corrente Contínua .....................................94

Motores de Indução Trifásicos ....................................126

Motores de Indução Lineares (MIL) ............................152

Motores Síncronos de Ímã Permanente (PMSM) .........161

Alimentação em Corrente Alternada Monofásica ........167

Acionamentos Diesel-Elétricos ...................................170

Notas sobre o Dimensionamento dos Motores ...........179

Divisão de Carga entre Motores .................................181

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Capítulo 3

92

Um acionamento é um sistema industrial que faz a conversão de energia elétrica em energia mecânica (em tração) ou vice-versa (em freagem) (Boldea; Nasar, 2006). Entretanto, existem várias diferenças práticas entre os acionamentos de tração e outros acionamentos industriais, tais como IEE (2002) e IET (2006):

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8 - Simulação do Sistema de Tração Elétrica

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8

Simulação do Sistema de Tração Elétrica

8.1

8.2

8.3

8.4

Histórico das Simulações em Tração Elétrica .............342

Simulação de Marcha ................................................349

Simulação de Tráfego ................................................364

Simulação Elétrica .....................................................369

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Capítulo 8

342

As características de operação do sistema de tração elétrica podem ser predeterminadas através da sua simulação a partir de modelos matemáticos. Uma vantagem da simulação como ferramenta de apoio ao projeto é permitir um ensaio das alternativas a custo reduzido, viabilizando uma posterior comparação das mesmas.

A simulação do sistema de tração elétrica compreende as características do movimento das composições e o comportamento dos sistemas de alimentação, distribuição e aterramento devido a sua solicitação em cada instante de período estudado (Martins, 1986a;

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4 - Alimentação da Rede de Tração Elétrica

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4

Alimentação da Rede de Tração Elétrica

4.1 Funções da Rede de Alimentação ............................186

4.2 Sistemas de Alimentação: Classificação e Histórico ...............................................................187

4.3 Escolha do Sistema de Alimentação .........................191

4.4 Estrutura Básica da Rede Elétrica de Tração ............194

4.5 Circuito de Tração ....................................................211

4.6 Alimentadores, Cabines de Paralelismo e Cross

Bonds ......................................................................233

4.7 Resistência e Impedância do Circuito de Tração .......234

4.8 Cálculo das Quedas de Tensão no Circuito de Tração.................................................................244

4.9 Rendimento do Circuito de Tração............................258

4.10 Influência do Circuito de Tração na Potência que

Pode Ser Desenvolvida pelos Trens ..........................259

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12. Indicadores de Desempenho Operacional da Operação Ferroviária (Key Performance Indicator – KPI)

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Indicadores de

Desempenho

Operacional da

Operação Ferroviária

(Key Performance

Indicator – KPI)

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1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Indicadores de produção;

Indicadores de consumo ou eficiência energética;

Indicadores de utilização do material rodante;

Indicadores de utilização da VP;

Indicadores de acidentes com patrimônio;

Indicadores de acidente do trabalho;

Indicadores de pátios ferroviários.

A seguir é apresentada cada uma das categorias citadas.

12.1 Indicadores de Produção

Indicadores de produção dizem respeito à movimentação de carga pela ferrovia. A seguir são listados os principais indicadores de produção.

12.1.1 Tonelada útil

O primeiro indicador analisado é o total de tonelada efetivamente transportada na ferrovia. Esse indicador é denominado Tonelada Útil (TU) que nada mais é que o somatório das toneladas úteis transportadas na ferrovia. Usualmente, ele é expresso em TU 3 103 e sua apuração é mensal.

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6. Cálculo da Capacidade de Circulação e de Transporte de uma Ferrovia

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Cálculo da Capacidade de Circulação e de Transporte de uma Ferrovia

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Capítulo 6

44

Neste capítulo, será analisado o estudo da capacidade das linhas. Não será levada em consideração a capacidade de pátios e de material rodante.

6.1  Tipos de Capacidade

A capacidade pode ser definida em quatro tipos diferentes:

1. Capacidade Teórica Máxima;

2. Capacidade Prática;

3. Capacidade Econômica;

4. Capacidade Disponível.

6.1.1  Capacidade teórica máxima

A capacidade teórica máxima da linha singela pode ser definida como a quantidade máxima de trens que pode ser registrada em um gráfico de trens teórico em certo período de tempo, usualmente, como visto, 24 horas ou um dia.

No caso da linha singela, o intervalo entre trens é proporcional à distância entre pátios de cruzamento consecutivos, distância essa que poderá ser contada entre eixos dos pátios de cruzamento.

O valor da capacidade teórica de uma ferrovia é inversamente proporcional ao tempo de percurso entre pátios de cruzamento, Figura 6.1. Os trechos de menor capacidade geram seções críticas ou gargalos, que determinam a capacidade de vazão de toda a linha.

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13. Conceitos Mínimos de Material Rodante

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Conceitos Mínimos de Material Rodante

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1. Material de tração;

2. Material rebocado.

Conceitos Mínimos de Material Rodante

O material rodante é o conjunto de todos os equipamentos que se locomovem sobre a via permanente. O material móvel das estradas de ferro, material rodante, é classificado pela sua capacidade de tração:

O material de tração é composto pelos seguintes veículos: as locomotivas, os equipamentos de via e os diversos veículos motorizados que podem circular na ferrovia. Usualmente, as locomotivas são também denominadas material de tração, confundindo-se com o sentido mais amplo do termo material de tração.

O material rebocado é composto pelos seguintes veículos: os carros que transportam os passageiros e os vagões que transportam as cargas.

Serão detalhadas a seguir as características do contato roda-trilho do material rodante.

Posteriormente, serão apresentados os dois tipos de material rodante que circulam na ferrovia.

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7. Cálculo dos Recursos Necessários para Atender a um Fluxo de Transporte

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Cálculo dos Recursos

Necessários para

Atender a um Fluxo de Transporte

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Capítulo 7

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Neste capítulo será estudado o cálculo da frota de vagões e de locomotivas necessários para atender a um fluxo de transporte. Entende-se como frota o número de veículos ferroviários existentes em uma ferrovia. Se forem os vagões, trata-se da frota de vagões, se forem as locomotivas, da frota de locomotivas. A frota pode possuir um subconjunto dedicado a um cliente específico e até mesmo a um fluxo de transporte específico, por exemplo, frota de HFE dedicada ao transporte de soja. Antes de se calcular a frota de vagões e a frota de locomotivas, deve-se entender o conceito de rotação de vagões.

7.1  Rotação e Ciclo de Vagões

A rotação de vagões pode ser entendida como o tempo gasto entre dois carregamentos sucessivos. Nesse tempo, estão incluídos os tempos de carregamento do vagão na origem, circulação do vagão carregado até o destino, descarga no destino e transporte do vagão vazio até outro ponto de carregamento.

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1. Caracterização de uma Ferrovia

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Caracterização de uma Ferrovia

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Capítulo 1

2

Uma ferrovia é um sistema de transporte em que os veículos (motores ou rebocados) se deslocam com rodas metálicas sobre duas vigas contínuas longitudinais, também metálicas, denominadas trilhos. As ferrovias diferem dos outros meios de transporte por não possuir mobilidade quanto à direção que o veículo tomará, portanto, uma ferrovia é um sistema autoguiado.

Uma ferrovia é constituída basicamente de três elementos físicos e um elemento virtual como pode ser observado na Figura 1.1. Os elementos físicos são a via permanente, o material rodante e os sistemas de comunicação e sinalização. O elemento virtual é a operação ferroviária, assim denominada neste livro, pois é composta efetivamente de métodos e processos para garantir a operação da ferrovia e não possui nenhum elemento físico, somente salas e computadores.

Na Figura 1.1, pode-se ver que a via permanente se divide em infraestrutura e superestrutura, as quais não serão tratadas neste livro. O material rodante se divide em: material de tração — composto por locomotivas e equipamentos de via — e material rebocado — os vagões. Esses dois tópicos serão tratados ao longo deste livro.

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14. Conceitos Mínimos de Sistemas de Sinalização e Comunicação

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Conceitos Mínimos de

Sistemas de Sinalização e Comunicação

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Atualmente existem três formas possíveis de se localizar uma composição ferroviária na via permanente. São elas:

1. Manual;

2. GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamento Global);

3. Eletrificação dos trilhos.

A forma manual é feita pelo agente da estação através do registro da passagem do trem na estação. Essa informação é passada para o centro de controle operacional, quando houver, ou é passada para o agente da próxima estação. Atualmente, esse método é usado somente em ferrovias com poucos recursos, podendo-se dizer que esse método não deve ser considerado em nenhuma hipótese para um projeto de uma ferrovia.

O GPS é um sistema composto por um conjunto de 24 satélites, que percorrem a órbita da Terra a cada 12 horas. Ele permite que por meio de dispositivos eletrônicos, GPS receiver, possa ser feita a localização geográfica da locomotiva equipada com equipamento próprio. Portanto, estando a locomotiva equipada com um GPS receiver, é possível saber sua localização. Essas coordenadas são enviadas para o CCO por meio de sistema de comunicação via satélite. E, caso a ferrovia possua o mapa georreferenciado da sua malha, ela pode cruzar esse mapa com a posição dada pelo GPS e o responsável pelo controle de tráfego pode acompanhar o deslocamento da composição sobre o mapa em uma tela do computador.

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8. Pátios Ferroviários

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Pátios Ferroviários

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Pátios Ferroviários

8.1 Definição

Define-se pátio ferroviário como uma área plana em que um conjunto de vias é preparado para desmembramento e formação de trens, estacionamento de carro e vagões, operações de carregamento e descarga de produtos, manutenção de material rodante e outras atividades.

Nos pátios, o tráfego opera mediante regras, instruções e sinais próprios e, em regra geral, com velocidade reduzida. Cada pátio possui pessoal e equipamento próprios que são usados da melhor maneira, visando reduzir, principalmente, o tempo de permanência dos vagões.

8.2 Importância dos Pátios Ferroviários

Os pátios ferroviários são locais de grande complexidade e um dos maiores gargalos da operação ferroviária. Nos terminais de cargas diversas, estima-se que 70% da frota de uma ferrovia esteja parada realizando alguma operação. Nos terminais especializados, esse número gira em torno de 40%.

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