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Engenharia

Material Rodante Ferroviário

By 24 de dezembro de 2018 No Comments

1. Material rodante

Material rodante é conceituado como o conjunto de todos os equipamentos que se locomovem sobre uma via permanente. O material rodante ferroviário pode ser classificado pela sua capacidade de tração da seguinte forma:

  • Material de Transporte: são carros sem tração, rebocados, que transportam passageiros, vagões para mercadorias, animais, bagagens, etc.
  • Material de Tração: são locomotivas e carros motores, que, impulsionados por qualquer tipo de energia, tracionam trens (materiais de transporte) no trecho e em manobras de pátios.

Importante ressaltar que, diferentemente de outros meios de transporte, o sistema ferroviário não possui mobilidade quanto à direção do veículo. Seu trajeto é guiado apenas pelos trilhos.

2. Contato roda-trilho

A interação veículo-via se dá pelo contato direto das rodas metálicas do trem com os trilhos, também metálicos. Isso provoca um desgaste considerável dessas partes devido a grande magnitude da carga solicitante nas rodas. Apesar do desgaste, essa alta solicitação ainda torna esse tipo de interação o mais adequado.

a) Roda

As rodas de veículos ferroviários possuem configuração cônica cujas duas funções são:

  • centralizar o veículo nos trilhos uma vez que, ao se deslocar mais para um lado do trilho, sua geometria cônica o leva a “escorregar” por ação da gravidade de volta ao centro, vide ilustração a seguir;

  • atenuar o efeito de escorregamento das rodas em trajetória curvilínea (o trem se apoia em uma curva no trilho externo devido sua resultante centrífuga, o que leva a roda externa a possuir uma circunferência de contato maior que a interna, reduzindo a defasagem entre as rodas devido à diferença de raio de curva).

Figura 2: Curva para esquerda “empurra” trem para direita e atenua a defasagem de raio de curva.

Essas rodas possuem ainda frisos que mantêm o trem sobre os trilhos, evitando deslocamentos laterais que levem a um descarrilamento.

Importante ainda acrescentar que as rodas nunca ficam fora do gabarito da caixa.

b) Eixo

Os eixos são montados paralelamente em uma estrutura denominada truque e as cargas são disposta sobre as pontas dos mesmos, diferentemente de caminhões, por exemplo.

Além disso, devido à robustez do trem, as rodas são solidárias ao eixo, não permitindo movimento relativo. Consequentemente, há escorregamento das rodas em relação aos trilhos em trajetórias curvilíneas.

c) Rodeiro

Cada eixo com um par de rodas paralelas é denominado rodeiro. Nesse sentido, o Glossário dos Termos Ferroviários do DNIT conceitua a bitola de rodeiro como a distância entre pontos das rodas de mesmo rodeiro, mais próximos aos trilhos.

Antigamente, o projeto do veículo ocorria totalmente independente do projeto da via, sendo a bitola o único elo de ligação. Com isso, temia-se que a interação veículo-via levasse a frequência natural de oscilação do veículo a entrar em ressonância com a frequência de defeitos da via.

Em contrapartida, baseando-se na ideia de se representar o veículo como uma porção de massa suspensa por molas apoiadas no rodeio, os dois projetos passaram a ser desenvolvidos de forma integrada, concebendo a suspensão do veículo de maneira a evitar o problema supracitado.

d) Truque

Os rodeiros são montados em estruturas rígidas de, no mínimo, dois rodeiros. Esse conjunto é chamado de truque. No Brasil, a maior parte dos vagões possui dois rodeiros por truque. Já as locomotivas podem possuir 2, 3 ou 4 rodeiros.

A dificuldade de inscrição do truque (com seus eixos paralelos e solidários às rodas) nos trilhos de uma curva limita os raios mínimos em valores bastante superiores aos das rodovias. No entanto, sistemas que não exigissem paralelismo entre os eixos a fim de facilitar a inscrição nos trilhos seriam muito complexos e frágeis devido, mais uma vez, à robustez do trem.

3. Vagão

O vagão é um veículo destinado ao transporte de cargas e não possui capacidade motriz, necessita por isso ser rebocado. Importante ressaltar que, para transporte de passageiros, os veículos são chamados de carros, não vagões.

Sua composição é formada por duas partes principais, os truques já citados e a caixa, onde se aloca a carga.

a) Caixa de vagão

A caixa de um vagão pode ser fabricada de diversos materiais, sendo os mais comuns aço, alumínio e aço inox. A carga nela transportada determina o seu tipo da seguinte forma:

  • Vagões abertos
    • Gôndola: granéis sólidos sem necessidade de proteção contra intempéries;

    • Plataforma: contêineres, semirreboques rodoviários, bobinas de aço, peças e equipamentos volumosos, etc;

  • Hopper: granéis sólidos;

  • Vagões fechados
    • Fechado: carga geral, protegida contra intempéries;

    • Tanque: granéis líquidos e pulverulentos;

    • Hopper: granéis sólidos, com necessidade de proteção contra intempéries.

  • Vagões Isotérmicos
    • Frigorífico: produtos congelados.

b) Classificação de vagões

A norma brasileira de classificação de vagões (NBR 11691) estabelece que a mesma seja feita através de três letras e sete números, como mostrado abaixo:

No bloco I, a primeira letra identifica o tipo de vagão, e a segunda, seu subtipo. São essas duas letras que orientam a classificação geral de vagões abaixo mostrada. A terceira letra identifica a manga do eixo, que, por sua vez, limita o peso bruto máximo de cada vagão.

Vale a pena memorizar a primeira letra, mais importante e mais simples de classificar:

  • F – Fechado;
  • G – Gôndola;
  • H – Hopper;
  • P – Plataforma;
  • T – Tanque.

Para o caso exemplificado:

  • G: Gôndola;
  • P: com bordas fixas e portas laterais;
  • R: de bitola larga, com peso bruto máximo de 80.000 kgf.

Já no bloco II, a numeração está relacionada ao proprietário do vagão, que ainda pode ser verificada pelo dígito verificador, calculado a título de curiosidade da seguinte maneira.

Cálculo do Dígito Verificador

  1. Multiplica-se cada algarismo do bloco II, da esquerda para a direita, por sete, por seis, por cinco e, assim, sucessivamente;
  2. Somam-se os produtos das multiplicações;
  3. Divide-se o resultado da soma por onze;
  4. Subtrai-se de onze o resto da divisão.

Do exemplo ilustrado:

  1. 623053: 6×7+2×6+3×5+0x4+5×3+3×2;
  2. 42+12+15+0+15+6=90;
  3. 90/11=8 com resto 2 (11×8+2=90);
  4. 11-2=9 (Dígito Verificador = 9).

4. Locomotiva

A locomotiva, segundo o Glossário dos Termos Ferroviários do DNIT, é um veículo impulsionado por qualquer tipo de energia, ou uma combinação de tais veículos, operados por um único dispositivo de controle, utilizado para tração de trens no trecho e em manobras de pátios.

Ela pode ser classificada quanto ao seu uso e à geração de potência.

  • Classificação por uso:
    • Locomotiva de Viagem: fazem a circulação ao longo da ferrovia, geralmente na linha principal e pátios (normalmente são as locomotivas mais novas e potentes);
    • Locomotiva de Manobra: operam dentro dos terminais de carga, fazendo trens para viagem (geralmente são locomotivas menores e mais velhas).
  • Classificação por geração de potência:
    • Diesel (Elétrica, Mecânica, Hidráulica);
    • Elétrica;
    • Vapor;
    • Levitação Magnética.

5. Composição ferroviária

A composição ferroviária é o conjunto de material rodante composto por, pelo menos, uma locomotiva e um vagão (ou carro).

A composição tem duas extremidades:

  • Frente ou Testa: ponta da composição no sentido do deslocamento;
  • Cauda: parte contrária à Frente.

Dentre as configurações mais usuais de composição ferroviária, listam-se:

  • Uma (ou até cinco) locomotiva na frente da composição;
  • Uma locomotiva de apoio na cauda além daquela na testa;
  • Tração distribuída: duas locomotivas na testa puxando 2/3 da composição e uma locomotiva puxando o 1/3 restante da cauda.

6. Dinâmica ferroviária

Diferentemente do transporte rodoviário, onde o caminhão possui uma capacidade de carga pré-determinada, tem-se na ferrovia a liberdade de acoplar vagões e locomotivas na composição de um comboio para adaptá-lo à necessidade de transporte de carga ou passageiros e ao traçado.

A princípio, o cálculo do número de vagões e locomotivas que compõem a configuração de um trem leva em consideração a força de tração das locomotivas e a resistência ao movimento que todos os veículos oferecem.

Tal resistência ao movimento pode ser dividida da seguinte forma:

  • Resistência Normal: atrito do ar e de peças móveis, atuam sempre;
  • Resistência Acidental:
    • Rampa: componente do peso que atua em sentido oposto ao movimento;
    • Curva: dificuldade de inscrição dos truques;
    • Inércia: reserva de potência ligada à necessidade de aceleração.

A força de tração de cada locomotiva depende do seu peso e de sua potência. O peso é decisivo para garantir a aderência roda-trilho, evitando a patinação das rodas.

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