A Engenharia Mecânica e os transportes coletivos Transportes ferroviários

Projeto FEUP 1ºano – MIEM Coordenadora do Projeto FEUP no MIEM: Prof. Teresa Duarte

Equipa 1M8_2 Supervisor: Abílio de Jesus Monitor: Paula Pinto

Estudantes & Autores: José Miguel Alves Pires – up201606775

Ricardo André Nunes Borges – up201606584 Rui Afonso Patrício Sá Marques – up201606497

Susana Moura Neves – up201606499 Telma Casimira Silva Porto Araújo Ferreira – up201606662

1 A ENGENHARIA MECÂNICA E OS TRANSPORTES COLETIVOS. TRANSPORTES FERROVIÁRIOS.

Índice

1. Introdução

2. História do Transporte Ferroviário

3. Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”: ◦ 3.1. Passado

◦ 3.2. Atualidade

◦ 3.3. Futuro

4. A Engenharia Mecânica e o transporte ferroviário

5. Conclusões

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História do Transporte Ferroviário

Antiguidade

• Carruagens puxadas por animais como meio de transporte coletivo;

• São os "antepassados" dos comboios;

• Lentas mas confortáveis.

1698

• Thomas Savery desenvolve o primeiro motor a vapor.

• Desvantagem – Possibilidade de explosões.

1712

• Nova tecnologia - Pistão de Newcomen.

• Desvantagem – Necessidade de grandes quantidades de vapor.

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História do Transporte Ferroviário

1769

• James Watt e Roebuck desenvolvem um motor totalmente funcional. Revolução do motor a vapor;

• Desvantagem – Velocidade reduzida.

Por volta de1819

• Circulam por toda a Europa milhares de comboios com motores semelhantes a este.

1830

• George Stephenson- Desenvolve o Rocket.

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Fig.1 - Motor a vapor de James Watt

Fig.2 - Rocket

História do Transporte Ferroviário

1850

• Segunda revolução industrial;

• Vantagens – Transporte rápido de pessoas e mercadorias e evolução económica.

• Desvantagens - Poluição e aumento do trabalho infantil.

1930

• Surgem motores a diesel e elétricos;

• Vantagens – Mais rápidos e ecológicos.

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Fig.3 - Comboio a vapor – um dos causadores da segunda revolução industrial

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

PASSADO

Motor a vapor – vapor (da água em ebulição) era retido até ultrapassar pressão atmosférica, para depois ser injetado nos cilindros do motor e produzir movimentos.

Motor a dois tempos – teoria desenvolvida por Nicolas Diogo Léonard Sadi Carnot em 1824; patente reclamada por Samuel Morey em 1826, nos EUA.

Ciclo de Otto Ciclo de Diesel

- Motores de ignição por faísca.

-Motores de ignição por compressão

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Fig.4 – Motor a dois tempos.

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

ATUALIDADE

Motor diesel a 4 tempos

Motor elétrico Descoberta da indução magnética - relação entre ímanes e corrente elétrica. Vantagens: maior eficiência, custos por utilização e de manutenção mais reduzidos, maior capacidade de travagem e aceleração e o facto de não se ter que transportar combustível a bordo do comboio para o funcionamento do mesmo.

Motor monofásico Motor trifásico

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Fig. 5 – Motor diesel a 4 tempos

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

ATUALIDADE

Motor Locomotiva

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Passado Lugar para

armazenamento do carvão

Atualidade Locomotivas

diesel-mecânicas

Transmissão de energia do motor às todas por caixa de

velocidades

Fig.6 - Locomotiva de Richard Trevithick

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

OUTRAS TECNOLOGIAS USADAS NO COMBOIO:

• Indicadores de defeitos nos carris – evitam descarrilamentos;

• Sistemas de monitorização, em tempo real, do estado das rodas;

• Rail Corridor Risk Management System (RCRMS) – transporte seguro de cargas de alto risco.

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Fig.7 - Comboio atual

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

FUTURO

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Levitação magnética

Eletrodinâmica (por repulsão)

Eletromagnética (por atração)

Supercondutora (por indução)

Comboio que não toca no chão, sendo propulsionado por forças atrativas e repulsivas, através do uso de supercondutores. Principal projeto: MagLev.

Fig. - 8Maglev

Principal desvantagem: ALTO CUSTO

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

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FUTURO ◦ Levitação eletrodinâmica (por repulsão):

- Bobinas com capacidades supercondutoras (resistência elétrica muito baixa);

- Interação entre campos magnéticos contrários gera uma força repulsiva

que permite a levitação.

Vantagens: •Reduzido gasto de energia; •Não utilização de combustíveis fósseis; •Altas velocidades (já que o veículo se desloca sem existir contacto com as linhas ferroviárias).

Desvantagens: •Necessidade de sistema de refrigeração para as bobinas supercondutoras. Fig. 9 – Aplicação do princípio de levitação

por repulsão magnética

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

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Futuro: Levitação Eletromagnética (por atração): -Interação entre um eletroíman e um corpo ferromagnético origina a suspensão do corpo; -Peso e força magnética em equilíbrio – o comboio levita.

Vantagens: • Não emite poluentes; • É capaz de efetuar subidas com elevado grau de

inclinação, devido ao seu motor; • Não emite ruído; • Alta velocidade; • Com este tipo de levitação é possível a

existência de trilhos elevados, o que possibilita a sua construção em áreas com plantações ou animais.

Desvantagens: • Grande instabilidade; • Necessidade de circuitos que

controlem a distância entre a pista e o suporte.

Fig. 10 – Eletroímanes no veículo elevam-no.

Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”

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Futuro: Levitação Supercondutora (por Indução): -Em cada vagão existem cadeias de Halbach; -Nos trilhos existem bobinas isoladas.

Vantagens: • Sistema mais simples e mais económico

relativamente aos outros dois tipos de levitação.

Desvantagens: • Antes de ser atingida a velocidade a que é

possível a levitação, é necessário o uso de rodas.

Fig. 10 – Funcionamento da cadeia de Halbach.

Fig. 11 – Levitação por indução no comboio Indutrack.

A Engenharia Mecânica e o Transporte Ferroviário

A engenharia mecânica desempenha um papel fulcral no desenvolvimento dos comboios, já que os engenheiros mecânicos são responsáveis por várias partes do bom funcionamento dos comboios: Desenvolvimento da área relativa ao transporte de mercadorias;

Desenvolvimento das partes mecânicas dos comboios tais como ar condicionados, ventilação, controlo da poluição e sistemas de segurança;

Estabelecimento de normas para a inclusão de certos materiais essenciais para o desenvolvimento e aproveitamento deste tipo de transporte.

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Fig.12 - Descarrilamento.