a engenharia mecânica e os transportes coletivos.projfeup/submit_16_17/uploads/relat_1m08_2.pdf ·...

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

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

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Projeto FEUP Grupo II, turma 8 – MIEM

i “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”

“Transportes Ferroviários”

Resumo:

A história dos transportes começou a escrever-se há várias centenas de anos e o

principal acontecimento histórico que despoletou o aparecimento de praticamente

todos os meios de transporte que hoje conhecemos foi a invenção da roda.

De facto, desde a invenção da roda que começaram a surgir vários meios de transporte

sendo que estes, inicialmente, eram movidos através da força dos animais e foram

evoluindo ao longo do tempo de tal maneira que hoje em dia existem mesmo veículos

movidos a energia solar.

Um belo exemplo de um meio de transporte que é uma evolução dos meios de

transporte que funcionavam a tração animal é o comboio. Ora, este é nada mais nada

menos do que o “filho” dos vagões que eram puxados por cavalos e que foram usados

até inícios do século XVIII.

Como foi referido, ao longo do tempo, os meios de transporte têm sofrido grandes

evoluções, e como tal o comboio não é exceção. Graças ao trabalho de milhares de

engenheiros têm sido desenvolvidas novas tecnologias que contribuíram para a

melhoria dos comboios de maneira drástica sendo que graças a todos estes novos

desenvolvimentos os comboios são cada vez mais seguros, rápidos e amigos do

ambiente sendo por essa razão um meio de transporte de grande importância para a

humanidade e para o planeta.


ii “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”


Agradecimentos:

Agradecemos, desde já, ao nosso supervisor Abílio de Jesus e à nossa monitora Paula

Pinto pela disponibilidade em ajudar e esclarecer todas as dúvidas surgidas.

Para além disso, gostaríamos de agradecer a todos os formadores que nos

acompanharam ao longo da semana de formação intensiva do Projeto FEUP.

Por fim, queremos também agradecer aos coordenadores deste projeto por nos terem

possibilitado todas as experiências relativas ao Projeto FEUP que nos permitiram

adquirir soft skills que nos vão ser bastante úteis ao longo de todo o nosso percurso

académico e profissional.


iii “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”


Índice: Lista de Figuras: ............................................................................................................................iv

Palavras-chave: ............................................................................................................................. v

1)Introdução: ................................................................................................................................ 1

2)Pesquisa Bibliográfica: .............................................................................................................. 3

2.1) História do Transporte Ferroviário: .................................................................................. 3

2.2) Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o

futuro”: ..................................................................................................................................... 6

2.3) A Engenharia Mecânica e o Transporte Ferroviário:...................................................... 12

3)Conclusão: ............................................................................................................................... 14

4)Bibliografia: ............................................................................................................................. 15


iv “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”


Lista de Figuras:

Figura 1 - Motor a vapor de Thomas Savery (Thurston 1878) ...................................................... 4

Figura 2 - Motor a vapor de James Watt (Thurston 1878) ............................................................ 4

Figura 3 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC) .............................. 4

Figura 4 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial. .................. 5

Figura 5 - Comboio atual (JPN) ...................................................................................................... 6

Figura 6 - Locomotiva de Richard Trevithick ................................................................................. 8

Figura 7 - Transporte de mercadorias ......................................................................................... 12

Figura 8 - Descarrilamento .......................................................................................................... 12


v “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”


Palavras-chave:

Transportes;

Mobilidade coletiva;

Comboio;

Motor;

Tecnologias;

Passado;

Presente;

Futuro;

Engenheiro mecânico;

Meio ambiente;

Planeta;


1 “Engenharia Mecânica nos Transportes – Mobilidade Coletiva”


1)Introdução:

A engenharia mecânica encontra-se por todo o lado, nos nossos carros, nas nossas

casas, nas escolas e até mesmo nos objetos mais simples que nos rodeiam tais como

brinquedos.

Uma das áreas em que a engenharia mecânica intervém de forma mais intensa é na

área dos transportes. A verdade é que se cada vez os transportes se tornam mais

eficazes, mais seguros, mais deslumbrantes, grande parte desse desenvolvimento

deve-se ao trabalho árduo de milhares de equipas de engenheiros que trabalham, por

vezes, noite e dia para desenvolver transportes que sejam mais amigos da humanidade

e do planeta e que, acima de tudo, sejam mais seguros.

Uma das maravilhas da engenharia mecânica é o comboio. Este é um transporte cheio

de vantagens, não só para a humanidade, mas também para a saúde da natureza e do

planeta e nenhuma dessas vantagens teria sido adquirida sem o trabalho de grandes

engenheiros mecânicos que, no início, começaram por desenvolver motores que

funcionavam a carvão e a vapor e que permitiram depois a criação de novos motores

que recorriam a fontes de energia menos poluentes e que eram mais eficazes, uma vez

que a cada dia que passa surgem comboios mais rápidos. Para além disso, os

engenheiros mecânicos, em colaboração com outros engenheiros, têm trabalhado em

novas tecnologias que têm causado grandes mudanças no transporte ferroviário e que

têm tornado este meio de transporte mais futurista, tornando o comboio numa

máquina fascinante e cuja utilização só traz vantagens para toda a humanidade e para

o planeta. A razão pela qual tal acontece deve-se ao facto de que este assume uma

extrema importância nas nossas vidas e na sociedade em geral, pois é um transporte

público, e também de mercadorias. Sendo um meio de transporte público, o comboio

dá a qualquer um a possibilidade de viajar, mas para além disso é muito pouco

poluente, provavelmente até o menos poluente de todos os meios de transporte, uma

vez que, hoje em dia, a energia usada nos comboios é, maioritariamente, a energia

elétrica.

A maior parte das pessoas tem a noção de que os transportes públicos são menos

poluentes do que os automóveis em geral, contudo não tem a noção do quão grande é

essa diferença. Se se optar pelos transportes públicos consegue-se reduzir

drasticamente as emissões de gases de efeito de estufa. Sendo que essa redução pode

ir de 60%, caso se opte pelo autocarro, até cerca de 85% caso o Comboio seja a

escolha. (Saldo Positivo - Caixa Geral de Depósitos s.d.)

Reforçando a ideia, tomamos como exemplo o artigo “Ponte aérea Lisboa – Porto:

Avião polui 5 a 9 vezes mais por passageiro que comboio ou autocarro” do site “ZERO -

Associação Sistema Terrestre Sustentável “. Lendo o artigo pode-se chegar à conclusão

de que o comboio é a melhor solução, isto porque, pelos dados fornecidos na página,




tirando o carro elétrico, o comboio e o autocarro são os transportes que menos

quilogramas de CO2 emitem por pessoa (no caso de irem ambos com as ocupações

máximas), sendo que o Comboio Intercidades ainda emite menos que o autocarro. Tal

como foi dito anteriormente, o comboio não tem uma taxa de emissão de CO2 inferior

à do carro elétrico, contudo proporciona deslocações mais rápidas e mais confortáveis.

Daí ter-se dito que o comboio era efetivamente a melhor opção. (ZERO - ASSOCIAÇÃO

SISTEMA TERRESTRE SUSTENTÁVEL s.d.)

Deste modo, permitindo uma redução da emissão de gases de efeito de estufa, a

utilização do comboio contribui para uma redução da degradação da camada de ozono

e, portanto, indiretamente para a redução do aquecimento global e de todos os

problemas resultantes dele.

Como já referido, o comboio é também utilizado no transporte de mercadorias.

Transporta muitos materiais importantíssimos, sem os quais não conseguiríamos viver

ou sem os quais seria extremamente difícil, por exemplo, cereais, combustíveis,

madeira, automóveis, etc. Permitindo em meio terrestre o transporte de grandes

quantidades destes produtos de uma só vez, produtos esses que serão usados

diretamente por nós ou que serão utilizados na produção de futuros produtos

(Wikipédia s.d.).

Por todas as razões acima referidas podemos constatar a grande importância que o

comboio tem na nossa vida não só em termos de saúde pública como também em

termos de saúde do planeta, e em termos económicos.




2)Pesquisa Bibliográfica:

2.1) História do Transporte Ferroviário:

Hoje em dia existem vários tipos de transportes coletivos sendo que estes tomaram

conta de todos os elementos desde a terra, passando pela água até chegarem ao ar.

Um dos transportes coletivos mais importantes no nosso dia-a-dia é sem dúvida o

comboio e por essa razão ao longo deste trabalho iremos abordar um pouco o tema da

indústria ferroviária.

O transporte ferroviário começou a surgir por volta do ano de 1800 e desde essa altura

que tudo mudou de maneira drástica uma vez que o seu surgimento veio trazer um

leque de novas oportunidades. Tudo isto se deve ao facto de que viagens que

anteriormente duravam dias ou até mesmo semanas passaram a durar apenas

algumas horas o que facilitou a comunicação entre pessoas de diferentes zonas do

planeta e impulsionou de forma extraordinária a indústria mundial (Train History s.d.).

Os comboios têm a sua origem nas carruagens inventadas pelos gregos que eram

puxadas por animais e que apesar de serem lentas eram alternativas usadas para

evitar fazer grandes viagens em cima de cavalos. Acontece que estas carruagens foram

usadas durante cerca de seiscentos anos até que, como já foi anteriormente referido,

por volta do ano de 1800 o comboio começou a tomar forma. Este surgiu em Inglaterra

sendo que inicialmente era, como é do conhecimento geral, movido a carvão e água.

Por esta altura, como o transporte ferroviário ainda estava em desenvolvimento, as

linhas ferroviárias existentes ainda eram poucas e, por isso, as viagens ainda poderiam

demorar vários dias (Muth 2014).

Ora, o motor a vapor surgiu de um modo bastante interessante. A primeira patente

relativa a um motor a vapor surgiu por volta do ano de 1698 sendo que este foi

patenteado por Thomas Savery (Fig.1), engenheiro militar que nutria uma enorme

paixão pela mecânica, e tinha como principal objetivo elevar a água existente no fundo

das minas. Apesar de tudo, este pré-motor a vapor possuía várias desvantagens sendo

que a principal se devia ao facto de este não possuir partes móveis o que levava muitas

vezes à sua explosão. É aqui que surgem então Thomas Newcomen e o seu parceiro de

investigação John Calley que no ano de 1712 patentearam um novo motor que vinha

equipado com uma nova tecnologia, um pistão denominado pistão de Newcomen.

Apesar de o desenvolvimento desta nova tecnologia ter sido bastante importante o

motor em causa tinha também um grave problema que se devia ao facto de necessitar

de grandes quantidades de vapor. A razão pela qual tal acontecia só foi descoberta por

volta do ano de 1763 por James Watt. Foi então que em 1769, com a ajuda de

Roebuck, James Watt conseguiu finalmente patentear um motor a vapor totalmente

funcional(Fig.2) o que viria a despoletar a revolução do motor a vapor (Lira 2013). Um

facto que comprova que este acontecimento despoletou a revolução referida é o facto

de que nem passado meio século desde James Watt ter patenteado o seu motor, já




Figura 1 - Motor a vapor de James Watt (Thurston 1878)

Figura 2 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)Figura 3 - Motor a vapor de James Watt (Thurston 1878)

Figura 4 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)

Figura 5 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial.Figura 6 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)Figura 7 - Motor a vapor de James Watt (Thurston 1878)


Figura 10 - Motor a vapor de Thomas Savery (Thurston 1878)Figura 11 - Motor a vapor de James Watt (Thurston 1878)



Figura 20 - Motor a vapor de Thomas Savery (Thurston 1878)

circulavam por todas a Europa, mas principalmente em Inglaterra, milhares de

comboios com motores similares ao que este patenteou (Davis e Collins, The Steam

Locomotive 2013).

Apesar de James Watt ter sido um dos principais envolvidos na revolução dos

transportes ferroviários o seu motor podia ainda ser trabalhado de modo a que com

um motor que funcionasse praticamente da mesma maneira as primeiras locomotivas

pudessem viajar de uma maneira mais rápida, visto que com este motor as primeiras

locomotivas de passageiros não atingiam velocidades superiores a 15 milhas por hora,

ou seja, aproximadamente 24.14 quilómetros por hora. Ora, foi então que no ano de

1830, um engenheiro de seu nome George Stephenson, depois de muitos anos de

trabalho exercidos em colaboração com o seu pai, conseguiu desenvolver uma

locomotiva revolucionária, de seu nome Rocket(Fig.3), que tinha como seu principal

componente um motor a vapor capaz de fazer com que esta locomotiva atingisse as 36

milhas por hora, ou seja, aproximadamente 58 quilómetros por hora. (Davis e Collins

2013).





Figura 22 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial.Figura 23 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)

Figura 24 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial.

Figura 25 - Comboio atual (JPN)Figura 26 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial.Figura 27 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)





Figura 35 - Comboio atual (JPN)Figura 36 - O comboio a vapor, um dos causadores da segunda revolução industrial.Figura 37 - Rocket, a locomotiva desenvolvida por George Stephenson (BBC)



Como já foi referido

anteriormente o aparecimento do comboio foi de extrema importância a nível

mundial. A razão pela qual tal aconteceu deve-se ao facto de que, depois do

aparecimento do comboio, as linhas ferroviárias começaram a multiplicar-se ao longo

de toda a Europa. Ora, este facto permitiu que a economia europeia e mundial

sofresse grandes mudanças, uma vez que as pessoas, graças aos comboios, puderam

deslocar-se para novas cidades para procurarem trabalho, e assim escaparem do

trabalho agrícola, e tornou-se mais fácil transportar matérias primas para outras zonas

do planeta, o que foi ótimo para os negócios existentes na época.

Através de tudo isto não é difícil de perceber que ao surgimento do comboio foi um

dos principais gatilhos para a segunda revolução industrial(Fig.4), que teve o seu início

por volta do ano de 1850 (Davis e Collins, The Steam Locomotive 2013).

Apesar de todas a vantagens que o comboio trouxe para a comunidade, este trouxe

consigo algumas desvantagens. Uma dessas desvantagens foi a poluição. Ora, os

comboios a vapor usavam como combustível o carvão e, como é do conhecimento

geral, a combustão do carvão leva à produção intensa de fumo, fumo esse que levou a

que o ar, a água, e a terra começassem a ficar bastante poluídos. Outra das

desvantagens que surgiu com o desenvolvimento do comboio foi o aumento do

trabalho infantil. Este aumento pode ser facilmente explicado pelo facto de as pessoas

adultas começarem a ir trabalhar para zonas mais distantes de sua casa, sobrando

apenas, nessas regiões, as crianças para trabalharem nos campos e nas fábricas, o que

impossibilitava que as mesmas tivessem tempo para frequentar a escola e até mesmo

para se divertirem, ou seja, para serem crianças (Davis e Collins, The Steam

Locomotive 2013).

Devido a todas a desvantagens acima enunciadas, principalmente devido à poluição

causada pelos comboios movidos a vapor, os comboios foram sofrendo algumas




Figura 41 - Comboio atual (JPN)

modificações ao longo dos anos até que por volta de 1930, estes começaram a deixar

de usar o carvão como principal fonte de energia para passarem a usar motores a

diesel e, até mesmo, motores que funcionavam a energia elétrica(Fig.5), tornando-se,

deste modo, substancialmente mais rápidos e mais amigos do ambiente (Train History

s.d.).

2.2) Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e

pequena visão sobre o futuro”:

Ao longo dos tempos, a tecnologia envolvida no desenvolvimento do comboio evoluiu, sendo que é graças a essa evolução que o comboio tal como o conhecemos hoje existe. Mas a procura de novas tecnologias e desenvolvimento das mesmas não parou, sendo que cada geração de comboios será ainda mais eficiente, rápida, económica e mais confortável graças a essas mesmas tecnologias.

A principal tecnologia por trás de qualquer comboio é o motor. Mas nem sempre este foi tal como o conhecemos, sendo que inicialmente o motor era a vapor. Sendo um dispositivo que transforma energia em movimento, esta é a peça mais importante de qualquer meio de transporte. “Durante a revolução industrial e com a invenção da máquina a vapor, os princípios por trás desta foram usados para construir os primeiros motores, os motores a vapor (também conhecidos por motores a carvão). Nestes, a água era aquecida até entrar em ebulição, sendo que esse vapor em ebulição era retido numa caldeira até adquirir uma pressão superior à atmosférica, passando para uma câmara de distribuição na cabeça dos motores para ser injetado nos cilindros gerando assim uma reação suficiente para mover a árvore de manivelas e produzir movimentos.” (Motor 2016).

A teoria por trás do motor a dois tempos foi estabelecida por Nicolas Diogo Léonard Sadi Carnot em 1824 embora a patente do primeiro motor terá sido reclamada por Samuel Morey nos Estados Unidos da América em 1826.) (Motor 2016).




Este modelo de motor assenta modelos termodinâmicos ideais, como ciclo de Otto ou ciclo Diesel, que dizem respeito às fases de funcionamento do motor. Os motores baseados no ciclo de Otto são chamadas motores de ignição por faísca, sendo necessária uma faísca inicial provocada de origem elétrica para que a combustão do combustível se inicie, enquanto os motores inspirados no ciclo de Diesel são motores de ignição por compressão, ou seja, a combustão deve-se a um aumento de pressão que faz com que o combustível se auto-ignite (Motor 2016).

Este último tipo de motor levou à criação de outro motor que ainda hoje vemos numa grande parte dos carros e outros meios de transporte, o motor a diesel a quatro tempos. “No motor Diesel, o gasóleo é introduzido finamente pulverizado no interior da câmara de combustão, onde encontra ar quente previamente comprimido pelo êmbolo, o qual se desloca no interior de um cilindro. A combustão do gasóleo, produzindo calor, e a subsequente expansão dos gases da combustão, cria pressão que promove a deslocação do êmbolo. O movimento linear do êmbolo é transformado em movimento de rotação de um veio (cambota), através de uma biela que liga aqueles órgãos. O acima descrito, que se passa durante o trajeto descendente do êmbolo, constitui o tempo de expansão. Neste tempo ocorre a combustão e consequente expansão dos gases e é o único dos 4 tempos do funcionamento do motor em que é produzida potência. Para assegurar o tempo de expansão, o motor tem de cumprir dois tempos prévios e um outro posterior, sendo a totalidade dos 4 tempos” (Oliveira Peça 2012)

Posteriormente, o desenvolvimento da eletricidade e descoberta de formas eficientes de transportá-la torna possível o desenvolvimento do motor elétrico e de sistemas de tração elétricos. Isto deve-se em grande parte à descoberta da indução magnética, o que permitiu perceber a relação entre os ímanes e a corrente elétrica, o que representou um avanço fundamental na ciência que permite a transformação de energia elétrica em mecânica. Estes princípios ainda são os utilizados nos comboios e outros transportes ferroviários dos dias de hoje. Isto deve-se às vantagens apresentadas por este tipo de motores, tais como uma 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, visto que a energia necessária para as viagens é fornecida através de fios elétricos existentes ao longo de toda a extensão do percurso a fazer pelo comboio.

Como foi referido no parágrafo anterior, este motor assenta nos princípios fundamentais do eletromagnetismo, que explicam a interação entre a eletricidade e os ímanes, tais como a força eletromotriz induzida, que é definida como “a propriedade que qualquer dispositivo, especialmente geradores, têm de produzir corrente elétrica em um circuito.” (Santiago 2012). Quanto ao funcionamento, estes motores encontram-se subdivididos em dois tipos de motores, cujas principais diferenças são a nível estrutural, o motor trifásico e o motor monofásico.

O motor levou ao desenvolvimento da locomotiva, pois com a existência de uma forma de transformar energia em movimento tornou-se necessária a criação de de um




Figura 42 - Locomotiva de Richard Trevithick

veículo que albergasse o motor, que no caso do comboio é a locomotiva. Assim, a locomotiva surge como casa do motor, lugar para armazenamento do carvão, fonte de energia do motor, e parte responsável pela transmissão da energia motora gerada pelo motor às rodas. “A primeira locomotiva a vapor usando trilhos foi construída pelo engenheiro inglês Richard Trevithick e fez o seu primeiro percurso em 21 de fevereiro de 1804. A locomotiva (Fig.6) conseguiu puxar cinco vagões com dez toneladas de carga e setenta passageiros à velocidade vertiginosa de 8 km por hora usando para o efeito linhas férreas fabricadas em ferro-fundido (Locomotiva a vapor 2016).

Entretanto, com o passar do tempo e com a invenção do motor a diesel, a locomotiva teve que se adaptar a esta mudança, diferindo das que lhe antecederam “na forma como a energia é transmitida do motor às rodas. A forma mais simples é a transmissão por caixa de velocidades, como a usada nos automóveis. Locomotivas que usam este sistema chamam-se diesel-mecânicas.

Locomotivas diesel-mecânicas estão entre as mais antigas tentativas de utilização do motor a combustão interna no transporte férreo. Muitos velhos fabricantes de máquinas a vapor arriscaram-se, quase sempre sem êxito nesta modalidade de tração. Diesel-mecânicas apresentam problemas na transmissão no momento da troca da relação de velocidades (marcha) da caixa, que não suporta o elevadíssimo atrito entre os dentes das engrenagens e se partem ou, na melhor, desgastam-se muito rapidamente, além de desintegração das cintas de bloqueio que efetuam as trocas. Durante todo o período da dieselização americana, vários fabricantes de diversas partes trabalharam tipos diferentes de transmissão visando anular ou pelo menos minimizar os problemas de desgaste, quase sempre em vão.” (Locomotiva a vapor 2016).

Mas o motor não é a única tecnologia disponível no comboio, sendo que são também

necessárias múltiplas outras tecnologias para assegurarem a segurança de todos os

que utilizam o comboio. Estas tecnologias funcionam quer de forma ativa quer de

forma passiva, ou seja, evitando acidentes e reduzindo os danos humanos que estes

acarretam. Assim, algumas destas tecnologias são, por exemplo, os indicadores de




defeitos nos carris, ou seja, pequenos carros que circulam sobre os carris verificando o

estado dos mesmos, evitando assim descarrilamentos. Alguns destes detetores mais

novos usam a visão da máquina e imagens digitalizadas para realizar inspeções de alta

precisão. Tal como estes sistemas que inspecionam o estado dos carris, também já há

sistemas que monitorizam em tempo real, através de ultrassons, o estado das rodas do

comboio. Mas nem todas as tecnologias são físicas (hardware), sendo que algumas são

software que também ajuda a prever e evitar possíveis acidentes, tal como o Rail

Corridor Risk Management System (RCRMS), um programa criado por varias agencias

federais dos EUA juntas para ajudar ao transporte seguro de cargas de alto risco, tais

como explosivos, para isso recorrendo a um mínimo de 27 fatores de risco para chegar

à solução mais segura para o transporte deste tipo de materiais (High-Tech Advances

Improve Railroad Safety & Efficiency 2016).

O futuro do comboio assenta no fenómeno da levitação magnética. Ou seja, um

comboio que não toca no chão, sendo propulsionado por forças atrativas e repulsivas,

através do uso de supercondutores (Maglev 2016). As rodas e os carris são, portanto,

substituídos por este sistema eletromagnético capaz de suportar o peso do comboio

sem qualquer contacto físico. Cria-se, assim, um comboio flutuante. Esta característica

leva a que estes comboios atinjam altas velocidades, devido ao único atrito existente

ser entre o veículo e o ar, pondo-os assim na vanguarda da tecnologia e da mobilidade

coletiva. Outra grande vantagem é o pouco ruído e o baixo consumo energético, sendo

a principal desvantagem o alto custo (M., Gonçalo. s.d).

No Japão desenvolve-se o principal projeto nesta área, o comboio Maglev.

Os três principais métodos de levitação magnética usados nestes comboios são a

levitação eletrodinâmica (por repulsão), a levitação eletromagnética (por atracão) e a

levitação supercondutora (por indução).

Levitação eletrodinâmica (por repulsão)

Este tipo de levitação necessita do uso de bobinas com capacidades supercondutoras

(bobinas com resistência elétrica muito baixa), que geram um campo magnético. Este

campo induz, por sua vez, uma corrente elétrica nas bobinas, que, pelas leis de

Faraday e Lenz, gera um outro campo magnético, contrário ao que lhe foi aplicado.

Assim, é possível a levitação do comboio através da interação entre os dois campos

magnéticos, que geram uma força repulsiva capaz criar esta levitação.

No MagLev, as bobinas estão localizadas na lateral dos trilhos e têm forma de “8”.

(Braga, et al. 2014); (Cascavel 2009)




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.

Levitação eletromagnética (por atração):

“A levitação magnética resulta da interação entre um eletroíman e um corpo

ferromagnético, que origina a suspensão do corpo.” (Braga, et al. 2014).

Estando as duas forças (peso e força magnética) em equilíbrio, o comboio levita a

cerca de 10mm dos trilhos. No entanto, este equilíbrio é muito instável, pelo que é

necessário um circuito que estabeleça uma realimentação (Carcavel 2009).

O comboio funciona pela existência de eletroímanes posicionados lateralmente e na

parte inferior. Os posicionados lateralmente são responsáveis pela orientação lateral

do veículo, enquanto que os que se encontram na parte inferior permitem a levitação

do comboio, devido à força de repulsão que exercem sobre as barras ferromagnéticas

(Braga, et al. 2014).

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.

(Braga, et al. 2014).

Levitação supercondutora (por indução):




Embora ainda não exista um modelo real de um comboio assim, estão a ser

desenvolvidos projetos, tal como o comboio Indutrack.

Este tipo de levitação necessita apenas de ímanes pouco mais potentes do que ímanes

comuns e não necessita de sistemas de refrigeração. (Braga, et al. 2014)

Em cada vagão existe uma cadeia de barras de ímanes chamadas cadeias de Halbach.

As barras têm orientações específicas, de forma a que se crie um forte campo

magnético. Nos trilhos existem bobinas isoladas, cuja indução magnética produz a

força de levitação, a partir da corrente elétrica induzida gerada nas bobinas que, por

sua vez, geram um campo elétrico contrário ao que lhe foi induzido, exercendo força

de repulsão. (Braga, et al. 2014) (M. s.d.)

Este comboio apenas começa a levitar a partir de uma certa velocidade. A estabilidade

vertical é conseguida devido à relação entre a força de levitação e a distância entre o

trilho e o veículo: à medida que esta distância diminui, a força de levitação aumenta.

Quanto à estabilidade lateral, esta obtém-se a partir de uma pequena cadeia de

Halbach colocada lateralmente ao trilho. (M. s.d.)

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.

(M. s.d.); (Braga, et al. 2014)




Figura 43 - Transporte de mercadorias

Figura 44 - Descarrilamento

2.3) A Engenharia Mecânica e o Transporte Ferroviário:

No desenvolvimento da conceção, construção e manutenção do “ambiente ferroviário”, a engenharia mecânica encontra-se ativamente presente, uma vez que se envolve em praticamente todas “as facetas do ciclo de vida de ativos ferroviários”. Com isto refere-se então a diversas situações, desde o transporte de mercadorias (Figura 6) e passageiros a serviços de mecânica propriamente ditos (ar condicionado, ventilação, controlo da poluição, sistemas de segurança, escadas rolantes…).

Para além do referido, os engenheiros mecânicos encontram-se também presentes no que toca à gestão e estabelecimento de normas para a inclusão de certos materiais essenciais para o desenvolvimento e aproveitamento deste tipo de transporte. Para tal são necessários vários procedimentos, como a pesquisa e aconselhamento acerca do material pretendido; desenvolver toda a documentação necessária; projetos mecânicos que podem incluir novo material circulante e/ou a atualização deste, sendo preciso investigação de algumas questões técnicas (particularmente o facto da resistência ao choque e descarrilamento (Figura 7); os sistemas que tenham a ver com o progresso deste transporte e a sua manutenção) (Rail Career Pathways 2013).




Ora, em resumo: No que toca à indústria ferroviária, o engenheiro mecânico desempenha várias funcionalidades: desenvolve projetos, constrói, gere, mantém todos os componentes necessários para o sistema ferroviário (como por exemplo, os sistemas de energia elétrica e os sistemas de controlo do comboio).

Jerry England, diretor de gestão do grupo ativo na rede ferroviária revela: “engenheiros mecânicos podem estar envolvidos em sistemas de carris, material circulante e outra engenharia de veículos ferroviários, bem como com outros sistemas mecânicos como linhas elétricas aéreas – que apesar de transmissão de potência em 25kV são em grande parte um projeto de engenharia mecânica.” (Engineering s.d.)

O atual desafio de hoje em dia destes engenheiros passa por três vertentes:

Manter e melhorar a ferrovia dos nossos dias atendendo a diversas necessidades (nomeadamente, os negócios), aumentando o desempenho de forma a que o preço seja reduzido.

Projetar ferrovias para o futuro, e para isso é preciso perceber como mudar os sistemas que se encontram instalados atualmente.

Aproveitar e “agarrar” a tecnologia que nos permite construir um caminho viável para as necessidades de transporte do país.

Atualmente encontra-se em vigor uma espécie de iniciativa que consiste em mudar a forma de como é realizada a manutenção das ferrovias. “Trata-se de conceber um meio de examinação utilizando novas tecnologias e criar modelos no impacto da idade, desgaste e clima, para trabalhar/resolver fora dos regimes de trabalho ideal, incluindo quando renovar.” (Engineering s.d.)




3)Conclusão:

Depois de toda a pesquisa exercida ao longo da realização do relatório, foi-nos possível chegar a várias conclusões, sendo que algumas das quais já eram esperadas.

Ora, uma das conclusões a que foi possível chegarmos é que o comboio não foge à regra, e tal como todos os outros transportes tem uma história fascinante, tendo passado por vários processos de evolução que o levaram a ser o que é hoje, um transporte fiável, rápido, seguro e amigo do ambiente, que permite não só o transporte de seres humanos, mas de todo o tipo de seres vivos e de mercadorias, sendo por isso um transporte de mobilidade coletiva imprescindível para a humanidade.

Para além desta, outra das conclusões a que chegamos é que sem o trabalho de milhares de equipas de engenheiros, incluindo engenheiros mecânicos, várias das tecnologias que hoje são da maior importância para o transporte ferroviário nunca teriam sido desenvolvidas e, provavelmente, o comboio nunca teria existido, o que demonstra a importância dos engenheiros no desenvolvimento dos transportes coletivos e não só.

Por fim, gostaríamos de referir ainda uma última conclusão a que chegamos. Ora, essa conclusão é sobre o futuro do comboio. Ao longo da pesquisa exercida no âmbito da realização deste relatório foi-nos possível apercebermo-nos que apesar de toda a história fascinante que está envolvida no desenvolvimento do comboio, este tem ainda muitas mais potencialidades, sendo que milhares de engenheiros trabalham diariamente no desenvolvimento de novas tecnologias que irão tornar o transporte ferroviário ainda mais importante, na medida em que este se tornará cada vez mais rápido, seguro, e amigo do planeta, pois graças ao uso das energias renováveis este provocará menos efeitos prejudiciais para a saúde do ambiente.




4)Bibliografia: Davis, Evan, e Jackson Collins. The Steam Locomotive. 2013.

http://railroadandsteamengine.weebly.com/impact.html (acedido em 5 de 10 de

2016).

—. The Steam Locomotive. 2013. http://railroadandsteamengine.weebly.com/steam-

locomotive1.html (acedido em 4 de 10 de 2016).

Engineering. s.d. https://targetjobs.co.uk/career-sectors/engineering/advice/294514-what-

jobs-can-you-do-with-a-mechanical-engineering-degree (acedido em 9 de 10 de 2016).

Engineering. s.d. https://targetjobs.co.uk/career-sectors/engineering/advice/282471-rail-

engineering-industry-sector-overview (acedido em 9 de 10 de 2016).

“High-Tech Advances Improve Railroad Safety & Efficiency.” 5 de 2016.

(https://www.aar.org/BackgroundPapers/High%20Tech%20Advances%20Improve%20

Railroad%20Safety.pdf) (acedido em 11 de 10 de 2016).

Lira, Carl T. Biography of James Watt. 21 de 5 de 2013.

http://www.egr.msu.edu/~lira/supp/steam/wattbio.html#dates (acedido em 3 de 10

de 2016).

Locomotiva a vapor. 10 de 10 de 2016. https://pt.wikipedia.org/wiki/Locomotiva_a_vapor

(acedido em 11 de 10 de 2016).

Motor. 24 de 9 de 2016. https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor (acedido em 12 de 10 de 2016).

Muth, Reannon. The History of Rail Travel. 2014. http://www.tripbase.com/blog/the-history-

of-rail-travel/ (acedido em 3 de 10 de 2016).

Oliveira Peça, José. Motor Diesel. 2012.

https://dspace.uevora.pt/rdpc/bitstream/10174/8133/1/MOTOR_DIESEL.pdf (acedido

em 11 de 10 de 2016).

Rail Career Pathways. Mechanical Engineer. Julho de 2013.

http://www.railcareerpathways.net.au/career/mechanical_engineer (acedido em 9 de

10 de 2016).

Santiago, Emerson. Força Eletromotriz. 12 de 5 de 2012.

http://www.infoescola.com/fisica/forca-eletromotriz/ (acedido em 11 de 10 de 2016).

Train History . s.d. http://www.trainhistory.net/ (acedido em 3 de 10 de 2016).

Train History. s.d. http://www.trainhistory.net/railway-history/history-of-steam-locomotive/

(acedido em 5 de 10 de 2016).

a engenharia mecânica e os transportes coletivos.projfeup/submit_16_17/uploads/relat_1m08_2.pdf ·...

Documents