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“Transportes Ferroviários”

2008

ENERGIA NOS TRANSPORTES

Evolução dos transportesInfra-estruturas - Navios

Navio de carga grego séc. II A.C.

Nau portuguesa séc. XV Great Eastern séc. XIX

• Ausência de infra-estruturas construídas pelo homem

• Inicialmente à vela, o vapor surge no séc. XIX

• Transporte de carga e passageiros

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Evolução dos transporteMercadorias Terrestres - Comboios

• Reino Unido século XIX – revolução industrial

• Invenção da máquina a vapor (final do séc. XVIII), o fim da dependência da natureza para a geração de potência

• O comboio torna-se o meio preferido para transporte de carga (carvão) e passageiros

Evolução dos transporteMobilidade – Aviões e automóveis

• Necessidade de liberdade e transporte individual →→→→ automóvel

• Maior rapidez nas deslocações a grandes distâncias →→→→ avião

Ford T 1909

Volkswagen 1939

Handley Page HP 42 1930

De Havilland Comet 1951

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ConcorrênciaPassageiros – Curta distância

(D<50Km)• Automóvel

– Mais versátil– Congestionamentos / Estacionamento– Poluição?– Custo?

• Autocarro– Sem limitações de rede– Barato – Baixa velocidade comercial

• Navio– Lento– Depende de condições naturais

• Motociclo– Muito ágil– Só dá para transporte individual

ConcorrênciaPassageiros – Média distância

(50Km<D<300Km)

• Automóvel– Conforto ↑ (de origem ao destino num só veículo)– Custo?

• Autocarro– Maior cobertura

– Conforto ↓

• Avião– Rapidez ??– Custo ↓ ↓

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ConcorrênciaPassageiros – Longa distância

(D>300Km)

• Navio– Exclusivamente para turismo

• Avião– Velocidade

– Custo ↓ ↓

ConcorrênciaMercadorias

• Rodoviário– Versatilidade– Da origem ao destino num só modo

• Navio– Grande capacidade de carga– Baixa velocidade

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Parte II – Perspectiva Histórica

Evolução da TecnologiaOs Canais

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Evolução da TecnologiaTracção animal

Evolução da TecnologiaVapor

• 1829 - Rocket

• George Stephenson

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 0-2-2

• Pressão: 3.45 bar

• Peso: 4,318 kg

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Evolução da TecnologiaVapor

• 1935 - A4 Mallard

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 4-6-2


• Peso: 169,680 kg

• Velocidade: 202.8 km/h

• Esforço de tracção: 15,175 kg

• 1941 – UP Big Boy

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 4-8-8-4


• Peso: 372,864 kg

• Velocidade: 129 km/h


Evolução da TecnologiaElectrificação

• 1934 – GG1 (US)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 2-C+C-2 (4-6-6-4)

• Alimentação: 11000 V, 25Hz

• Potência: 4620 CV

• Peso: 215,456 kg



• 1890 – Electric Locomotive No. 1 – “Tube” (UK)

• Tipo: B

• Alimentação: terceiro carril, 200 V DC?

• Potência: 2 x 50 CV

• Peso: 12,000 kg



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Evolução da TecnologiaDiesel

• 1925 – Alco / General Electric / Ingersoll-Rand (US)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: B+B

• Potência: 300 CV (Motor Diesel)

• Peso: 60,000 kg


• 1949 – GM EMD F7 (US)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: B+B


• Peso: 104,326 kg

• Velocidade: 164/104 km/h


Evolução da TecnologiaAlta velocidade

• 1981 – TGV (França)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 1M + 8P + 1M


• Potência: 2 x 5900 CV

• Peso: 368,000 kg (motoras + carruagens)

• Velocidade: 300 km/h (Operação)

• Passageiros: 377

• 1964 – Comboio Bala (Japão)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: Automotora


• Potência: 4 Motores de 185 KW por carruagem

• Peso: 16 x 59 = 934,000 kg

• Velocidade: 200/220 km/h

• Passageiros: 1337 (16 carruagens: 132 + 1205)

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Evolução da TecnologiaNecessidades do séc. XXI

Mais Velocidade

Maglev – 500 km/h

Melhor Integração

Estações

Multimodais

Parte III – Infra-Estruturas Ferroviárias

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A ViaCarris

• Séc. XVII

• Reino Unido

• Madeira

• Usado em minas

A ViaCarris

• Séc. XIX

• Reino Unido

• Usado em minas

• Carril metálico assente em pedras

• Séc. XIX

• Reino Unido

• Usado em minas

• Carril metálico assente em travessas

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A ViaCarris

• Carril metálico

• Travessas de madeira

• União rebitada/aparafusada

A ViaCarris

• Carril contínuo soldado

• Travessa de cimento/madeira

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A ViaSinalização

A ViaCorte transversal

Valores usados no Reino Unido

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Rede Ferroviária Nacional

Evolução Histórica

Em 1856

Até 1865

Até 1880

Até 1900

Até 1910

Até 1930

Depois de 1930


Situação Actual

PendularVméd=102.3km/h

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Situação Actual

IntercidadesVméd=89.3km/h


Situação Actual

Inter-RegionalVméd=71.9km/h

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Situação Actual

RegionalVméd=55.6km/h


Situação Actual

Completa

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Rede ferroviária NacionalExtensão e comparação


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Rede ferroviária NacionalProjectos para o futuro

• Modernização da Linha do Norte– permitir velocidades de 220 km/h em toda a extensão

– permitir cargas por eixo de 22.5 ton.

• Modernização Linha da Beira Baixa– Electrificação– Aumentar velocidades médias para 90 km/h

• RAVE - Rede Ferroviária de Alta Velocidade– Construção de via que permita velocidades superiores a 250 km/h– Ligação a Espanha

– O percurso ainda não está decidido (T deitado?, Π deitado?)

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Parte IV – Material Circulante

Tipos de Material Rolante

• Tipo de serviço– Locomotivas– Manobras (shunter)– Automotoras– Obras / Manutenção– Carruagens

• Fonte de energia– Eléctricas (rede)– Diesel– Turbina– Vapor

• Tipo de Tracção– Eléctrica– Mecânica– Hidráulica

• Vários tipos de combinações possíveis!!!

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Tipos de Material RolanteTerminologia

• Bitola: distância entre os carris


• Tipo: Arranjo de eixos em bogies e número de bogies

– Eixos motores – letras: A B C

– Eixos não motores – números 1 2 3

– Motores independentes para cada eixo – adiciona um “o”

– Bogies independentes do corpo da locomotiva –adiciona uma plica “ ’ ”

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• Bogie – estrutura que suporta a locomotiva e onde estão fixos os eixos e os motores


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• Potência– Motor

diesel/turbina– Rodas (ou motores

eléctricos)


• Alimentação (eléctricas)– AC ou DC– Voltagem– Frequência (rede)

• Peso– Em ordem de marcha (inclui combustível)– Automotoras

• Tara• Carga máxima

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• Velocidade– Máxima para a relação final de transmissão

usada– Limitada pelo tipo de linha e operação

• Esforço de tracção– Força disponível para puxar o comboio

• Arranque• Máximo contínuo • À velocidade máxima

Tipos de Material RolanteLocomotivas

• Diesel-eléctricas– As mais difundidas, fazem todos o tipo de serviços

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• 1981 – Alstom CP 1930

• Bitola: 1668mm

• Tipo: Co’ Co’

• Potência:

•3000 CV (motor diesel)

•2260 CV (rodas)

• Peso: 116,500 kg


• Esforço de tracção: 25,600 kgf

• Diesel-eléctricas


• Eléctricas

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• Eléctricas

• 1993 – Siemens LE 5600 (CP)

• Bitola: 1668mm

• Tipo: Bo’ Bo’

• Potência: 7600 CV (rodas)

• Alimentação: 25,000V, 50Hz

• Peso: 87,300 kg




Alimentação - Terceiro carril

• Normalmente DC: 750 - 1500V

• Metropolitano (Lisboa)

• Comboios no Reino Unido

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Alimentação - Catenárias

• DC: até 3000V

• AC: 15,000-25,000V; 50-60Hz

• O padrão na Europa


• Turbinas

• 2002 – Bombardier

• Bitola: 1435mm

• Tipo: Bo’ Bo’

• Potência:

•5000 CV (turbina)

•4400 CV (rodas)

• Peso: 90,750 kg



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Tipos de Material RolanteManobras

• Diesel-mecânicas


• 1950 – Class 03 BR Shunter

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 0-6-0 ou D


• Peso: 31,000 kg



• Diesel-mecânicas

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• Diesel-hidráulicas


• 1996 – DMS/Voith (Dinamarca)

• Bitola: 1435mm

• Tipo: B

• Potência: 435 CV (motor Diesel)

• Peso: 40,000 kg


• Esforço de tracção: 8.000 kgf


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• 1952 – BR Class 08

• Bitola: 1435mm

• Tipo: C

• Potência: 350 CV (motor Diesel)

• Peso: 50,800 kg



• Diesel-eléctricas

Tipos de Material RolanteAutomotoras


• Alstom/Voith

• Bitola: 1435mm

• Tipo: 1A - A1

• Potência: 2 x 350 CV (motor Diesel)

• Peso: 47,000 kg



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• 1993 – UQE 2300 (CP)

• Bitola: 1668mm

• Tipo: Bo’+Bo’+2’2’+2’2’+Bo’+Bo’



• Peso: 180,000 kg



• Eléctricas


• 1999 – Siemens / Fiat Ferroviaria

• Bitola: 1668mm

• Tipo: 1A+A1+1A+A1+2’+2’+2’+2’+1A+A1+1A+A1



• Peso: 298,300 kg



• Eléctricas (Alta velocidade)

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Tipos de Material RolanteObras / Manutenção

Tipos de Material RolanteMaterial Rebocado

• Passageiros

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• Carga

Granel - rações Automóveis


• Carga

Contentores Granel - Cimento

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Parte V – CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS

Características DinâmicasResistência ao avanço

1. Fricção (independente da velocidade) entre roda e carril, rolamentos, etc. Depende do peso, forma e tipo de superfície

2. Perdas função da velocidade (fricção na flange, movimento de lacete)

R = C x Peso

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3. Resistência do ar, varia com o quadrado da velocidade. Depende da área, forma, comprimento do veículo

4. Pendente, subir ou descer uma encosta, independente da velocidade

R=(Peso x G) / 100


5. Resistência de curva (contacto das flanges com o interior do carril): 0.36 kgf por tonelada por grau de curvatura.Carro de 100 ton., curva de 2º: F=72 kgf

R = K1 + K2 x V + K3 x V2 + (Peso x G) / 100Equação de Davis, os coeficientes dependem da aplicação

Resistência total

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Exemplo, comboios de mercadorias (US)

Rt = (1.3wn+29n) + bwnV + CAV2 + 20wn*G

Rt = força resistente (em libras...)w = peso por eixo (em tons: 1 ton=907kg)n = n.º de eixos

V = velocidade (em mph)b = coeficiente de fricção: 0.03 locomotivas; 0.045 vagõesC = Coeficiente de resistência aerodinâmica: 0.0017 locomotivas

aerodinâmicas; 0.0025 locomotivas; 0.0005 vagões de carga; 0.00034 carruagens de passageiros

A = Área frontal (pés quadrados): 120 locomotivas, 90 vagões de carga, 120 carruagens de passageiros

G = Gradiente em %

Características DinâmicasAcelerações e desacelerações Típicas

• Coeficiente de fricção roda-estrada: 0,75

• Coeficiente de fricção roda carril (metal-metal): 0,25

->Taxas de aceleração muito mais baixasIntercidades~0,5m/s2

->Pequenos declivesNormalmente inferiores a 1% (2.5% em zonas montanhosas)

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Baixa velocidade

• Comboio suburbano– Vmáx~120km/h; Acelerações~0,6m/s2; Declives<3.5%;

Vméd~48km/h

• Metro (subterrâneo)– Vmáx~100km/h; Acelerações~1,2m/s2; Declives<4%;

Vméd~36km/h

• Metro ligeiro de superfície– Vmáx~80km/h; Acelerações~1,3m/s2; Declives<5%;

Vméd~20km/h


Média/Alta velocidade

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Características DinâmicasCargas por eixo

Limitados pelas infra-estruturas da linha e tipo de serviço:

– Alta velocidade < 17ton

– Carga < 30ton

– EMU/DMU~20ton

Parte VI – Desempenho Energético e Ambiental

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Consumos e Emissões

• Desempenho em situações reais• Efeito global do uso de combustíveis• Emissões atmosféricas• Em função da taxa de ocupação

– kWh/km– kWh/km.lugar– kWh/km.passageiro– kWh/ton.km

Consumos e EmissõesUrbanos e Suburbanos

300483217.9Suburbano

202381794.8Metro

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por 1000 lugar.km

3391617Metro ligeiro

por 1000 passageiro.km

Por horaPor kmkwh

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Consumos e EmissõesMercadorias

Consumos e EmissõesMédia e Alta Velocidade

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Consumos e EmissõesMédia e Alta Velocidade

Potências, Consumos e EmissõesE a produção de electricidade?

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Integração dos Transportes Ferroviários na Europa

• Diferentes bitolas– Europa central, alta velocidade: 1435 mm – Península Ibérica: 1668 mm– Métrica: 1000 mm

• Gabarit• Sinalização• Alimentação

– DC 750-3000 V– AC 15000-25000 V, 50-60hz

et ferroviario 2008 - autenticação · a = Área frontal (pés quadrados): 120 locomotivas, 90...

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