capítulo 2 - railroad

O Sistema de Rota Como as Redes de Ferrovias Evoluram

7

1.

.

o incio do sculo XIX, a grande questo era se a ideia das ferrovias iria ou no funcionar.

Trilhos de ferro fundido s vezes quebravam sob o primeiro impacto do peso da nova

locomotiva a vapor. Caldeiras explodiram, e custos enormes foram previstos para os tneis

acreditando-se que os trens poderiam subir apenas os greides mais gentis. No entanto, dentro de poucos

anos, trilhos resistentes de ferro forjado se tornaram disponveis. O crosstie de madeira no s provou

ser mais barato do que os enormes blocos de pedra originalmente planejados como "permanentes"

suportes para os trilhos, mas fez um trabalho muito melhor de manter os trilhos a certa distncia. A

experincia mostrou que as cargas teis poderiam ser rebocadas sobre cadeias de montanhas com

greides de mais de 100 ps de ascenso por milha de trilho. O "caminho-piloto" guiava a locomotiva

em torno de curvas acentuadas, e projetos viveis foram desenvolvidos para os diversos dispositivos

auxiliares. Chaves de desvios, faris e apitos foram projetados para tornar a ferrovia um

empreendimento comercial completo.

Tornou-se claro que uma ferrovia poderia ser construda para ir a qualquer lugar. Com essa ampla

escolha, a verdadeira questo tornou-se uma das economias; ferrovias deveriam ser construdas no local

onde houvesse, ou razoavelmente poderia ser esperado a ter, demanda suficiente para transporte para

apoiar a linha e pagar o custo de construo.

A Rede de Trilhos Norte-Americana

Na prtica, desenvolver um sistema lgico de linha ferroviria no foi simples. Transporte til uma

questo de mover algo a partir de onde produzido, para onde ele necessrio. Populao afeta ambas

as extremidades da viagem.

As primeiras ferrovias tinham objetivos estritamente limitados; elas se dirigiram para o interior de

cidades porturias estabelecidas para as fontes de matrias-primas e produtos agrcolas. A menos que

houvesse a fora da gua ou um bom porto para determinar a sua localizao, uma pequena aldeia tinha

pouca chance de crescer. As ferrovias de Baltimore e Ohio mudaram este conceito. Elas propuseram

ligar o oceano com a hidrovia natural do rio Ohio e equilibrar o nvel de gua do Canal Erie de Nova

York. O B & O demonstrou que os bens poderiam agora ser levados atravs das montanhas a um preo

competitivo. E durante todo o ano tambm!

A rede de ferrovias ento passou a crescer por si s. Uma vez que a linha estava em operao,

a populao crescia mais rapidamente ao longo dela do que em qualquer outro lugar. Chicago tornou-se

N

O Sistema de Rota

Como as Redes de Ferrovias

Evoluram

2

Captulo 2

8

a metrpole do Centro-Oeste, porque era um importante ponto de unio ferrovirio. Uma nova gerao

de cidades como Atlanta apareceu, comunidades cuja localizao fazia parte apenas pelo fato de que as

linhas de estrada de ferro cruzavam ou terminavam naquele ponto particular. Outras cidades igualmente

bem localizadas geograficamente foram ignoradas ou, talvez, tiveram que mover algumas milhas, se a

linha principal de itinerrios ferrovirios passasse por elas por algum motivo ou outro.

Com base em razes puramente tcnicas, locar uma linha ferroviria para que ela possa prover

transporte til a um custo mnimo um negcio complicado, como veremos. Isso no o fim de tudo,

no entanto. A tecnologia da poca era uma grande influncia; em regies produtoras de cereais, que

estavam iniciando, no final do sculo XIX, linhas secundrias foram espaadas de modo que todas as

fazendas estivessem dentro da escala cavalo-e-vago de um dia da mais prxima estrada de ferro.

Competitivo, poltico e at mesmo fatores emocionais como orgulho cvico, puro otimismo e,

especialmente, a ganncia tem muitas vezes completamente dominado consideraes da engenharia.

Linhas paralelas foram construdas que nem mesmo eram necessrias. Em outros casos, o crescimento

previsto da rea servida nunca se concretizou ou a riqueza mineral provou ser mais limitada do que o

esperado. Por outro lado, algumas linhas que eram assuntos instveis no incio serviram para manter

reas pouco promissoras no negcio at que novos desenvolvimentos ou descobertas as fizessem

florescer em comunidades estveis, prsperas.

Com todos esses fatores e incertezas histricas, alm dos efeitos da regulamentao governamental, o

sistema ferrovirio do continente norte-americano evoluiu e permanece como uma rede em grande parte

interligada que pode transportar bens em quantidade a partir de qualquer lugar para qualquer lugar

atravs de uma rota razoavelmente direta ou rotas.

Fig. 2-1 resume a quilometragem de meados de 1990 da linha de gauge padro e faixa nos Estados

Unidos, Canad e Mxico sobre cada carga que transportada, juntamente com uma caracterizao por

propriedade das organizaes que operam segmentos desta rede. Devido ao gauge padro comum (4 ft

8; 1, in.), numerosos atravs das fronteiras, ligaes e acordos estabelecidos em matrias tais como

design de equipamento e padres de manuteno, aluguel e administrao aduaneira, as estradas de ferro

dos trs pases so capazes de funcionar como um sistema nico. Ratificao do Tratado Norte-

Americano de Livre Comrcio (NAFTA) em 1994 pode ser esperada para resultar em mais comrcios

internacionais extensivos; novas privatizaes tambm esto levando ao aumento de propriedades

ferrovirias transfronteiras.

Classificao das Companias Operadoras de Ferrovias nos EUA

Para fins de regulamentao, a Comisso Interestadual de Comrcio (desde 1 de Janeiro, 1996,

substituda pela Surface Transportation Board) classificou as companhias ferrovirias apenas com base

na receita bruta, com o limite para o status de Classe I cresceu em etapas a partir de 1000 mil dlares

antes de 1956 para US $ 50 milhes em 1978; este valor foi ajustado ainda anualmente com base na

inflao e outros fatores. Em 1994, a classificao TPI foi como se segue:


9

O Standard-Gauge Norte-Americano da Rede de Trilhos de 1996

Canad Mxico Estados Unidos Total

Milhas de Lines

"First Track" do line-haul, as transportadoras

comuns somente, excluindo de trnsito

rpido, industrial, linhas tursticas. Track

sobre as quais mais de uma empresa opera

contabilizadas apenas uma vez.

30,000 12,550 145,000 187,500

Milhas de Tracks

Incluindo segunda, terceira e quarta faixas,

comutao e terminais empresas, lambris e

faixas jarda operados por companhias

ferrovirias portadoras comuns.

38,000 15,000 238,0000 291,000

Propriedade Milhas de Line

Empresas privadas

Nacional (corporaes governamentais)

Provincial, estadual, municipal

28,000

-------

2,000

12,500

------- -------

142,000

700

2,300

182,500

700

4,300

Nmero de Empresas

Propriedade da Consolidated Rail

Corporation (Conrail)e da Alaska

Railroad foi transferida pelos EUA.

Governo de investidores privados e o

Estado do Alasca, respectivamente, em

1987. O Northern Alberta Railway agora

parte das Canadian National Railways.

16 ______ 500 ______

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996

Captulo 2

10

Classe I: Receitas anuais acima de $255.9 milhes.

Classe II: Receitas anuais entre $20.5 e $255.8 milhes.

Classe III: Receitas anuais menores que $20.5 milhes.

Em 1979, o ICC eliminou todos os requisitos de relatrios financeiros para estradas de ferro em suas

classes II e III. Posteriormente, dados um tanto semelhantes dessas empresas foram recolhidos pela

Associao Americana de Ferrovias (AAR), que, na base do surgimento de uma populao significativa

relativamente grande, mas menor do que as ferrovias de carga de Classe I, utiliza uma classificao

modificada: a sem-classe:

Ferrovia Regional: ferrovias Line-haul com faturamento entre US $ 40 milhes e o limite da Classe I

ou que operam mais do que 350 milhas de linha.

Ferrovias Locais: ferrovias Shortline, incluindo comutao e terminal (no-lirie-haul) ferrovias com

faturamento anual de menos de US $ 40 milhes.

Alguma ideia da natureza das ferrovias nesses grupos pode ser derivada dos nmeros de 1994:

(Includas em ferrovias locais esto 160 non-road-haul de comutao e empresas terminais.)

Com base na receita bruta, as duas principais linhas canadenses, a National Railways of Mexico,

Amtrak (National Railroad Passenger Corp.), e trs ferrovias suburbanas americanas (a maioria das

quais as linhas tm direitos de trackage) so de Classe I.

Mergers e Spin-offs

Embora tenha havido uma tendncia contnua para mesclar grandes companhias ferrovirias em

algumas megasystems, algumas operando mais de 20.000 milhas de trilhos, e ferrovias Classe I

operando 73 por cento da quilometragem da rota nos Estados Unidos em 1994, nos ltimos anos, essas

grandes empresas tm tambm desmembrado cerca de 25.000 milhas de linha secundria, ramos, e light-

traffic trackage.

Estas linhas, geralmente cobrem reas que, por uma razo ou outra, no podem atrair o trfego que

podem ganhar uma taxa de retorno razovel nas condies de funcionamento a que as de Classe I esto

comprometidas e muitos dos que de outra forma estariam sujeitas ao abandono, so agora propriedade,

alugadas, ou operadas por uma variedade de investidor, remetente, ou (em alguns casos, publicamente)

organizaes patrocinadas;

Ferrovia Nmero

Milhas

Operadas

Funcionrios

Fim de ano

Receita

de Frete ($000)

Classe I 12 123,000 189,200 $29,900,00

Regional 32 20,000 10,700 1,700,000

Local 487 26,000 13,100 1,400,000

Total 531 169,000 213,000 $33,000,000


11

alguns dos que por sua vez so o produto de fuses(empresas). Vrias das 32 empresas regionais so de

um tamanho que teria sido Classe I apenas alguns anos antes.

Outros grupos de linhas separadas geograficamente de tamanho shortline tradicional so agora

propriedades ou operados sob contrato por empresas com um bom histrico em transformar um lucro

atravs da revitalizao e gesto de tais propriedades; alguns deles tm expandido o seu alcance para

incluir operaes estrangeiras ou at mesmo em outros continentes.

Assim, enquanto o nmero de companhias ferrovirias que operam nos Estados Unidos muito menor

do que era antes (haviam 1300 em 1910; nos ltimos anos o nmero estabilizou em cerca de 500). A

privatizao de linhas de propriedade do governo do Canad e do Mxico est gerando operaes de

pequeno e mdio porte adicionais.

Densidade de Trfego e Consolidao de Linhas

A quilometragem de linhas de ferrovias nos Estados Unidos atingiu seu pico em 1916. Desde aquela

poca, apesar de as restantes 168 mil milhas agora estarem transportando (em uma base de tonelada-

milha) mais de trs vezes o trfego, cerca de metade dessa quilometragem foi abandonada. Isto

significou a eliminao de muitas linhas paralelas e filiais; muito trackage adicional foi rebaixado de

linha principal linha para secundria. Uma vez que a ferrovia funciona de forma mais eficiente como um

gerador wholesale" de transporte, esta concentrao de trfego tem desempenhado um papel essencial na manuteno de todo o sistema no negcio em face da crescente concorrncia. Em 1994, a milha

mdia de linha nos Estados Unidos transportou aproximadamente 17 milhes de toneladas de arqueao

bruta (embarque, carros e locomotivas) de trfego, gerando 8,5 milhes de receita toneladas-milhas. A

estatstica de arqueao bruta, utilizados como uma boa medida do desgaste na pista, de uma linha

particular, no pode ser uma medida mais precisa da sua importncia relativa pois as taxas de frete

variam muito entre o volume; de alto valor, e as mercadorias sensveis ao tempo que compem seu mix

de trfego, mas continua a ser a figura densidade de trfego mais amplamente disponvel.

As Linhas Atuais

Fig. 2-2 mostra todas as linhas dentro dos contguos Estados Unidos (excluindo grandes reas track-

crowded railroad-hub) que constituem a linha atravs da qual transporte ferrovirio de mercadorias

poderia ser roteado em meados de 1990. Linhas da mesma largura neste mapa representam qualquer

coisa a partir da linha principal mais movimentada para o sleepiest de ramos de trfego leve, cobrindo o

territrio sobre o qual esta malha interconectada de linhas pode mover bens de qualquer fonte produtiva

para onde quer que eles sejam necessrios.

Fig. 2-3 inclui apenas as linhas principais e secundrias que carregam pelo menos, 5 milhes de

toneladas brutas (5 mgt) por ano - aproximadamente, 40 mil carros cheios de receita por ano ou 160

carros por dia til.

As linhas lighter-traffic no mostradas, que constituem mais de um quarto da quilometragem total,

geram menos de um vigsimo das toneladas-milhas. Uma vez que a carrada mdia viaja cerca de 800

milhas, evidente que estas linhas principais e "ncleos" transportando 20 a 40 e mais de 40 mgt,

respectivamente, so as artrias que representam a maior parte das receitas do sistema.

Captulo 2

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Fig. 2-2. Rede de linhas ferrovirias nos Estados Unidos

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13

Fig. 2-3. Densidade do Trfego das Ferrovias

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Captulo 2

14

Este mapa tambm indica o grau em que as principais linhas centrais (core) ainda garantem condies

de concorrncia inter-ferroviria vigorosa atravs de linhas de trfego pesado para uma alta proporo

de trfego de mdio e longo prazo.

Comparao entre linhas nos dois mapas tambm indica quantas reas so servidas diretamente

apenas pelo ramo (1-5 mgt) ou linhas de trfego leve (menos de 1 mgt). Por outro lado, a receita de

carregamentos originada ou terminada nestas linhas, representa uma parcela significativa da renda da

classe I e ferrovias regionais maiores operando sobre suas linhas carregadas mais lucrativas.

Racionalizao de Rota

Comunidades servidas apenas por essas linhas de baixa densidade muitas vezes tm grande

importncia para a vida industrial de uma rea e correspondentemente um elevado grau de visibilidade

pblica e poltica; abandonos de linha, bem como a construo e apropriao de novas linhas, mantem-

se dentro do mbito do sistema de regulamentao federal.

Determinar o efeito operacional, competitivo e financeiro global em uma estrada de ferro de tais

mudanas de linha, especialmente quando separando uma rota ao abandonar um segmento que no

atende diretamente nenhum cliente significa que o trfego restante deve mover-se por um caminho mais

tortuoso, uma questo para o mais elaborado formas de informatizao "anlise de operaes de

investigao", bem alm do escopo deste texto. No entanto, olhando para um aspecto de um segmento

geogrfico selecionado desse quebra-cabea com nmeros reais pode ajudar a apreciar o modo como o

sistema ferrovirio funciona em usar (e conservar) a energia ao mover a maior parte single-mode (39 por

cento em 1994) do trfego de mercadorias dos EUA.

Uma Olhada num Sistema Ferrovirio nico

Como exemplo, vamos usar o "East-West Railroad", um sistema simblico simplificado, tpico de

qualquer linha bastante grande que foi formada pela fuso gradual, locao e compra de dezenas de

estradas de ferro menores ao longo de muitas dcadas. Como ferrovias reais em ambas as partes oriental

e ocidental do continente, tem pelo menos uma grande cadeia de montanhas a superar, e a localizao de

suas linhas muito influenciada pela presena de vales de rios e as irregularidades do litoral. O mapa do

sistema (Fig. 2-4) no foi desenhado em escala, mas a distncia de A a J ao longo da linha principal do

East-West fica a cerca de mil milhas.

Conexes e Competidores

Outras ferrovias na mesma rea que a E-W incluem o Noroeste e Nordeste (NW e NE), que

geralmente bate territrio norte da E- Wand tambm atinge as portas na metrpole de J e na cidade

industrial de O; sua linha principal vai para o porto da cidade de AA, que a EW no alcana.


15

Captulo 2

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A Southwest e AA (SW & AA) estende-se de uma rea interior sul de terminais ocidentais da EW

para AA, cruzando a EW em vrios pontos no processo.

A Ferrovia Southeastern e a Ferrovia Peninsular so linhas mais curtas que servem zonas a sul de F &

J, respectivamente, que so separadas por um brao do oceano.

Vindo do Far West esto as chamadas ferrovias transcontinentais", no verdadeiramente de costa a costa, mas que se estende de dois teros do caminho e se conecta em cidades de passagem, como B e

HH com as estradas orientais. Mesmo neste mapa simplificado, dois pontos so claros:

Existem muitas rotas de quase qualquer ponto para qualquer outro.

Os sistemas ferrovirios maiores so ligaes uns com os outros para o trfego com origem ou destino em seu prprio territrio e concorrentes atravs do trfego.

Do ponto KK na ferrovia STU, por exemplo, o envio para AA poderia ir para o sul na STU para a

conexo SW & AA depois diretamente para AA, envolvendo apenas no intercmbio, ou poderia ser

encaminhado STU para B, E-W para G, SW & AA para o destino, rota mais curta, mas com dois ns de

ligao.

A ligao STU para B, E-W para T, NW & NE para o destino mais longa, mas no leva para cima e

sobe a montanha entre E e F.

Puxando o Mapa Juntos

Para muitos produtos, a principal competio nas ltimas dcadas de outros modos de transporte,

transportadora comum e caminhes sem contrato regulados regulamentados que utilizam o sistema de

rodovias interestaduais, o trfego de embarcaes em vias navegveis abertas e aqueles feitos

navegveis pelo Corpo de Engenheiros do Exrcito, e dutos. A forma mais sutil de concorrncia a

descentralizao. As corporaes que fabricam e distribuem o produto tm a escolha, ao longo de um

perodo de tempo, de arranjar as suas fbricas e centros de distribuio, de modo a reduzir a quantidade

de transporte envolvido em todo o processo. O custo adicional pela produo de bens em usinas de

menores dimenses pode ser mais que compensado pela reduo dos custos de transporte de serem mais

prximas a mais clientes.

Sempre que possvel, portanto, as empresas ferrovirias individuais iro combinar, coordenar, ou

conectar suas trilhas e outras instalaes para manter os custos globais. Vrios exemplos disso, comuns

em todo o pas, so encontrados aqui.

Faixas emparelhadas. Ambas E-W & AA construram suas linhas single-track atravs da nica

passagem prtica atravs da cordilheira. As duas linhas so agora "emparelhados" entre E e F; trens

eastbound de ambas as ferrovias utilizar a faixa de SW & AA, enquanto todos oeste

trens com destino ir atravs da linha de E- W. Assim, cada estrada fica as vantagens de via dupla,

mantendo apenas uma nica linha.


17

Captulo 2

18

Direitos de trackage. De R para Q, NW e NE correm seus comboios ao longo da faixa E-W, usando

suas prprias equipes e fora motriz, atravs do pagamento de um pedgio especificado, muitas vezes

referido como taxa de "wheelage" (taxa sobre veculos com rodas) com base no nmero de carros

envolvidos.

De M para N, o arranjo o inverso. Disposies relativas aos direitos de trackage variam de acordo

com as circunstncias. Normalmente, a linha proprietria no concede direitos a sua linha de inquilino

para receber ou entregar mercadorias para os clientes sob linhas.

Instalaes conjuntas. Entre N e O, ambos os comboios de E-W e NE & NW circulam pelo N-O RR,

uma empresa de propriedade conjunta que responsvel pela operao da linha.

Na regio metropolitana de J e seu porto, ambas as linhas se conectam com o Peninsular RR e alcana

muitas indstrias, terminais e docas atravs da J Terminal RR, que propriedade conjunta das ferrovias

line-haul envolvidas.

Desvio. Todas as vias do territrio tm acordos de desvio padro uns com os outros, de modo que em

caso de emergncia o local do problema pode ser contornado pela melhor rota disponvel.

Terminologia de Interlinhas. Nos Estados Unidos, cerca de 75 % de todos os embarques ferrovirios

envolvem pelo menos duas ferrovias diferentes, por isso intercmbio de vages de carga e

estabelecimento de taxas de interlinhas parte integrante do negcio. Parte da terminologia est

ilustrada na Fig. 2-5, e os efeitos colaterais vo aparecer em futuras discusses de trilhos e trens.

Transportes. Em um acordo que se tornou mais comum desde a dcada de 1980, a E-W paga a NW

& NE para mover sua carga que consiste transportar trfego na rota da via B para ou a partir dos pontos

E-W nas imediaes do V. Estes trens operam com as esquipes da NW & NE. Neste arranjo de

"transporte" no h intercmbio entre as ferrovias e nem h diviso de taxa de transporte da EW. O

transporte atraente para a E-W neste caso, porque pode oferecer um melhor servio e incorre menos

despesas gerais do que seria em mover esse tipo de trfego ao longo do seu prprio caminho mais

tortuoso via C, D e U.

Qual o melhor caminho?

Qual a melhor rota para o transporte de carvo entre D e H (pelo caminho das minas na rea W para a

grande estao de fora em L)? Suponha que o percurso que leva a energia mnima total para fazer o

trabalho o melhor. (Esta no , de forma alguma, a histria toda, mas a energia a maior influncia

quando se transporta carga).

As rotas alternativas. Fig. 2-6 mostra as rotas disponveis. A rota direta D-E-F-G-H atravs da linha

principal do E-W a mais curta, mas leva voc 4.000 ps acima e volta para baixo novamente. A rota

alternativa D-T-R-Q-H, alm de usar vias frreas "externas" de T para R, descida por todo o caminho

para o carvo, mas 250 milhas mais longa. Qual mais importante?


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Resistncia do trem. Resistncia do trem pode ser dividida em dois elementos principais, a

resistncia de rotao (incluindo a resistncia s rodas que rolam no carril, o atrito do journal (dormente)

[eixo de rodas] rolamentos de eixos sobre os carros e resistncia ao vento) e grau de resistncia. A

primeira tudo atrito, e uma vez que a energia gasta ela se foi para sempre. O grau de resistncia

resulta da energia que voc deve colocar no trem para levant-lo na vertical. A energia devolvida sem

perda quando o trem volta para baixo novamente.

Captulo 2

20

Em um grau leve, um tero de um por cento ou menos, toda esta energia pode ser recuperada deixando

o rolo do trem junto sem aplicar os freios; a locomotiva tem proporcionalmente menos trabalho a fazer

para manter o trem em movimento na velocidade desejada. No entanto, em um grau muito grande (por

exemplo, de dois por cento, ou cerca de 100 ps at milha) quase toda esta energia deve ser dissipada

na forma de calor usando os freios para manter o trem sem exceder o limite de velocidade. Uma grande

quantidade de energia posta para alcanar o topo da montanha perdida.*

* Exceto em trao eltrica com "frenagem regenerativa", no est atualmente em uso em operaes

de transporte de mercadorias norte-americanas.

Fig. 2-7 d os valores tpicos para o atrito de rolamento de veculos de um tipo provvel de ser

utilizado para mover trainloads de carvo a uma usina, de 100 toneladas de capacidade de liga de ao ou

alumnio-corpo gndolas pesando 25 toneladas vazio. A resistncia ao rolamento varia com o peso do

carro, sendo consideravelmente mais para uma tonelada de vazio do que para uma tonelada de carga.

Tambm aumenta gradualmente medida que a velocidade aumenta. Vamos usar tpicas velocidades de

corrida de 35 mph para o trem carregado e 45 mph para a devoluo dos vazios. As frmulas geralmente

usadas para estimar a resistncia do trem (Davis) do 4,2 por tonelada para o carro carregado, e quase

trs vezes mais por tonelada para o vazio. O grfico a seguir (Fig. 2-8) ilustra plenamente este princpio.

Resistncia de grau por tonelada de 20 libras para cada por cento (aumento de um p em 100 ps de

viagens para a frente) de grau e no varia com o peso do carro ou a velocidade do trem.

Somando-se a potncia/ cavalo-vapor (Horsepower-Hours)

A energia mecnica ou do trabalho com que estamos preocupados aqui o produto de uma fora de

atuao atravs de uma distncia. A taxa de aplicao de energia para um trabalho fora, puxando duas

vezes mais forte com a mesma velocidade ou movendo duas vezes mais rpido, enquanto puxar com a

mesma fora representa o dobro da potncia. James Watt escolheu "potncia" como a unidade para

classificar seus motores de bombeamento de vapor do sculo 18 e definiu-o como 33 mil ps lb de

trabalho (elevao quilos de gua a uma altura em ps, por exemplo) por minuto; ele escolheu um valor

um pouco acima do que qualquer cavalo vivo poderia continuar fazendo, presumivelmente para evitar

queixas. Hoje, fora frequentemente expressa na unidade nomeada em homenagem ao prprio James,

o watt, e ns pagamos contas de energia eltrica com base em quilowatts-hora de energia. Como

locomotivas ainda so classificadas em cavalos de potncia, vamos ficar com esta unidade; 746 watts

(ou trs quartos de um quilowatt) igual a um cavalo-vapor.

Fig. 2-7 passa a calcular a energia em potncia horas que preciso para rolar um carro vazio e um

carregado uma milha em linha de nvel e para levant-lo 100 ps de altitude. A energia necessria para

superar uma determinada diferena de altitude a mesma, se voc fizer atravs de um grau de 0,05 por

cento ou para cima em um elevador. Como veremos, mais adiante, ao estudarmos o desempenho da

locomotiva, o grau faz uma enorme diferena na fora de trao necessria. Agora estamos prontos para

ver qual rota utiliza a energia total mnima para mover um carro de 100 toneladas de carvo de D a H e

trazendo de volta o carro vazio para outra carga.


21

Peso/Vago = 125 ton.

Resistncia de rolagem = 4.2 Ib/ton.

Um cavalo de potncia-hora

Para rolar uma ton. de vago carregado

uma milha em trajeto de nvel precisa:

Para rolar uma ton. de vago vazio

uma milha em trajeto de nvel precisa:

Para levantar uma ton. de trem

(vazio ou carregado) 100 ps precisa:

Peso/Vago = 25 ton.

Resistncia de rolagem = 11.5 Ib/ton

=33,000 ft-Ib/min X 60 min

=1,980,000 ft-Ib

4.2 Ib/ton X 5,280 ft = 0.012 hp-hr @ 35 mph

1,980,000 ft-Ib/hp-hr

11.5 Ib/ton X 5,280 ft = 0.031 hp-hr @ 45 mph

1,980,000 ft-Ib/hp-hr

2,000 Ib X 100 ft = 0.10 hp-hr (independent

of speed)

1,980,000 ft-lb/hp-hr

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Captulo 2

22

Rota A. Fig. 2-9 acrescenta-se as duas classes de resistncia para viagens carregadas e vazias por cada

rota. Rota A, sobre as montanhas, usa 750 hp-hr para levantar o carro 4.000 ps acima do topo.

Praticamente toda essa energia perdida porque o trem deve descer a encosta oriental ngreme sob

cuidadoso controle dos freios, convertendo a energia em calor. De F a H, freios no so necessrios no

greide leve, e ns temos uma entrada lquida de 125 hp-hr para impulsionar o carro at 5.000 ps,

nenhum dos quais ns podemos voltar nesta viagem. Total = 1.638 hp-hr por carro, ou 16,38 hp-hr por

tonelada lquida de carvo transportado.

Rota B. Todas as 750 milhas de descida de gua podem ser executadas sem usar os freios, ento 125

hp-hr necessrios para vencer 750 milhas de atrito de rolamento so fornecidos pela mudana na

elevao. Temos que colocar um pouco dessa energia de volta na devoluo dos vazios: o total para

Rota B funciona a 1.605 hp-hr, cerca de dois por cento menos do que para Rota A, em troca de um extra

de 500 quilmetros de desgaste nas rodas e rolamentos de rolos.

Trem Consiste: 4 Unidades a Diesel (6-eixos), 100 vages (Rolamento) (Frmula de Davis)

Vages Vazios, 30 Ton./Vago

Vages Carregados, 125 Ton. Bruta/ Vago (mdia)

Velocidade, Milhas/Hora

Fig. 2-8. Resistncia do Trem

Resis

tncia

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Rota BA. Notamos que, enquanto a Rota B foi a total vencedora, a Rota A usou menos energia na

obteno dos carros vazios de volta. Isso por causa do maior efeito de atrito de rolamento sobre a rota

mais longa no carro vazio, relativamente, difcil de puxar. Isto sugere olhar para uma rota circular, com

as cargas indo para o leste ao longo do rio e os carros vazios voltando sobre a montanha, Rota BA. Com

certeza, isso faz o trabalho por 1.513 hp-hr, seis por cento a menos da rota B. Este seria um

encaminhamento muito prtico mecanicamente, uma vez que as mesmas locomotivas que rebocam as

cargas pesadas a leste poderiam provavelmente pegar os vazios sobre a montanha sem um ajudante na

rampa ngreme. A partir de uma base operacional em geral, isso pode ser mais custoso, pois esse

movimento em distncias longas resulta em vrios custos de "deadhead"(Um veculo, tal como uma

aeronave, que no transporta passageiros ou carga durante uma viagem) ao obter as tripulaes de volta

para a sua prxima viagem.

Rota A-1 A idia de transportar esses carros vazios por todo o caminho de volta sugere um outro olhar

para fig. 2-6. Suponha que h um importante minrio de ferro que poderia vir na porta em K e ser

transportado para as usinas em D- isso significaria 100 milhas extras em um side-trip (uma breve

excurso fora da via principal de um itinerrio, como visitar uma pessoa ou lugar particular) de H via K,

mas fisicamente prtico uma vez que o minrio de ferro denso pode ser transportado como carga

parcial nos carros grandes de carvo (o inverso, claro, no vai funcionar). Acontece que a energia total

cobrada para o movimento do carvo de apenas 1.241 hp-hr. A energia utilizada para levantar o peso

dos carros, vai de K para o cume da passagem, parte do custo da movimentao de minrio, que ainda

tem uma situao favorvel, porque o movimento de carvo est agora a tomar 23 por cento menos

energia do que via Rota B. Mais uma vez, se este o melhor arranjo depende de outros fatores. A

utilizao do carro pode no ser quase to boa se, por exemplo, se chegada do minrio irregular. E

carros extras custam dinheiro, pois utilizam o combustvel diesel.

Rota BA-1. Finalmente, o roteamento de menor energia acaba por ser a "rota do crculo" pelo rio leste

com retorno atravs de K para pegar o minrio. Um total de 1.116 hp-hr, ou 32 por cento de energia

gasto a menos do que na rota A a um custo de um aumento de 35 por cento na quilometragem, e com

carros carregados a 81 por cento em vez de 50. Um bom incentivo para a estrada de ferro fazer o que for

possvel para desenvolver o trfego de minrio em K-D!

Desempenho geral do trem

Esta anlise de fator nico omite muitos refinamentos e detalhes que teriam de ser includos em

qualquer avaliao da vida real, incluindo os efeitos da curva do caminho, a energia relativa, e outros

custos associados com vrias velocidades de trem, os custos comparativos de energia com locais vs

transporte via-trem, e o equipamento de propriedade, combustvel, tripulao, e custos de

competitividade do congestionamento de linha.

Fatores de desempenho geral

Para dar uma sensao um pouco melhor para as maneiras que a velocidade, o grau de curvatura, e

"pare e siga" afetam ferrovias, Fig. 2-10 coloca esses fatores de diferena em um grfico, com base em

carros carregados com 80 toneladas cada (a mdia normal para a mistura de carregados e vazios

provveis de serem encontrados em servio). Ao olhar para este grfico, podemos ter uma idia de quo

facilmente os carros passam; mais tarde, essas questes vo aparecer na forma como rotas so planejadas e as locomotivas so projetadas.

Captulo 2

24

Fig

. 2-9

. Com

para

ndo a

Energ

ia N

ecessria

para

Entre

gar o

s B

ens

Cavalos de Potncia Horas por Vago (100 toneladas de Carvo)

Rota A: (Sob a montanha)

Rota B: (Ao longo do rio)

Rota BA: (Rota circular)

Rota A-1: (Rota paralela para pegar carregamento de minrio)

Rota BA-1: (Rota circular com carregamento de minrio no retorno)

Pelo Leste

(Carregado)

Pelo Oeste

(Vazio)

Energia Total

(HP-HR)

Distncia de

Ida e Volta (Milhas)

Rolamento Elevao

Rolamento Elevao

Rolamento Elevao

Rota B pelo Leste (Ao longo do rio)

Rota B pelo Leste (Ao longo do rio)

Rota B pelo Oeste (Sob a montanha)

Rota A-1 pelo Oeste (Via K, para pegar carregamento de minrio)

(H para K somente K para D com carregamento de minrio)


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Fig. 2-10. A Facilidade com que os Trens Rolam

Graus/ Valores e Fora vs. Distncia. Considerando a curva no grfico de 15 mph, por exemplo,

vemos que a energia extra que leva a erguer a elevao do trem a uma altura de 200 ps, iria mov-lo

cerca de 21 milhas a essa velocidade se fosse em linha de nvel (ponto A). No de se admirar que trens

podem transportar os bens com pouco consumo de energia e precisam de bons freios em at mesmo nos

tipos mais suaves/leves. O segundo conjunto de nmeros no eixo vertical coloca a mesma coisa em

termos de potncia-hora por tonelada. Dois dcimos de potncia horas (executando o seu cortador de

grama por quatro minutos) moveria aquela tonelada de trem a 21 milhas!

Frmula de Davis 80 Ton./Vago, Vages de 4-Eixos, 15 Altura, 10 Largura

Distncia em Milhas

Ele

va

o

Equ

ivale

nte

em

Ps

Trilho de Nvel Com Velocidade Constante

Cavalo

de P

ot

ncia

H

ora

s p

or

ton

ela

da

Energia Extra

Para Acelerar

Para Acelerar

De 0 30 MPH

Para Acelerar

De 0 90 MPH

Energia Extra para 360 de Curvatura de Trilho

De 0 60 MPH

Captulo 2

26

Potncia vs. velocidade. Essa mesma 0.20 hp-hr que moveu a tonelada (por) 21 milhas a 15 mph iria

lev-la somente a cerca de 9,5 milhas a 60 mph (Ponto B), mas a 30 mph faria 18 milhas. Isso mostra

que h um pouco a ser ganho pelo funcionamento de um trem de carga no nvel em menos de 30 a 35

mph, mas que a 60 mph a resistncia extra (principalmente a resistncia do vento) comeou a exigir

muito mais energia.

Curvatura da pista/ caminho. Um pouco de atrito adicional ocorre ao transportar trens em torno das

curvas, mas a energia extra envolvida pode no ser necessariamente grande. Como a linha perto da parte

inferior do grfico mostra, acrescenta-se cerca de 0.014 hp-hr por tonelada (o equivalente a levantar o

peso a 14 ps) para ir ao redor de curvas que so equivalentes a um crculo completo de 360. Como

uma estrada de ferro na sequncia de um rio numa regio montanhosa pode ter o equivalente a vrios

crculos completos, curvas podem aparecer na conta de combustvel. Desgaste nas rodas e trilhos um

resultado mais caro.

Pare e Siga. O ponto C mostra que a energia necessria para pegar um trem at 60 mph de uma parada

igual ao que seria necessrio para rol-lo cerca de 5,5 milhas em nvel com a mesma velocidade. A

energia equivalente a 30 mph cerca de trs milhas (c-1) e sete milhas a 90 mph (C-2). Isso mostra que

as paradas e desaceleraes consomem energia significativa; um trem de 60 mph parando a cada 10

milhas ir utilizar cerca do mesmo tanto energia na acelerao como ele vai utilizar cobrindo a distncia.

Como leva apenas um tero do mesmo tanta de energia para ir de 0 a 30 como de 30 a 60, uma srie de

restries de velocidade 30 mph quase tanto quanto de um obstculo.

Anlise de Performance do Trem.

As figuras na Fig. 2-10 so baseadas nas Frmulas "Davis", um conjunto de equaes montado por

WA. Davis, em 1927, para resumir os melhores dados disponveis sobre os fatores (rolamento de frico

de dormentes, resistncia ao rolamento, as perdas de impacto e vibrao, a resistncia do ar e curvatura)

que afetam a resistncia do trem composto e vias frreas tpicas da poca. Com modificaes para os

seus coeficientes, com base em mudanas na pista, equipamentos e prticas operacionais, bem como a

disponibilidade de novos dados de ensaio e procedimentos analticos ao longo dos anos, eles ainda

fornecem a estrutura para modelos de simulao trem continuamente mais refinados agora utilizados

para alta preciso previses de computador das foras dinmicas do interior do trem, o desempenho do

cronograma e do consumo de energia para qualquer comboio consiste examinando qualquer rota

especfica.

A partir de 1989, os programas Train Operation e Energy Simulator (TOES) e Train Energy Model

(TEM), refinados em uma base contnua pela Associao Americana de Ferrovias para refletir de forma

analtica, laboratorial, pista de testes e dados de campo medidos em cooperao com o FRA, ferrovias

nos Estados Unidos e no Canad (e agora com contribuies de organizaes da estrada de ferro em todo

o mundo tambm) foi lanado em mdulos compatveis com hardware de capacidade de computadores

pessoais. Isso permite o pessoal de operao da ferrovia us-los em tais assuntos do dia-a-dia como

comparar a eficincia energtica de prticas de trem de frenagem alternados em um determinado prazo,

bem como para o planejamento de longo alcance e as operaes de custeio.


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Sistema de Anlise de Operaes

Junto com estes clculos refinados para a circulao de comboios individuais o sistema

computadorizado de anlise operacional - busca otimizar planta e programao pelo estudo das

interaes entre trens em movimento de trfego atravs de uma rede de rotas nos diferentes sistemas de

controle de trens - tornou-se um fator importante no planejamento da estrada de ferro. A utilidade de tais

otimizaes depende da aplicabilidade de tais itens como o modelo matemtico relativo a cargas por

eixo individuais para a degradao de partculas faixa de lastro, um fator includo por pesquisadores

AAR no desenvolvimento de seu TM (Manuteno de Trilha) programa de custos; consequentemente,

um objetivo fundamental em numerosas indstrias de programas de investigao em curso sobre tudo

desde a descoberta da fadiga do rolamento at o efeito de lubrificao de carris na resistncia ao

desgaste e para validar modelos descritivos cada vez mais sofisticados com base em dados de testes

laboratoriais e de campo comparativos. Em particular, o AAR/FRA Heavy Axle Load Test Program

(p.52) forneceu insumos criticamente importantes.

Traduzido por Israel Dote 05/2015

capítulo 2 - railroad

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