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DISPOSITIVO PARA CONTROLE DE VELOCIDADE Menção Honrosa no III Prêmio Amsted Maxion de Tecnologia Ferroviária; trabalho apresentado no seminário técnico no Negócios nos Trilhos – Encontrem 2005, outubro de 2005, São Paulo. Autor: Luciano Lopes Vidigal Guimarães, técnico especializado em eletrônica na EFVM.
1. RESUMOAs ferrovias brasileiras têm tantas oportunidades de melhorias que nem seus empregados conseguem detectar como simples intervenções podem melhorar seu dia a dia. Um dos sistemas de automação bem elaborados e sofisticados nas ferrovias é o “Hump Yard”. Ele é o elo de ligação entre uma oficina de vagões e o processo de formação de trens. É através do Hump-Yard que os blocos de vagões são formados, visando formações bem homogêneas e com isso dando eficiência para o processo de formação de trens e classificação de vagões com problemas para as Oficinas de manutenção. O processo de classificação de vagões (Hump-Yard) consiste na distribuição dos mesmos em lotes com destinos idênticos. Após a classificação, estes lotes são conduzidos para operação de carga ou descarga, revisão de manutenção e formação de novos trens. A classificação, que pode ser feita tanto em vagões vazios como em vagões carregados, separa-os por tipo, destino e posição no lote em formação. O controle de velocidade tem como objetivo levar os cortes a seu destino com uma velocidade tal que permita um engate suave aos lotes que já se encontram estacionados. Como os cortes descem livre por uma rampa, o controle de velocidade visa calcular a quantidade ótima de atuação nos retardadores, que são dispositivos instalados nos trilhos, no final da rampa, com a finalidade de frear o corte. Caso este controle falhe, pode ocorrer uma parada do corte antes de chegar ao destino ou um engate com velocidade acima do desejado causando danos aos engates e aos vagões. O processo de Hump-Yard é bem definido e tecnologicamente correto, ou seja, tudo que é possível fazer para que o processo funcione bem no campo é feito pelos sistemas eletrônicos do sistema. Mas o problema acontece é porque não existe uma ligação forte com o sistema embarcado na locomotiva, ou seja, o Hump-Yard não tem nenhuma interação com a locomotiva que empurra os lotes de vagões na rampa para a classificação. E como descrito anteriormente, a velocidade é um item importante no processo. Se a velocidade sob um determinado controle é item importante e não existe nenhum intertravamento entre o Hump-Yard e a locomotiva que conduz os vagões na rampa, como garantir eficiência e segurança no processo de classificação de vagões? A resposta para esta pergunta será dada com o desenvolvimento do CVH (“Controle de velocidade do Hump”), projeto que será descrito neste documento. O CVH foi desenvolvido para ser o elemento que faltava entre o eficiente processo do Hump-Yard e o fraco sistema de supervisão de velocidade da locomotiva do “Humpeamento”. O processo de Hump-Yard é tão importante para uma ferrovia que ele funciona 24 horas de forma ininterrupta e com um espaçamento entre trens bastante reduzido. Ou seja, qualquer paralização do processo acarreta em custos altíssimos para a ferrovia. Antes do CVH, a possibilidade de erros era muito grande, gerando os prejuízos decorrentes destes erros.
2 - DADOS DO PROJETO Nome do Projeto: CVH – Dispositivo de “Controle de Velocidade do Hump” 2.1 – O Problema Devido a falta de intertravamento entre a velocidade da locomotiva que empurra os vagões na rampa do Hump-yard, associado ao desconhecimento pelo maquinista de qual a melhor velocidade de “humpeamento” naquele exato momento de corte de vagões, é muito comum a ocorrência de acidentes, seja por quebra de engates ou diminuição da vida útil do engate pelos choques a que se sujeitam os vagões. No caso de quebras, o processo do Hump-yard é paralisado até que a correção seja providenciada, causando prejuízos para a ferrovia. Com relação à diminuição da vida útil do engate, um eventual choque em uma viagem pode provocar um acidente ferroviário. O prejuízo pode, portanto, ser muito maior, podendo gerar vários outros prejuízos indiretos. 2.1 – Descrição do processo de Hump-Yard Os dados que norteiam a classificação vêm da gestão de transporte e aqueles que dizem respeito à manutenção, onde os vagões são separados conforme o tipo de reparo de que necessitam, são obtidos nas inspeções realizadas no próprio pátio, antes da classificação. A forma tradicional de classificação de vagões utiliza locomotivas de manobras e um plano de vias configurado de forma adequada ao processo. A locomotiva de manobra empurra e puxa os lotes, deixando os vagões na via correspondente ao seu destino, em um processo muito lento. Nestas condições, o custo operacional da atividade é bastante elevado, com inevitáveis perdas de tempo, maior retenção de vagões, comprometendo, sobremaneira, os ciclos de carga e descarga destes vagões. O sistema da automação do processo de classificação de vagões utiliza a velocidade proporcionada pela aceleração da gravidade, para movimentá-los e distribuí-los pelas vias de destino, a partir de uma rampa descende, onde os vagões são levados e soltos para descida. A Fig. 1 mostra o fluxo típico em um pátio de classificação de vagões por gravidade.
Fig. 1 – Fluxo no pátio de classificação por gravidade. Durante a descida dos lotes, um conjunto de sensores e equipamentos, mostrados na Fig. 2, monitoram e atuam em tempo real, propiciando a velocidade para o deslocamento desejado dos vagões. São eles: Anemômetro: mede a velocidade e a direção do vento. Radares: são dois que medem a velocidade de descida do lote (velocidade inicial ) e a de acesso ao pátio de classificação ( velocidade final ). Pedais: permitem identificar a presença e a contagem de rodeiros dos vagões e acionam os radares para leitura das velocidades. Através destes dispositivos é possível conhecer a quantidade de vagões presentes em cada via e o incremento ou decremento desta quantidade. Balança: mede o peso por eixo de cada vagão, na crista da rampa. Circuitos de via: acusam o estado de ocupação da via pelos lotes. Estão presentes nas regiões dos pedais, das máquinas de chave e em pontos estratégicos das linhas do pátio de classificação, aonde servem para caracterizar os marcos de preenchimento destas linhas. Retardador: é um dispositivo pneumático que responde pela frenagem dos lotes de vagões, na saída da rampa, colocando-os na velocidade ótima. Aplica frenagens sucessivas, através de seus dois estágios, até que a velocidade ótima seja conseguida. São dois tipos de retardadores: um principal e dinâmico, que promove frenagens consecutivas no lote de vagões e outro inerte, com regulagem fixa, para reter os lotes no final das vias do pátio de classificação. A Fig. 2 mostra, em vista de perfil e planta, o esquema de um pátio de classificação por gravidade e seus elementos de via ( sensores, instrumentos e retardadores ). Os pedais, circuitos de via e máquinas de chave que se encontram instalados as vias do pátio de classificação, não estão representados.
Fig. 2 - Esquema de um pátio de classificação por gravidade Além do controle de velocidade, o sistema controla e determina, em função das listas de cortes, as rotas de acesso às vias de destino no pátio de classificação. O comando destas rotas consiste no acionamento das máquinas de chaves pneumáticas, para o posicionamento adequado ao acesso da via desejada. Em função do número de vagões que preenchem a via de destino e da “rolabilidade” do lote em movimento na mesma via e que irá se incorporar aos demais, é calculada e aplicada ao lote uma velocidade ótima de saída da rampa, para que o lote possa percorrer a distância até o engate aos outros lotes. Esta velocidade ótima é conseguida através de frenagem efetuada pelo retardador principal, em aplicações sucessivas, uma vez que o lote de vagões já se encontra em velocidade devido a descida da rampa. Pela descrição do processo de Hump-Yard, podemos ver que o sistema tem uma dependência direta da velocidade do início do processo e ela é fundamental para dar eficiência e segurança ao sistema. Como não existe nenhuma interligação entre o Hump-Yard e a locomotiva que empurra os vagões na rampa, o CVH (Controle de Velocidade de Hump) foi desenvolvido para que o elo faltante fosse fechado.
Observando o processo do Hump-Yard, foi verificado:
Fazendo um estudo de causas do problema, as três de mais impacto foram destacadas:
E com estas considerações e requisitos chegou-se a solução final que era “Desenvolver um Dispositivo de Controle de Velocidade do Hump”, onde o foco maior era a segurança operacional e como ganho marginal : eficiência do sistema.
2.2 – Solução Proposta O procedimento de engate com suavidade nos lotes de vagões depende da precisão do cálculo e da correta atuação dos retardadores. Velocidades insuficientes podem provocar a chamada “parada curta”, quando um lote não atinge o anterior, ou ainda, não promove o perfeito acoplamento mecânico entre os vagões. Ao contrário, velocidades elevadas podem causar danos aos engates e, até mesmo, descarrilamentos e tombamentos. O sistema proposto tem como finalidade indicar para o maquinista a velocidade correta do Hump-Yard e supervisionar a operação, comparando a velocidade do trem com um valor definido pelo Sistema do Hump-Yard e produzindo sinais sonoros quando o trem está fora da velocidade recomendada para o “humpeamento”. O CVH (Controle de Velocidade do Hump) é um equipamento microprocessado, desenvolvido internamente na Empresa para melhoria da segurança no processo de hump-Yard, fornecendo ao maquinista informações úteis para a sua operação e também realizando corte de tração e aplicação de freio (fase avançado do projeto) em situações de risco ou operação indevida. As funções do equipamento são:
O equipamento é composto de GPS, placa microprocessada principal, saídas para o sistema de corte de tração e aplicação de freio, alarme, painel de indicação e fiação para interligação com a locomotiva. As Figura 4 mostra o equipamento instalado na locomotiva, com velocidade zero (trem parado e com velocidade de humpeamento de 7 Km/h
Fig. 4 – CVH Instalado na Locomotiva
Quando a locomotiva sai do modo de Humpeamento que é selecionado pela tecla com seta a direita, o sistema é ajustado para normal e neste caso vale os limites de velocidade de corta de tração e aplicação de freio do pátio que podem ter valores diferenciados da velocidade de segurança do Hump.
Fig 5 – CVH Curva de funcionamento. As figuras 6 e 7 mostram o processo de humpeamento com o CVH instalado. As fotos mostram um comportamento estático, mas o ganho na regularidade do processo é bem nítido.
Fig 6 – CVH instalado. Vagões no corte
2.5 – Ganhos do Projeto O projeto está em teste por se tratar de equipamento novo na ferrovia (2 meses de operação) mas espera-se os seguintes ganhos:
2.5 – Integração futura O equipamento foi desenvolvido inicialmente para resolver um problema de segurança operacional do processo de hump-yard. Mas com o equipamento em operação já se percebeu a possibilidade de agregar várias funcionalidades para dar ganhos mais expressivos no sistema tais como
3 - Conclusões O projeto demonstrou uma eficácia bastante relevante e na primeira fase de testes mostrou que veio pra ficar. O primeiro contato dos maquinistas com o CVH foi bem fácil devido a simplicidade da operação do equipamento. E como o equipamento tem como objetivo principal trazer segurança, sua aprovação foi imediata. Todos os itens enumerados no item ganhos do projeto neste documento estão sendo comprovados nestes meses de operação do CVH, e em especial ressaltamos a confiabilidade que o equipamento trouxe para o processo. Conforme dito no início deste documento que as diversas áreas do processo ferroviário oferecem tantas oportunidades de melhoria e consolidado pelo item integração futura, o projeto abriu portas para outras idéias de melhorias, aumento de produtividade e principalmente redução de acidentes que é a principal meta da Ferrovia empregadora dos autores deste projeto. Após analisar os diversos ganhos do projeto, só reforçamos que, a cada dia, a Ferrovia deve apostar mais nas soluções internas de seus empregados, pois estes têm uma grande capacidade de resolver problemas e um potencial intelectual gigante. Esta Operadora acredita no seu pessoal interno e isso traz uma motivação muito grande para a equipe que mesmo sendo considerada “equipe de manutenção”, tem em seu currículo uma lista enorme de desenvolvimentos e nacionalizações que contribuíram para a Empresa. |
Fig. 3 – Diagrama em blocos do CVH
