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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

JOSÉ NELSON FIGUEIREDO

METODOLOGIA DE CÁLCULO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

PARA O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado

em Engenharia de Transportes do Instituto Militar de

Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título

de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientador: Paulo Afonso Lopes da Silva, Ph.D.

Coorientador: Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc.

Rio de Janeiro

2015

2

c2015


Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha

Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270

Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo

em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de

arquivamento.

É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas

deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser

fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e

que seja feita a referência bibliográfica completa.

Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)

orientador(es).

625.1

Figueiredo, José Nelson

F475m Metodologia de cálculo da eficiência energética para o transporte ferroviário de carga / José Nelson Figueiredo, orientado por Luiz Antonio Silveira Lopes e Paulo Afonso Lopes da Silva – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 160p.: il. Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2015. 1. Curso de Engenharia de Transportes – teses e dissertações. 2. Ferrovias. 2. Transporte de carga. I. Lopes, Luiz Antonio Silveira. II. Silva, Paulo Afonso Lopes da. III. Título. IV. Instituto Militar de Engenharia.

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JOSÉ NELSON FIGUEIREDO

METODOLOGIA DE CÁLCULO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

PARA O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de

Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título

de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientador: Paulo Afonso Lopes da Silva, Ph.D.

Coorientador: Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc.

Aprovada em 6 de maio de 2015 pela seguinte Banca Examinadora:

Prof. Paulo Afonso Lopes da Silva – Ph.D. do IME – Presidente

Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes – D.Sc. do IME

Prof.ª Renata Albergaria de Mello Bandeira – D.Sc. do IME

Prof. Fernando Marques de Almeida Nogueira – D.Sc. da UFJF

Rio de Janeiro

2015

4

Dedico este trabalho a Deus, à minha mãe Maria de

Lourdes, ao meu pai José Joaquim (in memoriam), à

minha esposa Kátia e à minha filha Flávia.

5

AGRADECIMENTOS

Gostaria de expressar meus sinceros agradecimentos a todos que contribuíram em minha

formação pessoal e profissional ao longo da trajetória deste trabalho, em especial:

A minha esposa Kátia e a minha filha Flávia pelo apoio incondicional na realização de

um sonho adiado por trinta e tantos anos.

Aos professores Cel. Paulo Afonso Lopes da Silva e Cel. Luiz Antônio Silveira Lopes

pela confiança, paciência, orientação e por todos os seus valiosos conselhos e ensinamentos.

Aos professores Cap. Renata Albergaria de Mello Bandeira e Fernando Marques de

Almeida Nogueira pela participação na banca de avaliação e pelas críticas e sugestões tão

oportunas. Foi motivo de muito orgulho ter um representante da Universidade Federal de Juiz

de Fora em um momento tão importante em minha vida.

Ao Instituto Militar de Engenharia, pelo acolhimento e pela oportunidade de

aprendizado de alta qualidade, aos professores e à coordenação do curso, pela qualidade do

ensino, pela cordialidade e carinho ao longo do curso, em especial ao Prof. Cap. Adriano de

Paula Fontainhas Bandeira pelo estímulo e aconselhamento.

Ao Sgt. Eduardo Oazem que sempre foi muito prestativo, cordial e amigo no tratamento

dos assuntos da vida acadêmica e que fez o esforço de cursar o mestrado em outra cidade ser

muito mais ameno.

À MRS Logística S.A. pela oportunidade de capacitação.

Aos amigos Eliezer Tadeu Dore e Ronaldo Resende Borges que, paralelamente à vida

corporativa, me permitiram realizar o sonho de cursar o mestrado.

Aos amigos Marcelo Neder e José Geraldo Ferreira (meu guru) que apoiaram o projeto

de cursar o mestrado desde a primeira hora.

Aos amigos Armando Sisdelli, Bernardo Abreu, Enio Silva Junior, Sabrina Veloso,

Sérgio Cassemiro, Valmir dos Santos e Valmir Lellis, pelo apoio incondicional, discussões e

oportunidades de aprendizado sobre o transporte ferroviário de carga.

Aos amigos Flávio Novaes e Diego Fabri pelos ensinamentos sobre as aplicações de

tecnologia da informação e automação ao transporte ferroviário de carga.

Aos amigos Thales Augusto dos Santos e Leonardo Vianna, hoje também mestres, pelo

caminho desbravado, pelas palavras de apoio e pela sabedoria demonstrada ao longo da minha

jornada no IME.

Finalmente, aos amigos Leonardo Cezário e Pedro Peron pelo companheirismo e

amizade dentro e fora das salas de aula.

Ninguém vence sozinho. Obrigado a todos!

6

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES ..................................................................................................... 5

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. 9

LISTA DE EQUAÇÕES ......................................................................................................... 10

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16

1.1. Contextualização ........................................................................................................ 16

1.2. Objetivo ...................................................................................................................... 17

1.3. Justificativa e Relevância ........................................................................................... 18

1.4. Estrutura ..................................................................................................................... 19

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 21

2.1. O Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ............................................................. 21

2.1.1. Características do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ................................... 21

2.1.2. Sistema Ferroviário de Carga Brasileiro .................................................................... 21

2.1.3. A Matriz de Transportes no Brasil ............................................................................. 22

2.1.4. Energia e Transporte no Brasil ................................................................................... 23

2.1.5. Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) ............................................... 26

2.1.6. As Concessões Ferroviárias no Brasil ........................................................................ 27

2.1.7. Produção das Ferrovias Brasileiras ............................................................................ 32

2.1.7.1. Ferrovia de Carga Pesada ........................................................................................... 32

2.1.7.2. Ferrovia de Carga Geral ............................................................................................. 33

2.1.7.3. Transporte Realizado pelas Ferrovias Brasileiras ...................................................... 34

2.1.8. Emissões Atmosféricas das Ferrovias Brasileiras ...................................................... 40

2.2. Material Rodante: Locomotivas e Vagões ................................................................. 41

2.3. Eficiência Energética ................................................................................................. 44

2.3.1. A Gestão da Energia .................................................................................................. 44

2.3.2. Definição de Eficiência Energética ............................................................................ 45

2.3.3. Definição do Indicador de Eficiência Energética....................................................... 46

2.3.4. Indicador de Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga ................... 51

2.4. Esforços Resistentes ao Movimento dos Trens .......................................................... 54

7

2.4.1.1. Resistências Normais ................................................................................................. 55

2.4.1.2. Resistências Acidentais .............................................................................................. 60

2.5. A Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil .................... 63

2.6. Indicador de Desempenho .......................................................................................... 65

2.6.1. Características de Uma Empresa Ferroviária ............................................................. 65

2.6.2. O Que é um Indicador de Desempenho? ................................................................... 67

2.6.3. O Que é um Indicador Chave de Desempenho? ........................................................ 70

2.6.4. Documentação do Indicador de Desempenho ............................................................ 71

2.7. Armazém de Dados .................................................................................................... 72

2.7.1. Construção do Armazém de Dados ............................................................................ 73

2.7.2. Modelagem Dimensional do Armazém de Dados ..................................................... 74

2.7.3. Modelagem Conceitual do Armazém de Dados ........................................................ 76

2.7.4. Modelagem Lógica e Física do Armazém de Dados ................................................. 80

3. APRESENTAÇÃO DA MRS LOGÍSTICA S.A. .................................................. 83

3.1. Corredores Ferroviários: Ferrovia do Aço e Linha do Centro ................................... 87

3.2. Material Rodante da MRS Logística S.A. .................................................................. 89

3.3. Maquinistas da MRS Logística S.A. .......................................................................... 90

4. MODELAGEM PROPOSTA PARA O INDICADOR DE EFICIÊNCIA

ENERGÉTICA ......................................................................................................... 92

4.1. Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho ....................... 92

4.2. Aplicação do Modelo Proposto .................................................................................. 94

4.2.1. Detalhamento da Aplicação do Modelo Proposto ...................................................... 94

4.2.2. Documentação do Indicador de Eficiência Energética .............................................. 95

4.2.3. Desdobramento do Indicador de Eficiência Energética ............................................. 98

5. IMPLEMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .. 100

5.1. Abordagem Proposta para o Armazém de Dados .................................................... 100

5.1.1. Sistemas de Gestão da Operação Ferroviária ........................................................... 102

5.1.2. Mapeamento das Fontes de Dados ........................................................................... 103

5.1.3. Modelo Conceitual do Armazém de Dados ............................................................. 104

5.1.4. Modelo Lógico e Físico do Armazém de Dados ...................................................... 107

8

5.1.5. Fluxo de Dados para o Armazém de Dados ............................................................. 109

6. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................... 111

6.1. Cálculo do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Ferroviário ............. 111

6.1.1. Cálculo do Consumo de Combustível por Locomotiva ........................................... 111

6.1.2. Análise da Malha Ferroviária ................................................................................... 112

6.1.3. Análise de Rampas e Curvas .................................................................................... 116

6.1.4. Cálculo da Resistência de Rampa e Curva ............................................................... 120

6.1.5. Cálculo das Resistências Normais de Locomotiva e Vagão .................................... 120

6.1.6. Processo de Cálculo do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ............ 120

6.2. Análise Dimensional do Indicador de Eficiência Energética ................................... 122

6.2.1. Potencialidade de Análise Oferecida pelo Modelo Proposto ................................... 122

6.2.2. Análise da Circulação de Trens ............................................................................... 123

6.2.3. Análise da Eficiência Energética por Segmento Ferroviário ................................... 126

6.2.4. Análise da Eficiência Energética por Locomotiva ................................................... 131

6.2.5. Análise da Eficiência Energética por Maquinista .................................................... 137

6.2.6. Análise da Eficiência Energética por Trem ............................................................. 142

7. CONCLUSÕES E PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES .................................... 145

7.1. Conclusões ............................................................................................................... 145

7.2. Principais Recomendações ....................................................................................... 147

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 148

9. APÊNDICES ........................................................................................................... 154

9.1. APÊNDICE 1: Linguagem de Cálculo do Indicador de Eficiência Energética ....... 155

9.2. APÊNDICE 2: Rotina de Cálculo das Resistências de Rampa e Curva .................. 156

9.3. APÊNDICE 3: Rotina de Cálculo das Resistências Normal e Total ....................... 157

9.4. APÊNDICE 4: Rotina de Cálculo da Distribuição do Consumo de Combustível ... 158

9.5. APÊNDICE 5: Visualização de Dados .................................................................... 159

9

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG. 1 Participação dos Produtos Transportados por Ferrovias no Brasil - 2013 - (em %) .... 22

FIG. 2 Matriz de Transportes - Brasil - 2005: Real - 2025: Projetada ..................................... 23

FIG. 3 Consumo Total de Derivados de Petróleo e Gás Natural - 1973/2013 - 103 tep (toe)

Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013) ........................................ 24

FIG. 4 Consumo de Energia por Setores da Economia Brasileira – 2013 ............................... 24

FIG. 5 Consumo de Energia nos Transportes (2013) ............................................................... 25

FIG. 6 Consumo Final do Setor de Transportes - Brasil - 2013 - 103 tep (toe) ....................... 26

FIG. 7 Malha Ferroviária do Brasil .......................................................................................... 28

FIG. 8 Transporte Intermodal – Rodoviário e Ferroviário ....................................................... 34

FIG. 9 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 01 (em milhares de TU) ......................... 36

FIG. 10 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 02 (em milhares de TU) ....................... 36

FIG. 11 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhares de TU) .............. 37

FIG. 12 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhões de TKU) ............. 38

FIG. 13 Principais Mercadorias Transportadas em 2010 ......................................................... 39

FIG. 14 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t) ......................... 41

FIG. 15 Esquema típico de uma locomotiva diesel-elétrica ..................................................... 42

FIG. 16 Contato Roda Trilho ................................................................................................... 55

FIG. 17 Coeficientes a, b e c da Resistência Normal ............................................................... 56

FIG. 18 Inscrição do truque nos trilhos .................................................................................... 61

FIG. 19 Componentes da resistência de rampa ........................................................................ 63

FIG. 20 Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ......................... 64

FIG. 21 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária - 2002/2011 (em mil m3/ano) ... 65

FIG. 22 Elementos Essenciais do Transporte Ferroviário ........................................................ 66

FIG. 23 Fluxo de Informação ................................................................................................... 66

FIG. 24 Representação Gráfica de Fato e Dimensões .............................................................. 75

FIG. 25 Processo genérico de criação do armazém de dados. ................................................. 76

FIG. 26 Modelo Fato Dimensional. ......................................................................................... 78

FIG. 27 Mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual ................................... 81

FIG. 28 Mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico .......................................... 82

FIG. 29 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A. ........................................ 83

FIG. 30 Mercadoria Transportada em 2013 (em TU) .............................................................. 84

10

FIG. 31 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em milhões R$) ................................ 85

FIG. 32 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em %) ............................................... 86

FIG. 33 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. - 2012/2013 ................................ 86

FIG. 34 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. 2012/2013.................................. 87

FIG. 35 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A. ........................................ 88

FIG. 36 Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho ........................ 93

FIG. 37 Documentação do Indicador de Eficiência Energética ............................................... 97

FIG. 38 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ............... 105

FIG. 39 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista ............. 106

FIG. 40 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ..................... 107

FIG. 41 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista. .................. 108

FIG. 42 Modelo Lógico Auxiliar para Registro de Rampa e Curva ...................................... 109

FIG. 43 Fluxo de Captura de Dados ....................................................................................... 110

FIG. 44 Cálculo do consumo de combustível ........................................................................ 111

FIG. 45 Segmento Ferroviário ............................................................................................... 112

FIG. 46 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 1) ... 114



FIG. 49 Altitude Mínima, Média e Máxima (em m) dos Segmentos do Grupo 2A .............. 118

FIG. 50 Quantidade de curvas à direita e a esquerda dos Segmentos do Grupo 2A .............. 119

FIG. 51 Processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ................ 121

FIG. 52 Circulação de Trens Sentido Exportação - dez/2014 ................................................ 125

FIG. 53 Circulação de Trens Sentido Importação - dez/2014 ................................................ 126

FIG. 54 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário .................................. 127

FIG. 55 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário .................................. 128

FIG. 56 Consumo de Combustível Diário pela Circulação no Segmento FJC/FJO - dez/2014

.................................................................................................................................. 129

FIG. 57 Análise da Carga Transportada (em tu e tb), Transporte Realizado (em TKU e TKB),

Combustível Consumido (em l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) ..................... 130

FIG. 58 Eficiência Energética por Locomotiva ..................................................................... 131

FIG. 59 Classificação das Locomotivas ................................................................................. 132

FIG. 60 Comparação da Classificação das Locomotivas por Transporte Realizado (em TKB) e

Eficiência Energética (em l/mil TKB) - dez/2014 ................................................... 133

11

FIG. 61 Análise de Locomotivas - Quantidade de Viagens (trens), Tempo de Fabricação (d),

Tempo de Serviço (d), Transporte Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e

Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014 ......................................................... 134

FIG. 62 Eficiência Energética da Locomotiva LOCO155 por Segmento Ferroviário - dez/2014

- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1).............................................. 135


- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2).............................................. 136

FIG. 64 Média de Idade e Tempo de Trabalho dos Maquinistas Analisados - dez/2014 ...... 137

FIG. 65 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelos maquinistas que produziram acima de

90.000.000 de TKB - dez/2014 ................................................................................ 137

FIG. 66 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelo Maquinista MQ0233 ....................... 138

FIG. 67 Análise de Maquinistas - Idade (ano), Tempo de Trabalho na MRS (ano), Transporte

Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e ................................................... 139

FIG. 68 Eficiência Energética obtida pelo Maquinista MQ0233 por Segmento Ferroviário -

dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1) .............................. 140


dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2) .............................. 141

FIG. 70 Análise de Trens por Lotação (vazio ou carregado) Transporte Realizado (TKB),

Consumo de Combustível (l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014 ....... 142

FIG. 71 Eficiência Energética Obtida na Circulação do Trem TR0113 por Segmento

Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)......... 143


Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)......... 144

FIG. 73 Gráfico de Coordenadas Paralelas ............................................................................ 160

12

LISTA DE TABELAS

TAB. 1 Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil ................................................. 29

TAB. 2 Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil ................... 30

TAB. 3 Extensão da Malha Ferroviária do Brasil – 2013 (em KM) ........................................ 30

TAB. 4 Produto Transportado por Concessionária .................................................................. 31

TAB. 5 Bitolas Ferroviárias ..................................................................................................... 33

TAB. 6 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 - (em milhares de TU) ... 35

TAB. 7 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 – (em milhões de TKU) . 38

TAB. 8 Evolução do Transporte de Cargas por Tipo de Mercadoria - 2003/2010 - (em milhões

de TKU) ........................................................................................................................ 39

TAB. 9 Emissões Totais do Transporte Ferroviário de Cargas 2002/2011 ............................. 40

TAB. 10 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t) ....................... 41

TAB. 11 Características do Vagão GDT .................................................................................. 43

TAB. 12 Características do Vagão HAT .................................................................................. 44

TAB. 13 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária 2002/2011 (em mil m3/ano) .... 64

TAB. 14 Características da MRS Logística S.A. ..................................................................... 83

TAB. 15 Transporte Realizado pela Concessionária MRS Logística S.A. por Grupo de

Mercadoria - 2013 (em TU) ....................................................................................... 84


Mercadoria - 2013 (em TKU) .................................................................................... 85

TAB. 17 Frota Ativa de Locomotivas da Concessionária MRS Logística S.A. 2013 ............. 89

TAB. 18 Frota de Vagões da Concessionária MRS Logística S.A. - 2013 .............................. 89

TAB. 19 Grupos de Segmentos da Malha Ferroviária ........................................................... 113

TAB. 20 Origem e Destino dos Trens - Amostra Analisada (em quantidade de trens) ......... 124

13

LISTA DE EQUAÇÕES

EQ. 1 Indicador de Eficiência Energética ................................................................................ 47

EQ. 2 Eficiência Energética Apropriada ao Transporte de Carga ............................................ 48

EQ. 3 Intensidade Energética ................................................................................................... 49

EQ. 4 Consumo de Energia Final por esforço de Tração ......................................................... 51

EQ. 5 Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido ................................................... 52

EQ. 6 Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego ............................................ 52

EQ. 7 Consumo de Energia Final por Saída real de Tráfego ................................................... 52

EQ. 8 Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados ou Parados ............. 53

EQ. 9 Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo ................................................. 53

EQ. 10 Eficiência da Rede de Distribuição de Trem ............................................................... 53

EQ. 11 Resistência Normal ...................................................................................................... 56

EQ. 12 Resistência Normal de Locomotiva ............................................................................. 57

EQ. 13 Resistência Normal de Locomotiva II ......................................................................... 57

EQ. 14 Resistência Normal de Vagão ...................................................................................... 58

EQ. 15 Resistência Normal de Vagão II .................................................................................. 58

EQ. 16 Resistência Normal Total ............................................................................................. 59

EQ. 17 Resistência de Inércia .................................................................................................. 60

EQ. 18 Resistência de Inércia II ............................................................................................... 61

EQ. 19 Resistência de Curva de Locomotiva ........................................................................... 61

EQ. 20 Resistência de Curva de Vagão .................................................................................... 62

EQ. 21 Resistência de Rampa .................................................................................................. 62

14

RESUMO

A gestão da energia é um dos itens mais críticos para um transportador ferroviário em

função dos impactos operacionais, financeiros e ambientais decorrentes do consumo de energia.

A gestão de energia deve ser realizada a partir da utilização de abordagens metodológicas

baseadas em indicadores de desempenho que permitam o monitoramento constante do uso

eficiente da energia e que possibilitem o aprimoramento dos processos de tomada de decisão.

Neste trabalho é proposta uma metodologia para modelagem, implementação e cálculo do

indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga. O objetivo é a apuração

do indicador por segmento ferroviário, locomotiva, maquinista e trem. A apuração do indicador

é realizada a partir da adoção de um armazém de dados construído de acordo com a técnica de

modelagem fato dimensional. O cálculo da eficiência energética por segmento ferroviário

(granularidade adequada para cálculo e análise) é viabilizado pela utilização das resistências ao

movimento de trens como fator de ponderação do consumo real de combustível. A partir do

segmento ferroviário viabiliza-se a apuração do indicador por locomotiva, maquinista e trem

em vários níveis de agregação. O modelo proposto foi testado com base em uma ferrovia

hipotética e em um estudo de caso utilizando dados reais de uma concessionária de transporte

ferroviário de carga. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade da documentação, do

cálculo e da análise do indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga.

15

ABSTRACT

Energy management is one of the most critical items for a rail carrier based on

operational, financial and environmental impacts of energy use. Energy management must be

performed from the use of methodological approaches based on performance indicators

enabling the constant monitoring of the efficient use of energy and enabling the improvement

of decision-making processes. This paper proposes a methodology for modeling,

implementation and calculation of the energy efficiency indicator of goods transportation. The

goal is to calculate the indicator for rail segment, locomotive, driver and train. The calculation

of the indicator is enabled with the adoption of a data warehouse built according to the technique

of dimensional fact modeling. The calculation of energy efficiency by rail segment (appropriate

granularity for calculation and analysis) is enabled by the use of resistance to the movement of

trains as a weighting factor the real fuel consumption. From the railway segment enables to

calculate the indicator for locomotive, driver and train at various levels of aggregation. The

proposed model was tested based on a hypothetical railway and a case study using real data

from a cargo railway concession. The results demonstrate the feasibility of documentation,

calculation and analysis of the energy efficiency indicator of goods transportation.

16

1. INTRODUÇÃO

1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO

O setor de transportes é atualmente um grande consumidor final de energia e há uma

expectativa de que este papel muito importante seja mantido em relação a demanda global de

energia nas próximas décadas. (IEA, 2014).

A eficiência energética é prioritária para o crescimento de muitos países e organizações

ao redor do mundo. É amplamente reconhecida como o meio mais eficaz e prontamente

disponível para resolver inúmeras questões relacionadas com o consumo de energia, incluindo

a segurança energética, os impactos sociais e econômicos dos altos preços da energia e as

preocupações com as alterações climáticas. Ao mesmo tempo, a eficiência energética aumenta

a competitividade e promove o bem-estar (IEA, 2014).

O transporte ferroviário apresenta-se como uma alternativa viável para a movimentação

de carga em larga escala em função de suas características primordiais de grande capacidade de

deslocamento de carga, baixo custo de manutenção, quando comparado a outros modos de

transportes, e ser pouco poluente. Entretanto, estas vantagens só se concretizam com uma gestão

eficiente dos meios disponíveis.

A gestão da energia é um dos itens mais críticos para um transportador ferroviário em

face dos impactos operacionais, financeiros e ambientais decorrentes do consumo de energia.

A gestão da energia deve ser realizada a partir do emprego de abordagens metodológicas

baseadas em indicadores de desempenho que permitam o monitoramento constante do uso

eficiente da energia e que possibilitem o aprimoramento dos processos de tomada de decisão.

A demanda global por transporte está crescendo a taxas incrivelmente rápidas. A

eficiência energética é uma prioridade na agenda de governos e empresas que procuram reduzir

o desperdício do consumo de energia. No entanto, a falta de dados para o desenvolvimento de

17

indicadores apropriados para medir a eficiência energética, muitas vezes impede que países e

empresas transformem declarações em ações efetivas (IEA, 2014).

Neste contexto, é importante desenvolver e manter indicadores bem fundamentados para

melhorar a formulação de estratégias e ajudar os decisores no processo de tomada de decisões.

No entanto, a escolha e desenvolvimento de indicadores apropriados não é simples.

O estabelecimento de indicadores de eficiência energética objetiva a criação de

referências no sentido de permitir que tomadores de decisão entendam onde é necessária uma

maior eficiência, aplicar as estratégias adequadas e medir o seu impacto. O objetivo final é fazer

com que uma maior eficiência energética não seja apenas um conceito, mas torne-se uma prática

constante, incorporada aos sistemas de gestão praticados.

1.2. OBJETIVO

Esta dissertação tem como objetivos:

1. A proposição de um modelo para conceituação, implementação e cálculo do

indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga e

2. A aplicação do modelo proposto em um estudo de caso que permita testar suas

características em uma situação real.

Será realizada revisão bibliográfica com foco na:

1. Contextualização do transporte ferroviário de carga no Brasil;

2. Conceituação da eficiência energética;

3. Conceituação de material rodante: locomotivas e vagões;

4. Conceituação dos esforços resistentes ao movimento dos trens;

5. Eficiência energética do transporte ferroviário de carga no Brasil;

6. Conceituação de indicador de desempenho;

7. Conceituação de armazém de dados.

18

O modelo proposto é baseado:

1. No entendimento de que o indicador de eficiência energética é um indicador

chave de desempenho, em função do aspecto estratégico da gestão de energia;

2. Na modelagem de um armazém de dados, em função da complexidade da

estrutura de dados para armazenamento do indicador;

3. Na utilização das resistências aos movimentos dos trens como fator de

ponderação no cálculo do consumo de combustível por segmento ferroviário.

O modelo proposto considera o cálculo do consumo de combustível, e por decorrência

a eficiência energética, por segmento ferroviário. A partir daí será possível o cálculo da

eficiência energética por locomotiva, maquinista e trem, com os respectivos níveis de

agregação. O que torna possível o cálculo pretendido é a existência do consumo de combustível

real por locomotiva e a possibilidade de cálculo das resistências normais e acidentais de cada

segmento ferroviário. A resistência total do segmento será usada como fator de ponderação do

combustível consumido por uma locomotiva por todo o percurso realizado entre dois

abastecimentos consecutivos.

O modelo proposto será testado, inicialmente, em uma ferrovia hipotética e,

posteriormente, será submetido aos dados de uma situação real.

O modelo proposto nesta dissertação pretende ser genérico em relação a sua adoção. A

sua utilização dependerá diretamente da disponibilidade e da qualidade dos dados compatíveis

com a estrutura proposta.

1.3. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA

O transporte ferroviário de carga no Brasil vem sofrendo grandes transformações nos

últimos anos. Ações governamentais como estabelecimento do Plano Nacional de Logística e

Transportes (MT, 2007 e 2012), do Programa de Investimento em Logística – Ferrovias (PIL),

na construção de trechos ferroviários como Ferrovia Norte-Sul (FNS) e Ferrovia de Integração

Oeste-Leste (FIOL), de um novo marco regulatório para o setor ferroviário, demonstram que o

transporte ferroviário tem importância estratégica para o país (MT, 2014).

19

No setor privado, a movimentação de cargas pelas ferrovias cresceu 78,5%, no período

compreendido entre 1997 e 2013, decorrente de grandes investimentos realizados pelas

concessionárias do transporte ferroviário de carga. Há a expectativa de crescimento na

movimentação de carga transportada pelas ferrovias de 12,8% entre 2014 a 2016 (BAMBINI,

2014).

O contexto ferroviário no Brasil indica uma participação cada vez maior na economia,

exigindo aprimoramento constante dos métodos de gestão e a adoção de práticas que favoreçam

o processo de tomada de decisão. Considerando a importância da gestão de energia para um

transportador ferroviário, com desdobramentos operacionais, financeiros e ambientais,

justifica-se a realização de estudos e pesquisa relacionadas a eficiência energética.

Na visão da Agência Internacional de Energia (IEA), a eficiência energética é o

"primeiro combustível" com grande potencial inexplorado. Em um contexto mais amplo, a

eficiência energética está se tornando uma fonte de energia cada vez mais importante no

contexto nacional e internacional, com grandes esforços para o atingimento de metas de

sustentabilidade. Isso reflete uma mudança de paradigma que está começando a dar crédito às

ações, tanto na oferta como na demanda, na busca para alcançar o crescimento econômico e

apoiar a segurança energética, competitividade e sustentabilidade ambiental (IEA, 2014).

1.4. ESTRUTURA

Esta dissertação está estruturada da seguinte forma:

Capítulo 1 – Introdução: neste capítulo são apresentadas as considerações iniciais sobre

o assunto, o objetivo, a justificativa, a relevância e a estruturação da dissertação.

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica: trata das produções científicas que fundamentam

esta dissertação e a construção do modelo proposto. Aborda a contextualização do transporte

ferroviário de carga no Brasil, a conceituação da eficiência energética, de material rodante:

locomotivas e vagões, dos esforços resistentes ao movimento dos trens, da modelagem de

indicador de desempenho, da modelagem de armazém de dados e da contextualização da

20

eficiência energética do transporte ferroviário de carga no Brasil.

Capítulo 3 – Apresentação da MRS Logística S.A.: apresenta a concessionária MRS

Logística S.A. onde foi realizado o estudo de caso da aplicação do modelo proposto.

Capítulo 4 – Modelagem do Indicador de Eficiência Energética: aborda a definição de

indicador de desempenho, apresenta o modelo proposto para documentação do indicador de

desempenho, apresenta o resultado obtido com a aplicação do modelo proposto com o

detalhamento do indicador de eficiência energética.

Capítulo 5 – Implementação do Indicador de Eficiência Energética: aborda a

conceituação de armazém de dados e as modelagens conceitual, lógica e física do armazém de

dados. O capítulo é concluído com a apresentação da abordagem proposta para a construção do

armazém de dados, enfatizando o mapeamento das fontes de dados (sistemas de gestão da

operação ferroviária) e as técnicas de modelagem aplicadas.

Capítulo 6 – Análise do Indicador de Eficiência Energética: aborda todos os

procedimentos de cálculo do indicador de eficiência energética, enfatizando o cálculo das

resistências normais e acidentais, necessárias ao cálculo do consumo de combustível, e o

processo de cálculo do indicador de eficiência energética propriamente dito. Aborda, também,

a análise dimensional do indicador de eficiência energética, enfatizando a seleção da amostra

de dados e o cálculo do indicador por segmento ferroviário, locomotiva e maquinista.

Capítulo 7 – Conclusões e Principais Recomendações: no último capítulo são

apresentadas as conclusões e as recomendações decorrentes do estudo realizado, assim como

são propostas algumas sugestões para a elaboração de futuros trabalhos que utilizem a mesma

abordagem.

21

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA NO BRASIL

2.1.1. CARACTERÍSTICAS DO TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA NO

BRASIL

As principais características do transporte ferroviário de carga no Brasil, de acordo com

o Ministério dos Transportes, são:

Grande capacidade de carga;

Adequado para grandes distâncias;

Elevada eficiência energética;

Alto custo de implantação;

Baixo custo de transporte;

Baixo custo de manutenção;

Possui maior segurança em relação ao modal rodoviário;

Transporte lento devido às suas operações de carga e descarga;

Baixa flexibilidade com pequena extensão da malha;

Baixa integração entre os estados;

Pouco poluente (MT, 2015).

2.1.2. SISTEMA FERROVIÁRIO DE CARGA BRASILEIRO

Os principais produtos transportados por ferrovia no Brasil são:

Minérios/Carvão Mineral;

Produtos do Agronegócio;

Produtos Siderúrgicos;

Derivados de Petróleo e Álcool;

Insumos para Construção Civil.

22

Grande parte da malha ferroviária brasileira é utilizada para transporte de commodities,

principalmente minério de ferro e grãos provenientes da agroindústria. Os principais eixos

ferroviários ligam as áreas de produção/extração aos grandes centros urbanos e aos portos do

país, para consumo interno e, principalmente, para exportação.

A FIG. 1 apresenta a participação dos produtos transportados por ferrovia no Brasil no

ano de 2013 (BAMBINI, 2014).

FIG. 1 Participação dos Produtos Transportados por Ferrovias no Brasil - 2013 - (em %)

Fonte: Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários (ANTF)

2.1.3. A MATRIZ DE TRANSPORTES NO BRASIL

O Plano Nacional de Logística & Transportes (PNLT), desenvolvido pelos Ministérios

dos Transportes e da Defesa em 2007, apresenta a matriz de transportes brasileira como era em

2005 e a projeção para 2025. A matriz de transportes de 2005 ressalta a disparidade existente

entre os modos de transporte com forte presença do transporte rodoviário (58%). A projeção da

matriz de transportes para 2025 apresenta uma matriz balanceada, destacando o equilíbrio entre

os modais rodoviário (33%), ferroviário (32%) e aquaviário (29%). Tal equilíbrio, se alcançado,

permitirá que a economia brasileira e a sociedade de um modo geral usufruam das melhores

características oferecidas por cada um dos modos de transporte.

A FIG. 2 apresenta a matriz de transportes real em 2005 e projetada para 2025, conforme

publicado no Plano Nacional de Logística e Transportes (MT, 2007).

23

FIG. 2 Matriz de Transportes - Brasil - 2005: Real - 2025: Projetada

Fonte: Plano Nacional de Logística & Transportes (PNLT) – 2007

A distribuição espacial da logística de transportes no território brasileiro revela outro

desequilíbrio com a concentração na região centro-sul com destaque para o estado de São Paulo.

A malha rodoviária possui vascularização e densidade muito superiores, demonstrando

a predominância deste modo de transporte para a circulação de mercadorias e pessoas. A forte

predominância das rodovias sobre os outros modos de transporte no país é evidenciada pela

participação de 61% do transporte de carga.

As regiões metropolitanas de São Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Porto Alegre

destacam-se pela alta densidade de rodovias e ferrovias com grande influência na economia

brasileira (IBGE, 2014).

2.1.4. ENERGIA E TRANSPORTE NO BRASIL

O setor de transportes no Brasil apresenta-se, historicamente, como grande consumidor

de derivados de petróleo.

O comportamento de crescimento do consumo total de derivados de petróleo e gás

natural pelo setor de transportes é demonstrado pela série histórica que abrande o período de

1973 até 2013, conforme FIG. 3.

24

FIG. 3 Consumo Total de Derivados de Petróleo e Gás Natural - 1973/2013 - 103 tep (toe)

Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013)

Empresa de Pesquisa Energética (EPE)

O setor de transportes no Brasil é o 2º maior consumidor de energia, respondendo por

32% de todo consumo final no ano de 2013, segundo o Balanço Energético Nacional (EPE,

2014a).

A FIG. 4 apresenta o consumo de energia no Brasil por setores da economia no ano de

2013, conforme publicado no Balanço Energético Nacional (EPE, 2014a). A produção

industrial, transporte de carga e mobilidade das pessoas respondem por 66% do consumo de

energia do país.

FIG. 4 Consumo de Energia por Setores da Economia Brasileira – 2013

Participação por Setores da Economia (em %)



25

A FIG. 5 apresenta o consumo de energia pelo setor de transportes no Brasil por tipo de

fonte de energia no ano de 2013, conforme publicado no Balanço Energético Nacional (EPE,

2014a).

A participação do óleo diesel destaca-se entre todas as fontes de energia, com 46,4% do

consumo total de energia do setor de transportes.

FIG. 5 Consumo de Energia nos Transportes (2013)

Participação por Tipo de Fonte de Energia (em %)



A predominância do modo de transporte rodoviário é destacada com um consumo médio

de 59.401 toe (103 tep) no período compreendido entre 2004 e 2013. O transporte ferroviário

apresenta-se com baixo consumo de energia quando comparado a outros modos de transporte,

com consumo médio de 1088 toe (103 tep) no mesmo período, conforme apresentado na FIG.

6.

26

FIG. 6 Consumo Final do Setor de Transportes - Brasil - 2013 - 103 tep (toe)



2.1.5. AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES (ANTT)

A Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) tem por missão “assegurar aos

usuários adequada prestação de serviços de transporte terrestre” (ANTT, 2015).

As competências da ANTT compreendem:

Concessão: ferrovias, rodovias e transporte ferroviário associado à exploração

da infraestrutura;

Permissão: transporte coletivo regular de passageiros pelos meios rodoviário e

ferroviário não associados à exploração da infraestrutura;

Autorização: transporte de passageiros por empresa de turismo e sob regime de

fretamento, transporte internacional de cargas, transporte multimodal e terminais

(ANTT, 2015).

As áreas de atuação da agência compreendem:

Transporte ferroviário;

27

Transporte rodoviário;

Transporte dutoviário;

Transporte multimodal;

Terminais e vias (ANTT, 2015).

Em relação ao transporte ferroviário, a agência atua na:

Exploração da infraestrutura ferroviária;

Prestação do serviço público de transporte ferroviário de cargas;

Prestação do serviço público de transporte ferroviário de passageiros (ANTT,

2015).

2.1.6. AS CONCESSÕES FERROVIÁRIAS NO BRASIL

A história recente do transporte ferroviário de carga no Brasil foi marcada pelo processo

de privatização da Rede Ferroviária Federal S.A. promovido pelo Governo Federal no final de

década de 90.

A Rede Ferroviária Federal S.A., criada em 16 de março de 1957, tinha como objetivo

administrar, explorar, conservar, reequipar, ampliar, melhorar e manter em tráfego as estradas

de ferro a ela incorporadas, conforme a Lei nº 3.115. Este papel foi exercido por quase 40 anos.

Entretanto, em sua fase final, a empresa estatal apresentava altos índices de ineficiência e servia

com um obstáculo ao crescimento do setor de transportes. A empresa operava com margens de

lucro muito apertadas e os déficits eram compensados por meio de concessão de subsídios

públicos. A falta de investimentos culminou na deterioração da infraestrutura e, por

consequência, na competitividade da ferrovia.

No início da década de 90, o Governo Federal colocou em prática ações voltadas para a

privatização, concessão e delegação de serviços públicos de transporte com o objetivo de

aumentar a oferta e melhorar a prestação desses serviços.

28

A inclusão da Rede Ferroviária Federal S.A. no Programa Nacional de Desestatização

(PND), através do Decreto n.º 473/92, iniciou o período de concessões dos serviços de

transportes.

As FIG. 7 apresenta a malha ferroviária do Brasil conforme registro da Agência

Nacional de Transportes Terrestres (ANTT).

FIG. 7 Malha Ferroviária do Brasil

Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT

Destaque das ferrovias realizado pelo autor

29

A TAB. 1 apresenta as empresas criadas (concessionárias) no primeiro período de

concessões (1996-1998).

TAB. 1 Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil

Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)

Em 28/06/97, o Governo Federal outorgou à Companhia Vale do Rio Doce - CVRD,

em processo de privatização, a exploração da Estrada de Ferro Vitória a Minas e da Estrada de

Ferro Carajás.

As empresas concessionárias operam o transporte mediante contrato de concessão que

tem como objeto a exploração e desenvolvimento do transporte de cargas em ferrovias,

estabelece a duração das concessões (30 anos), a forma e o valor de pagamento, as obrigações

e os direitos das partes envolvidas.

Além do contrato de concessão, existe o contrato de arrendamento, onde são definidos

os valores a serem pagos pelas concessionárias pela utilização dos ativos cedidos pela União.

Em período recente, as concessionárias do transporte ferroviário foram reorganizadas

conforme apresentado na TAB.2 (ANTT, 2014).

30

TAB. 2 Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil


A malha ferroviária brasileira utiliza dois tipos de bitola: bitola larga (1,60m) e bitola

métrica (1,00m). Em alguns trechos há a sobreposição de bitolas caracterizando bitola mista.

A TAB. 3 apresenta a extensão da malha ferroviária brasileira por concessionária e por bitola

utilizada (ANTT, 2014).

TAB. 3 Extensão da Malha Ferroviária do Brasil – 2013 (em KM)


Concessão Atual Concessão Inicial

ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. FERRONORTE - Ferrovias Norte Brasil S.A

ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A NOVOESTE - Ferrovia Novoeste S. A.

ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A. FERROBAN - Ferrovia Bandeirantes S.A.

ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. ALL - América Logística do Brasil S.A.

EFC - Estrada de Ferro Carajás EFC - Estrada de Ferro Carajás

EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas

FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A. FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A.

FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A

FNS - Ferrovia Norte Sul S.A. FNS - Ferrovia Norte Sul S.A.

FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A.

MRS Logística S.A. MRS Logística S.A.

TLSA - Transnordestina Logística S.A. CFN - Companhia Ferroviária do Nordeste S.A

Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT

Tabela X.X - Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil

Concessão Atual Bitola 1,60 Bitola 1,00 Mista Total

ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. 754 754

ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A 1.945 1.945

ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A. 1.463 243 283 1.989

ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. 7.254 11 7.265

EFC - Estrada de Ferro Carajás 892 892

EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas 905 905

FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A. 7.271 156 7.427

FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A 248 248

FNS - Ferrovia Norte Sul S.A. 720 720

FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. 164 164

MRS Logística S.A. 1.632 42 1.674

TLSA - Transnordestina Logística S.A. 4.189 18 4.207

Total 5.461 22.219 510 28.190


Tabela X.X - Extensão da Malha Ferroviária do Brasil (km) - 2013

31

A utilização de bitolas de tipos diferentes é um dos principais gargalos existentes na

malha ferroviária brasileira, em função de impedir a circulação de material rodante por toda a

extensão da ferrovia. A prestação de serviço a um determinado cliente que envolva a utilização

de dois ou mais tipos de bitola implica necessariamente na operação de transbordo para troca

de material rodante adequado a cada tipo de bitola, onerando o serviço e aumentando o tempo

de prestação do serviço (CNT, 2013).

A TAB. 4 apresenta os principais produtos transportados pelas concessionárias

brasileiras de transporte ferroviário (ANTT, 2014).

TAB. 4 Produto Transportado por Concessionária


Concessão Atual Principais Produtos Transportados

ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. Grãos – milho, Soja, Farelo de Soja, Álcool,

Contêiner de 40 pés, Celulose.

ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A Minério de Ferro, Celulose, Areia, Produtos

Siderúrgicos – Outros, Ferro gusa, Álcool.

ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A.

Açucar, óleo diesel, gasolina, cloreto de

potássio, adubo orgânico a granel, contêiner

de 40 pés.

ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. Soja, açúcar, grãos de milho, óleo diesel,

farelo de soja, álcool.

EFC - Estrada de Ferro Carajás

Minério de Ferro, Ferro Gusa, Manganês,

Outros Combustiveis e derivados Perigosos,

Cobre.

EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas

Minério de Ferro, Carvão Mineral, Prd.

Siderúrgicos - Bobina, Celulose, Coque,

Toras de Madeira.

FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A.Soja, minério de ferro, bauxita, açúcar, grãos

de milho, calcário siderúrgico.

FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A Soja, grãos de milho, contêiner de 40 pés,

grãos de trigo, óleo vegetal.

FNS - Ferrovia Norte Sul S.A.Soja, Minério de Ferro, Grãos – Milho, Álcool,

Óleo Diesel.

FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. Carvão mineral.

MRS Logística S.A.

Minério de Ferro, Produtos Siderúrgicos –

Outros, Carvão Mineral, Bauxita, Areia,

Açúcar.

TLSA - Transnordestina Logística S.A.

Cimento acondicionado, óleo diesel,

gasolina, minério de ferro, calcário britado,

coque.


Tabela X.X - Produto Transportado por Concessionária

32

2.1.7. PRODUÇÃO DAS FERROVIAS BRASILEIRAS

O transporte ferroviário de carga pode ser caracterizado pelo tipo de produto

transportado que influencia a escolha de vagões, a determinação da tração necessária (potência

das locomotivas), a formação dos trens (quantidade de vagões a serem tracionados) e as

operações de carga e descarga. As ferrovias podem ser caracterizadas em dois grandes grupos:

carga pesada e carga geral.

2.1.7.1. FERROVIA DE CARGA PESADA

A International Heavy Haul Association (IHHA) é uma associação técnica e científica

sem fins lucrativos que reuni ferrovias de carga pesada. Segundo critérios definidos pela IHHA,

uma ferrovia de carga pesada é definida como aquela que satisfaz pelo menos dois dos seguintes

requisitos (IHHA, 2015):

Regularmente opera ou está contemplando a operação de unidade ou trem de,

pelo menos, 5 000 toneladas;

Obtém receita oriunda de frete de pelo menos 20 milhões de toneladas por ano

ao longo de uma extensão de, pelo menos, 150 km;

Regularmente opera ou está contemplando a operação de equipamentos com

cargas por eixo de 25 toneladas ou mais.

A maioria das ferrovias de carga pesada, em escala mundial, utiliza a bitola padrão,

provavelmente devido à grande base de fornecedores de material rodante para este tipo de

bitola. A TAB. 5 apresenta as bitolas ferroviárias e exemplos de utilização.

33

TAB. 5 Bitolas Ferroviárias

Fonte: The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank - 2011

Uma das principais características da ferrovia de carga pesada é o transporte de carga

unitária. No Brasil, minérios de ferro e carvão mineral são os principais produtos transportados

por ferrovias de carga pesada (BAMBINI, 2014). As concessionárias MRS Logística S.A.,

Estrada de Ferro Vitória a Minas (EFVM) e Estrada de Ferro Carajás (EFC) atuam no mercado

de transporte de carga pesada no Brasil.

2.1.7.2. FERROVIA DE CARGA GERAL

A ferrovia de carga geral tipicamente transporta mercadorias/produtos com embalagem

específica para transporte ou unitização, onde há marca de identificação e contagem de

unidades. A carga geral pode ser solta (sacarias, fardos, caixas de papelão e madeira,

engradados, tambores, etc.) ou unitizada, onde a carga é constituída de materiais arranjados e

acondicionados de modo a possibilitar a movimentação e armazenagem por meios mecanizados

como uma única unidade.

A carga geral também inclui a carga a granel, onde a carga líquida ou seca é embarcada

e transportada sem acondicionamento, sem marca de identificação e sem contagem de unidades,

tais como petróleo e trigo, e a carga perigosa, que, em virtude da sua natureza, pode provocar

acidentes, danificando outras cargas ou os meios de transporte e colocando em risco as pessoas

que a manipulam. São exemplos de cargas perigosas: explosivos, gases, líquidos inflamáveis,

etc.

O transporte de carga geral pode envolver vários modos de transporte para concretizar

a entrega no local de destino designado pelo cliente. O transporte intermodal representa o

Nome Medida Métrica Medida Inglesa % de Utilização Quem usa

Standard 1,435 4'8-1/2" 57% USA Canadá, Europa, China

CIS/Russian 1,525 5' 18% Rússia, Ucrânia, Cazaquistão

Cape 1,067 3'6" 9% Africa do SuI, Indonésia, Japão

Meter 1,000 3'3-3/8" 8% Brasil, Índia, Argentina

Indian 1,676 5'6" 6% índia, Paquistão, Argentina, Chile

Iberian 1,668 5'5-2/3" 1% Portugal, Espanha

Irish 1,600 5'3" 1% Irlanda, Austrália, Brasil

Fonte: The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank - 2011

Tabela X.X - Bitolas Ferroviárias

34

movimento de mercadorias que utiliza dois ou mais modos de transporte, sem manipular a

mercadoria nos intercâmbios de modo. O termo intermodalidade corresponde a um sistema em

que dois ou mais modos de transporte intervêm no movimento de mercadorias de uma forma

integrada. O transporte ferroviário de carga geral pode ser complementado, por exemplo, pelo

transporte rodoviário cobrindo as operações de carga na origem e no destino designados pelos

clientes, conforme exemplificado na FIG. 8.

FIG. 8 Transporte Intermodal – Rodoviário e Ferroviário

Fonte: elaborado pelo autor

A intermodalidade tem como grande vantagem a utilização de vários modos de

transporte, aproveitando as vantagens de cada um no seu contexto. Considerando que um

caminhão transporta 28 toneladas de carga, seriam necessários 16,143 milhões de caminhões

para transportar as 452 milhões de toneladas que foram transportadas por ferrovia no Brasil em

2013 (média de 44.288 caminhões/dia) (BAMBINI, 2014).

2.1.7.3. TRANSPORTE REALIZADO PELAS FERROVIAS BRASILEIRAS

As concessionárias brasileiras de transporte ferroviário de carga transportaram

449.300.000 TU (tonelada útil) em 2013. Houve uma redução de 2,31% em relação ao ano de

2012 (ANTT, 2013).

A TAB. 6 apresenta a carga transportada por todas as concessionárias brasileiras de

transporte ferroviário de carga no período compreendido entre 2006 e 2013. As ferrovias

EFVM, MRS e EFC formam o grupo das ferrovias com transporte anual acima de 800.000.00

TU. As demais ferrovias formam o segundo grupo. Cabe ressaltar que o agrupamento proposto

35

não reflete uma classificação oficial. O agrupamento proposto serve única e exclusivamente

para referenciar o perfil das concessionárias do transporte ferroviário.

TAB. 6 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 - (em milhares de TU)


A FIG. 9 apresenta em destaque a carga transportada pelas concessionárias EFC, EFVM

e MRS, empresas com foco no transporte de carga pesada. A FIG. 10 apresenta a carga

transportada pelas concessionárias com foco em carga geral.

Concessionária 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Total

EFVM 131.620 136.604 133.211 104.317 131.755 133.462 133.187 125.296 1.029.452

MRS 101.998 114.064 119.799 110.954 123.030 130.009 131.404 130.906 962.164

EFC 92.591 100.361 103.670 96.267 104.949 114.543 117.726 115.006 845.113

ALLMS 28.942 26.536 26.763 26.073 25.975 27.067 24.192 22.940 208.488

FCA 15.177 18.957 19.280 17.455 21.242 18.958 22.254 22.924 156.247

ALLMN 5.551 6.928 8.232 10.072 10.498 11.611 13.952 14.416 81.260

ALLMP 4.221 3.473 5.229 4.917 6.719 7.490 5.702 5.336 43.087

ALLMO 3.355 2.690 3.235 2.778 4.430 4.421 3.932 4.625 29.466

FTC 2.627 2.635 3.038 2.856 2.637 2.448 2.968 3.240 22.449

FNS 1.424 1.639 2.012 2.541 2.934 3.114 13.664

TLSA 1.519 1.814 1.643 1.467 1.529 1.431 1.389 1.212 12.004

FERROESTE 1.511 862 996 646 471 400 306 285 5.477

Total 389.112 414.924 426.520 379.441 435.247 454.381 459.946 449.300 3.408.871


Tabela X.X - Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013em milhares de tonelada útil (TU)

36

FIG. 9 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 01 (em milhares de TU)


FIG. 10 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 02 (em milhares de TU)


37

A FIG. 11 apresenta o transporte realizado em 2013, com destaque para a MRS Logística

S.A., maior transportadora no ano e para a América Latina Logística Malha Sul S.A., maior

transportadora com foco em carga geral.

FIG. 11 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhares de TU)


O indicador tonelada-km-útil (TKU) é um dos principais parâmetros de uma ferrovia.

Ele reflete a carga efetivamente transportada (tonelada-útil) e a distância percorrida no

transporte medida em quilômetro (km). Assim, uma TKU significa o deslocamento de uma

tonelada pela distância de um quilômetro.

A TAB. 7 apresenta a carga transportada pelas ferrovias brasileiras medida em milhões

de toneladas-km-útil (TKU). Destaque para a concessionária Estrada de Ferro Carajás, sendo a

empresa com a maior quantidade de TKU realizada. A concessionária América Latina Logística

Malha Sul S.A. destaca-se por ser a maior entre as empresas que tem foco na carga geral.

38

TAB. 7 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 – (em milhões de TKU)


A FIG. 12 apresenta o posicionamento das concessionárias de acordo com o transporte

realizado no ano de 2013 medido em TKU.

FIG. 12 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhões de TKU)


A TAB. 8 apresenta a evolução do transporte de cargas por tipo de mercadoria no

período transcorrido entre 2003 e 2010. O minério de ferro é a mercadoria com maior volume

de transporte, correspondendo a 73,51% do total de mercadorias transportadas, conforme

apresentado na FIG. 13.

Concessionárias 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Total

EFC 76.724 83.367 87.516 83.948 91.052 99.567 103.399 101.011 726.584

EFVM 73.442 75.511 72.783 57.929 73.480 74.830 74.075 72.009 574.059

MRS 47.662 52.590 55.621 51.273 57.490 61.259 62.408 61.468 449.771

ALLMS 18.423 17.147 17.378 17.196 17.474 18.121 16.297 15.789 137.825

FCA 9.132 14.225 15.060 14.198 15.320 13.948 16.479 17.789 116.151

ALLMN 7.446 9.394 11.297 13.887 14.618 16.073 19.451 20.594 112.760

ALLMP 2.232 1.909 3.054 3.019 4.004 4.689 4.234 3.912 27.053

ALLMO 1.432 1.203 1.345 1.312 1.783 1.760 1.704 1.484 12.023

FNS 1.026 1.155 1.524 1.874 2.322 2.377 10.278

TLSA 678 963 920 730 728 681 703 535 5.938

FERROESTE 1.005 620 747 469 273 209 190 153 3.666

FTC 183 189 213 202 185 173 190 239 1.574

Total 238.359 257.118 266.960 245.318 277.931 293.184 301.452 297.360 2.177.682


Tabela X.X - Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013

em milhões de Toneladas x Quilômetro útil (TKU)

39

TAB. 8 Evolução do Transporte de Cargas por Tipo de Mercadoria - 2003/2010 - (em milhões

de TKU)


FIG. 13 Principais Mercadorias Transportadas em 2010

(% calculado sobre a produção de transporte em TKU)


As concessionárias Estrada de Ferro Carajás, Estrada de Ferro Vitória a Minas e MRS

Logística S.A. consolidam-se como as maiores ferrovias do Brasil.

Tipo de mercadoria 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Total

Minério de Ferro 123.332 142.673 158.458 172.601 189.252 196.308 177.327 204.312 1.364.263

Soja e Farelo de Soja 15.231 14.496 17.329 20.822 18.048 20.065 21.392 20.582 147.965

Produção Agrícola 5.679 7.061 6.741 6.890 11.775 11.518 13.496 17.031 80.191

Indústria Siderúrgica 9.036 10.152 9.935 10.537 10.385 10.501 7.073 8.798 76.417

Combustíveis 3.736 3.783 3.913 5.292 5.608 5.909 5.877 5.742 39.860

Granéis Minerais 2.858 3.955 3.117 5.070 5.222 5.794 5.174 6.184 37.374

Carvão/coque 4.055 4.117 3.871 3.768 4.099 4.394 3.152 4.052 31.508

Adubos e Fertilizantes 2.663 3.107 2.986 4.465 4.908 4.415 3.640 3.975 30.159

Cimento 2.167 1.979 1.886 2.067 2.264 2.310 2.034 2.073 16.780

Indústria Cimenteira e Construção 1.429 1.461 1.369 1.716 2.005 2.059 1.581 1.562 13.182

Conteiner 159 265 203 1.680 1.917 2.262 2.954 1.799 11.239

Extração Vegetal e Celulose 644 658 776 1.150 1.152 1.097 1.440 1.655 8.572

Carga Geral/Conteiner 92 109 22 1.538 466 328 176 157 2.888

Outras Mercadorias 11.555 11.889 11.030 0 0 0 0 0 34.474

Total 182.636 205.705 221.636 237.596 257.101 266.960 245.316 277.922 1.894.872


Tabela X.X - Evolução do transporte de cargas por tipo de mercadoria - 2003/2010em milhões de Toneladas x Quilômetro útil (TKU)

40

2.1.8. EMISSÕES ATMOSFÉRICAS DAS FERROVIAS BRASILEIRAS

O 1º Inventário Nacional de Emissões Atmosféricas do Transporte Ferroviário de

Cargas (ANTT, 2012), publicado pela Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) e

Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA) destaca as emissões totais do transporte

ferroviário de cargas no período 2002/2011, conforme mostra a TAB. 9.

O inventário apresenta as emissões de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido

nitroso (N2O), monóxido de carbono (CO), compostos orgânicos voláteis não-metânicos

(NMVOC), dióxido de nitrogénio (NO2) e material particulado (MP).

TAB. 9 Emissões Totais do Transporte Ferroviário de Cargas 2002/2011


Todos as emissões de gases e MP apresentaram incremento progressivo, com

desaceleração em 2009, em função do cenário de crise econômica mundial, e retomada da

tendência de alta já no ano subsequente (ANTT, 2012).

A TAB. 10 apresenta as emissões anuais de CO2 por concessionária ferroviária no

período de 2002/2011.

A FIG. 14 apresenta as concessionárias com maior emissão de CO2 no período de

2001/2011. Ressalta-se que as três primeiras ferrovias focam o transporte de carga pesada

(minério de ferro) e as duas últimas focam o transporte de carga geral.

Poluente Unidade 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CO2 mil t 2.125 2.096 2.390 2.530 2.806 3.008 3.104 2.772 3.047 3.079

CH4 145 143 163 173 191 205 212 189 208 210

N2O 17 17 20 21 23 25 25 23 25 25

CO 28.798 28.591 32.595 34.508 38.271 41.018 42.336 37.807 41.552 41.996

NMVOC 5.796 5.718 6.519 6.902 7.654 8.204 8.467 7.561 8.310 8.399

NO2 34.773 34.309 39.114 41.409 45.925 49.221 50.803 45.369 49.863 50.395

MP10 987 974 1.110 1.176 1.304 1.397 1.442 1.288 1.416 1.431


t

Tabela X.X - Emissões totais do transporte ferroviário de cargas - 2002/2011

41

TAB. 10 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t)


FIG. 14 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t)


2.2. MATERIAL RODANTE: LOCOMOTIVAS E VAGÕES

Material Rodante é o conjunto de todos os equipamentos que se locomovem sobre a via

permanente.

Concessionária 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

ALLMN 33,1 3,2 7,9 25,7 157,7 194,4 226,0 263,5 274,0 361,1

ALLMO 28,8 22,2 41,4 24,1 51,2 44,5 41,2 42,2 51,5 47,0

ALLMP 80,5 38,9 43,7 104,2 93,1 67,3 114,4 111,4 150,7 136,4

ALLMS 347,8 364,2 365,2 426,9 457,9 433,6 386,1 408,8 421,4 395,4

EFC 276,0 263,9 343,1 379,6 430,4 474,8 484,5 425,8 481,2 489,5

EFVM 496,7 528,2 553,4 568,0 573,1 597,8 552,8 382,8 583,8 567,7

FCA 356,5 305,6 405,0 312,8 285,2 392,1 477,6 454,1 349,7 274,5

FERROESTE 12,1 14,1 2,9 2,8 33,3 16,5 23,6 15,6 6,0 5,6

FNS 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10,4 12,3 17,4 19,0

FTC 3,9 3,0 3,5 3,4 3,9 3,7 4,0 3,8 3,3 3,1

MRS 461,1 523,5 591,9 649,9 693,6 747,1 749,3 624,1 679,7 746,3

TNLSA 28,2 29,6 32,0 33,0 26,8 35,9 34,2 27,7 28,2 24,8

Total 2.124,7 2.096,4 2.390,0 2.530,4 2.806,2 3.007,7 3.104,1 2.772,1 3.046,9 3.070,4


Tabela X.X - Emissões anuais de CO2 por concessionária ferroviária (mil t)

42

O material rodante pode ser classificado pela sua capacidade de tração em:

Material de Transporte, sem tração ou rebocado - são os carros que transportam

os passageiros e os vagões que transportam as cargas.

Material de Tração - são as locomotivas e os carros motores. Usualmente as

locomotivas são também denominadas de material de tração.

Uma locomotiva é um veículo ferroviário que fornece a energia necessária para a

colocação de um trem em movimento.

As locomotivas mais empregadas atualmente no Brasil são as que possuem propulsão

diesel-elétrica (SANTOS, 2007).

A FIG. 15 apresenta o esquema de uma locomotiva, com destaque para o gerador, motor

diesel e motores de tração.

FIG. 15 Esquema típico de uma locomotiva diesel-elétrica

Fonte: adaptado pelo autor a partir de esquema do

Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa (UFES)

Na tração diesel-elétrica um motor diesel gera energia mecânica através do calor gerado

pela queima da mistura ar e combustível dentro dos cilindros do motor. A energia mecânica é

transferida a um alternador/gerador acoplado a este motor transformando-a em energia elétrica

que é transferida para os motores de tração acoplados aos rodeiros, conjunto formado por eixo,

43

rodas e rolamentos, a fim de tracionar as locomotivas (BRINA, 1983).

O vagão é o veículo destinado ao transporte de cargas. Não possui capacidade motriz,

ou seja, necessita ser rebocado.

O vagão é composto de duas partes principais:

Truques - rodeiros/rodas

Caixa - destinado a carga

O truque de vagão é composto no mínimo por dois rodeiros, cada rodeiro possuindo

duas rodas. As quatro rodas do truque estão sempre paralelas e fixas ao truque. Cada vagão é

possui dois truques.

A caixa de vagão tem sua estrutura específica para o transporte de cada carga e é

acoplada ao truque.

Os vagões GDT e HAT, do tipo Gôndola e Hopper respectivamente, por exemplo, são

adequados para o transporte de minério. As TAB. 11 e 12 apresentam as especificações dos

vagões GDT e HAT.

TAB. 11 Características do Vagão GDT

Fonte: MRS Logística S.A.

Tipo Gôndola

Subtipo para descarga em car dumper

Classificação GDT

Comprimento útil (m) 8,85

Largura útil (m) 2,9

Volume útil (m3) 45

Capacidade líquida nominal (t) 95,5/111

Sistema de carga por cima

Sistema de descarga em car dumper

Utilização corrente minério de ferro


Vagão GDT

Tabela X.X - Características do Vagão GDT

44

TAB. 12 Características do Vagão HAT


2.3. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

2.3.1. A GESTÃO DA ENERGIA

A energia é, atualmente, um tema dominante na agenda de transportadores ao redor do

mundo e se manterá assim nas próximas décadas por duas razões críticas:

Os custos de energia têm aumentado drasticamente nos últimos anos e continuará a

aumentar no futuro;

As emissões de carbono decorrentes do uso de energia é uma questão preocupante

na medida em que as consequências do aquecimento global ser tornam mais claras.

Mesmo em se tratando da utilização de energia “renovável” a situação não é muito

melhor. Ela não é barata e também possuí consequências ambientais.

A utilização de combustível fóssil é cada mais regulada em relação aos poluentes

gerados.

A globalização do mercado de energia e a interligação das redes de abastecimento

implicam em que todos são afetados. Ninguém está imune aos seus efeitos. Tanto a pressão

financeira quanto a necessidade de gerir as emissões de dióxido de carbono, impactam o setor

Tipo Hopper

Subtipo Aberto

Classificação HAT

Comprimento útil (m) 8,7

Largura útil (m) 2,7

Volume útil (m3) 41

Capacidade líquida nominal (t) 95,2

Sistema de carga por cima

Sistema de descarga por baixo em moega

Utilização corrente minério de ferro


Vagão HAT

Tabela X.X - Características do Vagão HAT

45

ferroviário em termos tecnológicos e econômicos. O gerenciamento de energia apresenta-se

como uma oportunidade de reforçar a posição do transporte ferroviário como um meio de

transporte eficaz e ecológico (UIC, 2008).

2.3.2. DEFINIÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

O entendimento mais disseminado de eficiência energética diz respeito a maneiras de

consumir menos energia para realizar a mesma quantidade de serviço ou trabalho, ou seja,

significa diminuir a quantidade de energia primária destinada a produzir um bem ou serviço

(MARTINO, 2008).

A eficiência energética não é conservação de energia. A conservação de energia

significa reduzir ou não utilizar um serviço para economizar energia. Tanto a eficiência

energética como a conservação de energia podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

Como um recurso de energia, a eficiência energética tem o potencial único de contribuir

simultaneamente para a segurança energética a longo prazo (proteção de recursos naturais,

suprimento de combustíveis vitais, desenvolvimento sustentável, proteção ambiental),

crescimento econômico, e até mesmo a melhoria da saúde e bem-estar. É um dos principais

meios para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e o próprio consumo de energia. A

obtenção de ganhos com a eficiência energética não é apenas decorrência da adoção de

dispositivos mais eficientes, mas também a identificação, medição e, em seguida, a promoção

de comportamentos e estilos de vida e de produção que limitem ou reduzam o consumo de

energia (IEA, 2014a).

A eficiência energética, em escala global, tem ocupado lugar de destaque como uma

fonte de energia no contexto dos esforços nacionais e internacionais para atingir metas de

sustentabilidade. Isso reflete uma mudança de paradigma em que a eficiência energética tem

sido usada na busca de crescimento econômico apoiando a segurança energética,

competitividade e sustentabilidade ambiental (IEA, 2014a).

Um conceito necessário ao entendimento da eficiência energética é o da intensidade

energética. A partir de um ponto de vista técnico, um aumento da eficiência energética ocorre

46

quando os insumos energéticos são reduzidos para produzir um determinado produto ou nível

de serviço ou quando há um aumento de produção ou os serviços são melhorados com a mesma

quantidade de insumos energéticos (EPE, 2010, 2012 e 2014).

A eficiência energética refere-se à atividade ou um produto que pode ser obtido com

uma dada quantidade de energia; por exemplo, a quantidade de toneladas de aço que pode ser

fundida com um megawatt de eletricidade.

A intensidade energética é medida pela quantidade de energia necessária por unidade de

produção ou atividade, de modo que a utilização de menos energia para produzir um produto

reduz a produção.

A intensidade energética é comumente usada como medida da eficiência energética

associada à economia de um determinado país. Ela é calculada pelo valor global da energia

consumida nesse país dividida pelo seu produto interno bruto (PIB) e pode ser representada,

por exemplo, em megajoules por dólar. Assim, uma intensidade energética elevada reflete um

alto custo de conversão de energia em produção, enquanto que uma intensidade energética

reduzida reflete, por seu lado, um baixo custo de conversão de energia em produção

A distinção entre a intensidade energética e eficiência energética é importante quando

várias tecnologias ou produtos múltiplos estão sendo comparados. Embora não seria sensato

comparar a eficiência energética da produção de aço com a eficiência energética da produção

de etanol, é possível analisar a intensidade energética de toda a produção.

2.3.3. DEFINIÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

A utililização de indicadores de eficiência energética é bastante ampla e variada. Os

indicadores de eficiência energética podem ser calculados de diversas formas, dependendo de

critérios específicos adotados por países e empresas.

Eficiência energética é um termo genérico e não existe uma medida quantitativa

inequívoca para mensurá-la. Em geral, a eficiência energética refere-se a utilização de menos

47

energia para produzir a mesma quantidade de serviços ou saída útil (PATTERSON,1996).

Assim, o indicador de eficiência energética é definido pela razão:

𝐼𝐸𝐸 =𝑠𝑎í𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜

𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 (1)

EQ. 1 Indicador de Eficiência Energética

A "saída útil" de um processo não precisa ser necessariamente uma saída de energia.

Pode ser uma tonelada de produto ou alguma outra saída fisicamente definida, ou pode ser uma

saída enumerada em termos de preços de mercado. Os indicadores de eficiência energética, por

vezes, envolvem relações que invertem o numerador e o denominador. Por exemplo, a relação

energia/PIB é vulgarmente utilizada como um indicador de "intensidade energética".

Um certo número de indicadores pode ser utilizado para monitorar as alterações em

eficiência energética. Os indicadores dividem-se em quatro grupos principais:

Termodinâmicos: baseados inteiramente na ciência da termodinâmica, indicam a

relação entre o processo real e o ideal quanto à necessidade de uso de energia

(exemplo: eficiência térmica de um sistema de aquecimento);

Físicos-termodinâmicos: consideram a quantidade de energia requerida em unidades

termodinâmicas, mas as saídas (produtos) são expressas em unidades físicas

(consumo de energia de um edifício por m2);

Econômicos-termodinâmicos: têm como referência a energia requerida em unidades

termodinâmicas, mas os produtos são expressos em unidades econômicas (valores

monetários) (exemplo: intensidade energética do PIB);

Econômicos: tanto a energia requerida como os produtos a são expressos em valores

menetários (exemplo: gastos de energia por unidade do PIB) (PATTERSON,1996).

Os indicadores físicos-termodinâmicos são medidos em unidades físicas. Estas unidades

físicas são projetadas especificamente para refletir o serviço de utilização final na ótica do

consumidor. Por exemplo, a saída desejada do transporte de cargas deve refletir o peso da carga

pela distância percorrida, portanto, pode ser medida por tonelada quilometro (t-km).

48

Assim, uma medida de eficiência de energia apropriada para o transporte de carga pode

ser:

𝐼𝐸𝐸 = 𝑠𝑎í𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 (𝑡 − 𝑘𝑚)

𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜

(2)

EQ. 2 Eficiência Energética Apropriada ao Transporte de Carga

Uma vantagem da utilização de medidas físicas é que elas podem ser mensuradas mais

facilmente. Elas também tem a vantagem de refletir diretamente o que os consumidores estão

realmente exigindo em termos de um serviço (PATTERSON,1996).

Os indicadores físicos-termodinâmicos têm a vantagem de, usando medidas físicas e

termodinâmicas, mensurarem objetivamente o consumo requerido em seu uso final. Eles podem

ser prontamente comparados e analisados em séries temporais em função da possibilidade de

contabilizar o produto final em quantidades físicas (ABREU, 2010).

Se os indicadores físico-termodinâmicos medem a eficiência energética a ser

efetivamente usada, é apropriado que eles sejam desenvolvidos em uma base setorial para

refletir as especifidades do setor em questão

Diferentes tipos de indicadores físico-termodinâmico podem ser desenvolvidos para o

setor de transporte. As medições de saída precisam refletir o objetivo do tipo específico de

atividade de transporte. Para o transporte de mercadorias, um indicador apropriado é, portanto,

a entrada de energia/tonelada-quilômetro. A função do transporte de mercadorias é movimentar

carga (medido por toneladas) por uma determinada distância (medida por quilômetro). Para o

transporte de passageiros, entrada de energia/passageiro-km pode ser um indicador apropriado

(PATTERSON,1996).

Segundo Forsström et al (2011), nos processos em que a saída não é mensurável como

a energia, há a necessidade de adequação no tratamento da eficiência energética. A medida tem

de ser concebida para a saída que descreve corretamente o serviço, processo, bens, consumo ou

necessidade que demanda a energia e é denominada indicador de demanda (FORSSTRÖM.

49

2011).

Um indicador da demanda é uma medida do número de unidades consumidoras de

energia, ou a quantidade de serviço ou de saída, para os quais entradas de energia são requeridas

(EIA,2014b).

Indicadores de eficiência energética, no uso prático, muitas vezes tomam a forma de

intensidade energética:

𝐼𝐸𝐸 =𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎

𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎

(3)

EQ. 3 Intensidade Energética

A intensidade energética é inversamente proporcional à eficiência energética, isto é,

quanto maior for a eficiência de um determinado processo, menor será a sua intensidade

energética.

Intensidade energética de diferentes tipos tornam-se os indicadores de eficiência

energética mais comuns em uso em vários setores da economia (FORSSTRÖM, 2011).

Segundo Can et al (2010), a dificuldade em definir a eficiência energética é relevante

para a sua medição. Não existe uma medição quantitativa definitiva de eficiência energética.

Nós sabemos o quanto de energia foi consumido, mas não sabemos o quanto teria sido

consumido se tivéssemos sido mais ou menos eficientes.

Indicadores de eficiência energética são usados para calcular o quanto foi obtido de

melhoria na redução do consumo de energia. Eles são definidos como a razão entre o consumo

de energia por unidade de atividade, tal como energia por valor agregado, litro de gasolina por

quilômetro percorrido, etc. Quanto mais o indicador de consumo de energia for detalhado,

melhor será a estimativa da eficiência energética (CAN, 2010).

Segundo Ferreira et al (1994), eficiência energética é um conceito generalizado que se

refere às medidas a serem implementadas ou já implementadas, bem como os resultados

50

decorrentes da melhor utilização da energia. Portanto, racionalizar o uso da energia é fator

extremamente importante nos dias de hoje, uma vez que ao não usarmos de maneira racional

ou mais eficiente esse insumo, estamos simplesmente desperdiçanco um potencial que poderia

estar beneficiando outros processos produtivos.

Os indicadores energéticos podem ser definidos como macro-indicadores (quando

caracterizam a eficiência de um país ou região) e micro-indicadores (quando caracterizam a

eficiência de uma empresa, edifício ou habitação) (FERREIRA, 1994).

Para a Agência Internacional de Energia (IEA, 2014b), eficiência energética é a

obtenção de serviços energéticos, como produção, transporte e calor, por unidade de energia

utilizada, como gás natural, carvão e eletricidade.

Indicadores de energia são uma importante ferramenta para analisar interações entre

atividades humanas e econômicas, consumo de energia e emissão de dióxio de carbono (CO2).

Os indicadores monstram onde ganhos de energia podem ser obtidos, fornecem tendências de

consumo de energia e podem ser usados para modelar projeções sobre demanda de energia

(IEA, 2014b).

A norma técnica ABNT NBR ISO 50001:2011, publicada em 15.06.2011 sob o título

Sistemas de gestão da energia – Requisitos com orientações para uso, tem por objetivo

especificar requisitos para o estabelecimento, implementação, manutenção e melhoria de um

sistema de gestão da energia, cujo propósito é habilitar uma organização a seguir uma

abordagem sistemática para atendimento da melhoria contínua de seu desempenho energético,

incluindo eficiência energética, uso e consumo de energia.

A norma define energia como a capacidade de um sistema de produzir atividade externa

ou realizar trabalho. Energia refere-se às suas diversas formas, incluindo renováveis, que podem

ser compradas, armazenadas, processadas, utilizadas em equipamentos ou em um processo, ou

recuperadas (eletricidade, combustíveis, vapor, calor, ar comprimido e outras formas análogas).

A norma define eficiência energética com a razão ou outra relação quantitativa entre

uma saída de desempenho, serviços, produtos ou energia e uma entrada de energia. A entrada

e saída têm que ser claramente especificadas em quantidade e qualidade e serem mensuráveis.

51

Exemplo: energia requerida/energia usada, saída/entrada, energia teórica utilizada para

operar/energia usada para operar (ABNT, 2011).

2.3.4. INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO TRANSPORTE

FERROVIÁRIO DE CARGA

A Union Internationale des Chemins de Fer / International Union of Railways (UIC)

conduziu entre 2006 e 2010 o projeto “Innovative Integrated Energy Efficiency Solutions for

Railway Rolling Stock, Rail Infrastructure and Train Operation (Railenergy)”. O projeto teve

como o objetivo calcular o consumo de energia através do desenvolvimento de uma abordagem

holística, considerando novos conceitos e soluções técnicas integradas para melhorar a

eficiência energética do transporte ferroviário de carga (RAILENERGY, 2010).

O projeto resultou na identificação de 7 indicadores de eficiência energética do

transporte ferroviário:

(1) Consumo de energia final por esforço de tração;

(2) Consumo de energia final por transporte oferecido;

(3) Consumo de energia primária por saída real de tráfego;

(4) Consumo de energia final por saída real de tráfego;

(5) Participação no consumo de energia para os trens estacionados;

(6) Taxa de recuperação de energia;

(7) Eficiência da rede de distribuição de trem.

Indicador 1 - Consumo de Energia Final por Esforço de Tração

Medido em kWh/t-km ou L/t-km.

𝐼𝐶1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎

𝑒𝑠𝑓𝑜𝑟ç𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎çã𝑜

(4)

EQ. 4 Consumo de Energia Final por esforço de Tração

Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração diesel e elétrica.

52

Indicador 2 - Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido

Medido em kWh/assento-km ou L/assento-km


𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑒𝑟𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜

(5)

EQ. 5 Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido

𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑒𝑟𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑠𝑠𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 ∗ 𝑡𝑟𝑒𝑚 − 𝑘𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Indicador válido para trens de passageiros, tração diesel e elétrica.

Indicador 3 - Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego

Medido em Kj/passageiro-km ou Kj/tonelada-km.

𝐼𝐶3 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑎

𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑒𝑔𝑜 (6)

EQ. 6 Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego


Indicador 4 - Consumo de Energia Final por Saída Real de Tráfego

Medido em kWh/passageiro-km, L/passageiro-km, kWh/tonelada-km ou L/tonelada-

km.


𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑒𝑔𝑜

(7)

EQ. 7 Consumo de Energia Final por Saída real de Tráfego


53

Indicador 5 - Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados

ou Parados

Medido em %

𝐼𝐶5 =

𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑛𝑠(𝑒𝑚 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜)

𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎

(8)

EQ. 8 Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados ou Parados

Indicador válido trens de passagerios, tração diesel e elétrica.

Indicador 6 - Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo

Medido em %

𝐼𝐶6 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑚 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

(9)

EQ. 9 Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo

Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração elétrica somente.

Indicador 7 - Eficiência da Rede de Distribuição de Trem (incluindo subestações)

Medido em %

𝐼𝐶7 =

𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 −𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎

𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎

(10)

EQ. 10 Eficiência da Rede de Distribuição de Trem

Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração elétrica somente.

54

2.4. ESFORÇOS RESISTENTES AO MOVIMENTO DOS TRENS

O entendimento sobre os esforços resistentes ao movimento dos trens é essencial para a

compreensão da eficiência energética do transporte ferroviário de carga.

O estudo do movimento de um trem também exige o conhecimento completo das

resistências que se opõem ao avanço de cada um dos veículos, motores ou rebocados, que

constituem o trem (PIRES, 2002 e 2006).

Os esforços resistentes interferem diretamente na definição do quadro de tração, ou seja,

na definição da capacidade de tração (quantidade e potência das locomotivas) necessária para

tracionar uma determinada quantidade de vagões (VIANNA, 2007).

Barkan (2009) considera "resistência" e "eficiência energética" como sendo os dois

elementos primários relacionados ao consumo de energia na realização do transporte

(BARKAN, 2009):

Resistência significa: quanto trabalho é necessário para movimentar cargas e

pessoas?

Eficiência energética significa: quanto de energia é eficientemente convertida

em trabalho útil?

A resistência de trem é o conjunto de forças que se opõem ao movimento dos veículos

ferroviários, tratores e rebocados, quando se deslocam sobre a via férrea. A resistência é

considerada no ponto de contato entre as rodas e os trilhos e se opõe ao esforço trator nas rodas

da locomotiva (BRINA, 1983), conforme mostra a FIG. 16.

55

FIG. 16 Contato Roda Trilho


Devem ser consideradas as resistências dos veículos tratores (locomotivas) e veículos

rebocados (vagões).

A força que se opõe ao movimento do trem pode ser dividida em duas partes (BRINA,

1983):

Resistências normais – soma das resistências de toda natureza, que em reta e

nível, se opõe ao movimento do trem;

Resistências acidentais – soma das resistências devido à resistência de curva

(atrito), resistência de rampa (gravidade) e em virtude da alteração do estado de

repouso ou movimento (inércia).

2.4.1.1. RESISTÊNCIAS NORMAIS

As resistências normais podem ser classificadas em (BRINA, 1983):

Resistência de atrito

o Mangas dos eixos;

o Cubo das rodas;

o Frisos das rodas.

56

Resistência de gravidade (devido ao rolamento).

Resistência do Meio

o Pressão frontal;

o Atrito superficial (nas partes laterais e superiores);

o Turbilhonamento sob o veículo;

o Sucção, na parte traseira do veículo;

o Correntes atmosféricas.

As resistências normais são dadas por fórmulas empíricas que foram desenvolvidas ao

longo do tempo por diversos autores. Dentre estas fórmulas empíricas destacam-se as

desenvolvidas por W. J. Davis Jr. (1926). Elas são utilizadas no Brasil e nos Estados Unidos

para quantificar as resistências normais de trem (AREMA, 2009). Estas fórmulas empíricas são

um trinômio em função da velocidade. O termo constante em relação à velocidade (a)

compreende a resistência do rolamento dos aros das rodas sobre os trilhos e o atrito nos mancais

do eixo. O termo diretamente proporcional à velocidade (b) é devido principalmente à

resistência de atrito do friso das rodas com os trilhos e também devido ao atrito causado pelas

oscilações e balanços. Por fim, o termo dependente do quadrado da velocidade (c) representa a

parte aerodinâmica sendo sensível a diversos fatores como a forma frontal da composição,

intervalo entre trens e saliências na estrutura, conforme mostrado na FIG. 17.

FIG. 17 Coeficientes a, b e c da Resistência Normal


𝑅𝑛 = 𝑎 + 𝑏. 𝑉 + 𝑐. 𝑉2

(11)

EQ. 11 Resistência Normal

57

Onde:

Rn = resistência normal

a = resistência constante em relação à velocidade (variável com o peso por eixo,

resistência do rolamento dos aros das rodas sobre os trilhos e atrito nos mancais

do eixo)

b = resistência diretamente proporcional à velocidade (resistência de atrito do

friso das rodas com os trilhos, atritos causados por oscilações e balanços)

c = resistência proporcional ao quadrado da velocidade (resistência

aerodinâmica)

V = velocidade de circulação.

Os coeficientes para cálculo da resistência normal de locomotiva podem ser usados da

seguinte forma:

𝑅𝑛𝑙 = 1,3 + 29

𝑤+ 0,03 ∗ 𝑉 +

0,0024 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2

𝑤 ∗ 𝑛

(12)

EQ. 12 Resistência Normal de Locomotiva

Onde:

Rnl = resistência normal de locomotiva (lb/ton)

w = peso médio por eixo (short-ton)

V = velocidade (mi/h)

A = área frontal (sq-ft)

n = número de eixos por veículo

Ou

𝑅𝑛𝑙 = 0,65 + 13,2

𝑤+ 0,00931 ∗ 𝑉 +

0,00453 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2

𝑤 ∗ 𝑛

(13)

EQ. 13 Resistência Normal de Locomotiva II

58

Onde:

Rnl = resistência normal de locomotiva (Kg/t)

w = peso médio por eixo (t)

V = velocidade (km/h)

A = área frontal (m2)


Os coeficientes para cálculo da resistência normal de vagão podem ser usados da

seguinte forma:

𝑅𝑛𝑣 = 1,3 + 29

𝑤+ 0,045 ∗ 𝑉 +

0,0005 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2

𝑤 ∗ 𝑛

(14)

EQ. 14 Resistência Normal de Vagão

Onde:

Rnv = resistência normal de vagão (lb/ton)


V = velocidade (mi/h)

A = área frontal (sq-ft)


Ou

𝑅𝑛𝑣 = 0,65 + 13,2

𝑤+ 0,01395 ∗ 𝑉 +

0,000944 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2

𝑤 ∗ 𝑛

(15)

EQ. 15 Resistência Normal de Vagão II

Onde:

Rnv = resistência normal de vagão (Kg/t)


V = velocidade (km/h)

59

A = área frontal (m2)


Assim, a resistência normal ao movimento de uma composição (trem) é dada

por:

𝑅𝑛𝑡 = 𝑅𝑛𝑙 ∗ 𝑙 + 𝑅𝑛𝑣 ∗ 𝑣 (16)

EQ. 16 Resistência Normal Total

Onde:

Rnt = resistência da composição (trem)

Rnl = resistência normal de locomotiva

l = quantidade de locomotivas

Rnv = resistência normal de vagão

v = quantidade de vagões

Apesar dos estudos de W. J. Davis Jr. terem sido realizados no início do século passado,

vários autores (HAY, 1982), (BERNSTEEN, 1983), (VIANNA, 2007), (AREMA, 2009) e

(BARKAN, 2009) consideram que estes estudos podem ser aplicados a uma faixa de velocidade

de até 100 km/h ou um pouco maiores, sendo aplicável nas ferrovias brasileiras. Os materiais

empregados nos ensaios de Davis são ainda equivalentes aos usados atualmente. Os ensaios de

Davis foram realizados em bitola padrão (1,435m). Mas, como a área da seção frontal

normalmente variável de uma bitola para outra, está explícita nas fórmulas desenvolvidas, elas

podem ser aplicadas ao material rodante de bitola larga (1,60m) e bitola métrica (1,00m)

(PIRES, 2002).

60

2.4.1.2. RESISTÊNCIAS ACIDENTAIS

As resistências acidentais podem ser classificadas em (BRINA, 1983):

Resistência de Inércia:

o Início do movimento (adquirir velocidade)

o Para aumentar a velocidade (acelerar)

Resistência de Atrito (Curvas):

o Escorregamento dos aros das rodas sobre os trilhos;

o Escorregamento dos frisos das rodas sobre os trilhos;

Resistência de Gravidade (Rampas)

o Elevação do centro de gravidade dos veículos ao subir as rampas

A resistência de inércia no início do movimento é dada por:

𝑅𝑖 = 4 ∗𝑣2

𝑙

(17)

EQ. 17 Resistência de Inércia

Onde:

Ri = resistência de inércia (kgf/tf)

v = velocidade (km/h)

l = distância percorrida (m)

61

A resistência de inércia para aumentar a velocidade é dada por:

𝑅𝑖 = 4 ∗𝑣𝑓2 − 𝑣𝑖2

𝑙

(18)

EQ. 18 Resistência de Inércia II

Onde:

Ri = resistência de inércia (kgf/tf)

vf = velocidade no final do movimento (km/h)

vi = velocidade no início do movimento (km/h)

l = distância percorrida (m)

A resistência de atrito (curva) para locomotiva é dada por (Fórmula de Stevenson):

A FIG. 18 apresenta a inscrição do truque nos trilhos gerando a resistência de atrito.

FIG. 18 Inscrição do truque nos trilhos


𝑅𝑐𝑙 = 0,2 + 100

𝑅+ (𝑝 + 𝑏 + 3,8)

(19)

EQ. 19 Resistência de Curva de Locomotiva

62

Onde:

Rcl = resistência de curva para locomotiva

R = raio da curva (m)

p = base rígida da locomotiva

b = bitola da linha férrea

A resistência de atrito (curva) para vagão é dada por:

𝑅𝑐𝑣 = 500 ∗ 𝑏

𝑅

(20)

EQ. 20 Resistência de Curva de Vagão

Onde:

Rcv = resistência de curva para vagão

R = raio da curva (m)

b = bitola da linha férrea

A resistência de gravidade (rampa) é dada por:

𝑅𝑟 = 10 ∗ 𝑖 (21)

EQ. 21 Resistência de Rampa

Onde:

Rr = resistência de rampa

i = valor da rampa em %

63

A FIG. 19 apresenta os componentes da resistência de rampa.

FIG. 19 Componentes da resistência de rampa


Os trechos em aclive introduzem uma resistência contra o movimento do trem enquanto

os trechos em declive atuam a favor do movimento, sendo este o único caso de resistência

negativa na tração. As rampas ferroviárias são muito pequenas, inferiores a 3% (BRINA, 1983).

2.5. A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA

NO BRASIL

As empresas concessionárias do transporte ferroviário de carga no Brasil envidaram

grandes esforços para a melhoria da eficiência energética de suas operações. No período

compreendido entre 1999 e 2013 houve uma redução de 19,4% no indicador que mede a

eficiência energética, conforme apresentado na FIG. 20.

Em 1999, eram necessários 5,31 litros de diesel para o transporte de mil TKU (tonelada

quilômetro útil). Em 2013, o consumo baixou para 4,28 litros de diesel por mil TKU, tal

resultado é equivalente a uma redução de 307,154 milhões de litros de diesel para realizar o

serviço de 297,628 Bilhões de TKU em 2013. Cabe ressaltar que no período de 2008 até 2013

ocorreu um aumento de 0,47% no indicador que mede a eficiência energética (BAMBINI,

2014).

64

FIG. 20 Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil

(em litros de diesel por mil TKU).

Fonte: Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários (ANTF)

A TAB. 13 apresenta o consumo de diesel por concessionária no período 2002/2011. A

concessionária MRS Logística S.A. destaca-se como a maior consumidora de combustível.

TAB. 13 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária 2002/2011 (em mil m3/ano)


Concessionária 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Total

MRS 177,1 201,1 227,4 249,6 266,4 287,0 287,8 239,7 261,1 286,7 2.483,9

EFVM 190,8 202,9 212,6 218,2 220,1 229,6 212,3 147,0 224,2 221,5 2.079,2

EFC 106,0 101,4 131,8 145,8 165,3 182,4 186,1 163,5 184,8 188,0 1.555,1

ALLMS 133,6 139,9 140,3 164,0 175,9 166,5 148,3 157,0 161,9 151,9 1.539,3

FCA 136,9 117,4 155,6 120,1 109,6 150,6 183,5 174,4 134,3 105,4 1.387,8

ALLMN 12,7 1,2 3,0 9,9 60,6 74,7 86,8 101,2 105,3 138,7 594,1

ALLMP 30,9 14,9 16,8 40,0 35,8 25,8 44,0 42,8 57,9 52,4 361,3

ALLMO 11,1 8,5 15,9 9,3 19,7 17,1 15,8 16,2 19,8 18,0 151,4

TNLSA 10,8 11,4 12,3 12,7 10,3 13,8 13,1 10,7 10,8 9,5 115,4

FERROESTE 4,6 5,4 1,1 1,1 12,8 6,3 9,1 6,0 2,3 2,1 50,8

FNS 4,0 4,7 6,7 7,3 22,7

FTC 1,5 1,2 1,4 1,3 1,5 1,4 1,6 1,5 1,3 1,2 13,9

Total 816,0 805,3 918,2 972,0 1.078,0 1.155,2 1.192,4 1.064,7 1.170,4 1.182,7 10.354,9


Tabela X.X - Consumo de diesel por concessionária ferroviária - 2002/2011(em mil m

3/ano)

65

A FIG. 21 apresenta o comportamento de consumo de combustível das cinco principais

concessionárias no período 2002/2011.

FIG. 21 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária - 2002/2011 (em mil m3/ano)


2.6. INDICADOR DE DESEMPENHO

2.6.1. CARACTERÍSTICAS DE UMA EMPRESA FERROVIÁRIA

Uma empresa ferroviária pode ser vista como um sistema de transporte que consiste de

três elementos essenciais: o primeiro é a infraestrutura formada pelas vias férreas, equipamentos

de sinalização e pátios. O segundo é formado pelo material rodante: locomotivas e vagões.

Infraestrutura e material rodante representam o “hardware” do sistema ferroviário. O terceiro

elemento de toda ferrovia é o sistema de regras e procedimentos para a operação segura e

eficiente. As regras e procedimentos são o “software” da ferrovia. O entendimento de como a

operação ferroviária é controlada requer o entendimento básico de como os procedimentos para

a movimentação e controle dos veículos ferroviários são conectados com as condições de

leiaute da via permanente e com os equipamentos de sinalização (PACHL, 2009), conforme

mostra a FIG. 22.

66

FIG. 22 Elementos Essenciais do Transporte Ferroviário

Fonte: elaborada pelo autor a partir de (PACHL, 2009)

Há um fluxo de informação contínuo que permeia todos os elementos essenciais do

transporte ferroviário. Este fluxo de informação suporta todos os processos da empresa e

garante que o sistema de regras e procedimentos seja perfeitamente cumprido, para que se

alcance os resultados esperados e o atendimento das necessidades de todas as partes

interessadas no negócio. Este fluxo de informação é constituído por indicadores que medem o

desempenho de todos os elementos essenciais do transporte ferroviário, conforme mostra a FIG

23.

FIG. 23 Fluxo de Informação

Fonte: elaborada pelo autor a partir de (PACHL, 2009)

67

A utilização de indicadores de desempenho constitui-se em um elemento fundamental

nos resultados do negócio ferroviário (ALBUQUERQUE, 2006).

2.6.2. O QUE É UM INDICADOR DE DESEMPENHO?

A medição sistemática e estruturada (por meio de indicadores de desempenho) é

fundamental para a gestão e influencia na criação da cultura para a excelência do desempenho

(FNQ, 2012).

O indicador de desempenho é uma medida, de ordem quantitativa ou qualitativa, dotada

de significado particular e utilizada para organizar e captar as informações relevantes dos

elementos que compõem o objeto da observação. É um recurso metodológico que informa

empiricamente sobre a evolução do aspecto observado (FRANCESCHINI, 2007).

A Fundação Nacional da Qualidade (FNQ) define que indicador de desempenho é uma

informação quantitativa ou qualitativa que expressa o desempenho de um processo, em termos

de eficiência, eficácia ou nível de satisfação e que, em geral, permite acompanhar sua evolução

ao longo do tempo e compará-lo com outras organizações. Exemplos: lucratividade,

rentabilidade, inadimplência, absenteísmo, produtividade, entre outros (FNQ, 2012).

A principal característica de um indicador de desempenho é que ele permite a

comparação em relação a/ao:

Passado (série histórica);

Referencial de desempenho;

Compromisso assumido;

Meta de desempenho.

Um indicador de desempenho pode ser subdivido em:

Taxa: tipo de indicador que se caracteriza por uma divisão entre duas

informações de mesma grandeza gerando, como resultante do cálculo, um valor

que pode ser expresso como porcentagem. A taxa é considerada um bom

indicador;

68

Índice: tipo de indicador que se caracteriza por uma divisão entre duas

informações de grandezas distintas gerando um valor que não pode ser expresso

como uma porcentagem, mesmo que multiplicado por 100. Trata-se, portanto,

de uma unidade típica e dependente das duas grandezas que estão sendo

divididas. O índice é considerado um indicador ideal, cuja utilização na estrutura

de indicadores da organização deve ser incentivada (FNQ, 2012).

Um indicador de desempenho é uma informação qualitativa ou quantitativa sobre um

fenômeno examinado (ou um processo, ou um resultado), o que faz com que seja possível a

análise da sua evolução, a verificação do cumprimento dos objetivos, a utilização na condução

de ações e na tomada de decisões (FRANCESCHINI, 2007).

Dois aspectos críticos em relação a indicadores de desempenho são: possibilidade de

verificação (constatar a existência e autenticidade de todos os componentes) e rastreabilidade

(possibilidade de percorrer todo o caminho de apuração e verificar as etapas intermediárias de

apuração). Verificação e rastreabilidade também estão relacionadas ao nível de detalhe

existente sobre as parcelas que compõem o indicador.

A definição do indicador apresentada por Franceschine, et al. (2007) implica em alguns

requisitos básicos:

Representatividade;

Ser simples e fácil de interpretar;

Ser capaz de indicar a tendência temporal;

Deve ser sensível a mudanças dentro ou fora da organização;

A coleta de dados e o processamento devem ser fáceis;

A atualização de fácil e rápida.

Algumas características essenciais dos indicadores de desempenho são:

Devem ser compreendidos por não especialistas;

Devem ter uma faixa significativa entre os valores baixos e altos valores;

O significado deve ser claro, independente da utilização ou não de métodos

computacionais;

Devem ser desenvolvidos reconhecendo que nem todos têm o tempo para fazer

69

os próprios cálculos;

Se possível, devem utilizar medidas de exposição de outras disciplinas.

Devem ser observados os seguintes requisitos:

Denominação clara, precisa e autoexplicativa (devem ser entendidos por todos,

sem ambiguidade);

Mensuráveis;

Válidos (pertinentes e adequados);

Verificáveis;

Relevantes;

Econômicos (obtidos a custos razoáveis)

Existem três tipos de indicador de desempenho:

Inicial: indicador da qualidade de materiais ou qualidade de servidor providos

por um fornecedor;

Intermediário: indicador de um processo de manufatura;

Final (resultado): indicador de satisfação de cliente ou custo de produção.

Os indicadores iniciais - ou indicadores de estrutura - dão uma resposta para a pergunta

"Quais são os processos ativos disponíveis e os padrões de trabalho?"

Os indicadores intermediários - ou indicadores de processo - dão uma resposta para a

pergunta "como o processo trabalha?". Eles medem a consistência entre os resultados do

processo e as especificações processo, fornecendo informações úteis sobre o estado atual de

execução.

Os indicadores finais - ou indicadores de resultados - respondem as seguintes perguntas:

"Quais são os resultados do processo?";

"O processo alcançou seus objetivos?";

"Quais são os efeitos esperados/inesperados produzidas pelo processo?";

"Qual é a relação custo-benefício?".

70

A medição é essencial para o desempenho, controle e melhoria dos processos. No

entanto, a construção e as medições iniciais de um indicador consistem em algo mais fácil dizer

do que fazer. O aspecto mais crítico não consiste em identificar os indicadores, mas sim na

identificação daqueles que "mais apropriadamente" representam o processo: os chamados

Indicadores Chave de Desempenho (KPI) (FRANCESCHINI, 2007).

2.6.3. O QUE É UM INDICADOR CHAVE DE DESEMPENHO?

Indicador chave de desempenho (KPI) pode ajudar uma organização a compreender se

o que está sendo realizado está adequado em relação às suas metas e objetivos estratégicos. No

sentido mais amplo, um KPI fornece as informações de desempenho mais importantes que

permite que as organizações ou suas partes interessadas possam entender se a organização está

no caminho certo ou não. KPIs servem para reduzir a natureza complexa do desempenho

organizacional a uma pequena quantidade de indicadores-chave, a fim de torná-los mais

compreensíveis e possam ser usados no processo de tomada de decisão (MARR, 2010).

Um indicador chave de desempenho normalmente está atrelado a algum objetivo

estratégico da organização. A sua mensuração e avaliação são críticos para avaliar o

cumprimento da estratégia. Normalmente respondem a questões críticas do negócio, sendo um

ferramental crítico para tomadores de decisão baseados em informação.

A utilização de indicadores chave de desempenho é uma das mais poderosas ferramentas

disponíveis para permitir que as organizações alcancem a melhoria do desempenho - que deve

ser um objetivo central de qualquer sistema de gestão de desempenho. Mas a utilização desses

indicadores de maneira apropriada vem repleta de desafios. Os indicadores chave de

desempenho devem ser implantados principalmente para aprendizagem e aperfeiçoamento e

não para o controle de comando. Quando esses indicadores são usados inadequadamente

tornam-se também um grande ponto de resistência ao uso de ferramentas de gestão (MARR,

2010).

71

2.6.4. DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE DESEMPENHO

A documentação do indicador de desempenho é essencial para:

Confirmar o entendimento de todas as regras de negócio envolvidas;

Servir como um documento de aprovação em relação a tomadores de decisão

e/ou formuladores de estratégia;

Servir como um instrumento de comunicação com todos os envolvidos na

geração e análise do indicador.

Castello Branco (1998) recomenda o registro dos seguintes atributos sobre os

indicadores (BRANCO, 1998):

Definição básica (descrição);

Área de emprego;

Período de apuração;

Fórmula;

Unidade;

Aplicabilidade;

Exemplo;

Referência;

Observações.

Marr (2010) recomenda um modelo mais detalhado e incorpora uma visão mais

estratégica da utilização do indicador. Devem ser documentados os seguintes atributos (MARR,

2010):

Identificador (código, se houver);

Nome do indicador;

Responsável pela apuração e publicação do indicador;

Como os dados são recolhidos?

Qual é o método de coleta de dados?

Quais são as fontes dos dados?

Qual é o método fórmula / escala / avaliação?

Quantas vezes, quando e por quanto tempo os dados devem ser coletados?

72

Quem coleta os dados?

Qual e o alvo e o desempenho mínimo a serem considerados?

Como está o desempenho da medição do indicador (se já existir)?

Quais são os custos para a coleta dos dados?

Quem é o público primário e secundário para o indicador?

Quando e por quanto tempo o indicador será relatado?

Quais canais serão utilizados para relatar o indicador?)

Em que formatos o indicador será relatado?

2.7. ARMAZÉM DE DADOS

Armazém de dados (data warehouse), de modo bem simplificado, é um banco de dados

construído para fins de análise. Os armazéns de dados abrangem uma gama enorme de

aplicações passando pelo armazenamento em grande escala de dados analíticos até o suporte a

milhares de sofisticadas aplicações que atendem necessidades departamentais e corporativas.

Os benefícios da utilização de armazém de dados estão consolidados parcialmente nas

organizações, se não totalmente. Entretanto, a modelagem e projeto de armazém de dados são

atividades complexas que exigem o emprego correto de metodologias especializadas para a

obtenção dos seus benefícios.

O conceito original de armazém de dados foi proposto por Devlin e Murply (1988) no

final da década de 1980 para designar uma proposta de sistema de informações integrado. Foi

proposta uma arquitetura chamada Sistema de Informação de Negócios (EBIS) com o

direcionamento estratégico para os sistemas de informação. A arquitetura propôs um armazém

integrado de dados da empresa baseado no ambiente de banco de dados relacional. O acesso do

usuário final a este armazém é simplificado por um conjunto consistente de funcionalidades

fornecidas por uma interface do usuário final e apoiado por um diretório de dados de negócios

que descreve a informação disponível em termos de usuário (DEVLIN, 1988).

O conceito e as tecnologias inerentes a armazéns de dados passaram por vários estágios

de evolução e amadurecimento. Uma das abordagens mais conhecidas para a implementação

de armazém de dados foi desenvolvida por Ralph Kimball (1997), um dos precursores dos

conceitos de armazém de dados e sistemas analíticos. Ele define armazém de dados como sendo

73

um conglomerado de áreas de apresentação e tratamento de dados, onde dados operacionais são

especificamente estruturados para consultas e análises tendo como objetivo a facilidade de uso.

A abordagem de Kimball foca a entrega dos dados para análise (KIMBALL, 1997).

2.7.1. CONSTRUÇÃO DO ARMAZÉM DE DADOS

A construção de um armazém de dados é considerada uma das principais atividades para

viabilizar a análise de grande quantidade de dados no processo de tomada de decisão. O objetivo

básico é criar um repositório que contenha dados confiáveis, agregados e consolidados que

possam ser analisados por ferramentas estatísticas e de visualização de dados (REZENDE,

2003).

Os sistemas transacionais (On-Line Transaction Processing – OLTP) são estruturados

para o tratamento de regras de negócio (validação, consistência, integridade) onde as bases de

dados são usadas para armazenar, alterar e consultar dados no nível de transação. Uma transação

deve garantir que os dados registrados na base de dados sejam a verdadeira representação de

eventos do mundo real. O principal objetivo da modelagem de uma base de dados transacional

é eliminar a redundância, de tal forma que uma transação que promova mudanças no estado do

banco de dados atue o mais pontualmente possível. A estruturação dos dados visando a garantia

das transações faz com que os mesmos sejam fragmentados em diversas tabelas (normalizadas),

o que traz uma considerável complexidade à formulação de uma consulta por um usuário final.

Realizar análise de dados em sistemas transacionais pode resultar em sobrecarga de consultas

impedindo que tais sistemas cumpram seu objetivo principal. Assim, é recomendável que os

dados a serem utilizadas em processos de análise estejam separados da base transacional

(REZENDE, 2003).

A origem do conceito de armazém de dados pode ser identificada no início da década

de 1980, quando o sistema de gerenciamento de banco de dados relacional emergiu como um

produto comercialmente aceito. As fundamentações do modelo relacional, com sua

simplicidade, juntamente com os recursos de consulta fornecidos pela linguagem SQL

(Structured Query Language), propiciaram o crescimento do interesse no que então era

chamado de computação pelo usuário final ou apoio à decisão.

Na implementação de ambientes de computação para o usuário final, os dados eram

extraídos das bases de dados transacionais da organização e armazenados em sistemas de banco

74

de dados dedicados a apoiar consultas não estruturadas (ad hoc) e a geração de relatórios. Uma

das principais preocupações subjacentes à criação destes sistemas era o impacto no desempenho

de computação do usuário final sobre os dados operacionais. Esta preocupação levou a

necessidade de separar sistemas de computação para o usuário final dos sistemas de

processamento transacional.

Os armazéns de dados devem ser concebidos como fontes de novas informações. As

técnicas de modelagem de dados permitem acumular e consolidar dados de diferentes fontes e,

a manutenção de dados históricos no armazém, permite que novas informações sejam geradas.

O valor de um armazém de dados não está na capacidade de realização de consulta ad hoc e

relatórios. O valor real é alcançado quando alguém começa a trabalhar com os dados no

armazém e descobre coisas que fazem a diferença para a organização, seja qual for o objetivo

do trabalho analítico.

2.7.2. MODELAGEM DIMENSIONAL DO ARMAZÉM DE DADOS

Kimball (2013) propôs uma técnica de modelagem de armazém de dados denominada

“modelagem dimensional”, onde dois elementos são imprescindíveis: os fatos e as dimensões.

Ambos são obrigatórios e possuem características complementares dentro de um armazém de

dados (KIMBALL, 2013).

As dimensões são os descritores dos dados oriundos dos fatos. Possui o caráter

qualitativo da informação. É a dimensão que permite a visualização das informações por

diversos aspectos e perspectivas.

Os fatos registram métricas aditivas. As dimensões são compartilhadas por vários fatos.

A FIG. 24 apresenta uma representação genérica de um fato e suas dimensões.

75

FIG. 24 Representação Gráfica de Fato e Dimensões


Os fatos e dimensões são representados por tabelas no modelo dimensional. A tabela

fato tem uma chave primária composta de várias partes que são chaves estrangeiras que

referenciam as tabelas dimensão. Ela representa um relacionamento muitos-para-muitos a fato

e suas dimensões. As tabelas fatos mais úteis contêm uma ou mais medidas numéricas ou

"fatos". Os fatos mais úteis em uma tabela fato são numéricos e aditivos. A aditividade é crucial

porque as aplicações de armazém de dados quase nunca recuperaram um registro; em vez disso,

eles recuperam centenas, milhares ou mesmo milhões de registros a cada consulta.

As tabelas dimensão, na maioria das vezes contêm informações textuais descritivas.

Atributos de dimensão são usados como fonte da maioria das restrições interessantes em

consultas ao armazém de dados. O valor de um armazém de dados é proporcional à qualidade

e profundidade das dimensões existentes.

A escolha da técnica de modelagem do armazém de dados é fundamental para o sucesso

da sua compreensão e utilidade.

76

A criação de um armazém de dados pode ser implementada em três camadas:

1) A primeira camada referencia-se ao tema em estudo (negócio ou pesquisa

científica). Os requisitos dos usuários devem ser identificados e documentados.

Um modelo conceitual é totalmente apropriado para registrar a visão do

projetista em referência aos requisitos definidos pelos usuários;

2) A segunda camada diz respeito ao modelo lógico do armazém de dados, ondes

são feitas escolhas técnicas visando a criação do armazém de dados em um

sistema gerenciador de banco de dados. Os requisitos definidos no modelo

conceitual são mapeados em uma estrutura lógica;

3) A terceira camada referencia-se à construção do armazém de dados

propriamente dita. São tomadas decisões com foco na tecnologia escolhida para

a implementação. As escolhas técnicas representadas no modelo lógico são

traduzidas para o modelo físico do armazém de dados.

A FIG. 25 apresenta um processo genérico de criação do armazém de dados.

FIG. 25 Processo genérico de criação do armazém de dados.


2.7.3. MODELAGEM CONCEITUAL DO ARMAZÉM DE DADOS

A partir da proposição do modelo dimensional por Kimball (1997), várias pesquisas têm

sido realizadas para aprimoramento da abordagem. Romero e Abelló (2009 e 2011), Golfarelli

(2010), Jindal e Taneja (2012) e Gosain e Singh (2014) desenvolveram pesquisas sobre

metodologias de modelagem de armazém de dados e apontaram a relevância do emprego da

modelagem conceitual. Golfarelli et al. (1997), um dos autores citados nas quatro pesquisas,

77

propôs uma abordagem para a modelagem conceitual do armazém de dados, denominado

modelo fato dimensional (Dimensional Fact Model – DFM) (GOLFARELLI, 1998 e 1999).

O modelo fato dimensional é um modelo conceitual gráfico especificamente concebido

para modelagem multidimensional (RIZZI, 2007):

Os objetivos do modelo fato dimensional são:

Efetivamente apoiar o projeto conceitual;

Proporcionar um ambiente em que as necessidades dos usuários possam ser

expressas de forma intuitiva;

Apoiar o diálogo entre o projetista e os usuários finais para refinar a

especificação de requisitos;

Criar uma plataforma estável para a lógica do projeto;

Proporcionar uma documentação de projeto expressiva e não-ambígua.

No contexto do projeto do armazém de dados, um papel fundamental é desempenhado

pela modelagem conceitual, que fornece um nível maior de abstração ao descrever a arquitetura

e o processo de armazenamento em todos os seus aspectos, com vista a alcançar a independência

em questões de implementação.

A FIG. 26 apresenta um diagrama conceitual na abordagem do modelo fato dimensional.

78

FIG. 26 Modelo Fato Dimensional.


Um fato é um conceito relevante para o processo de tomada de decisão:

Ele modela um conjunto de eventos (ex: vendas, embarques, compras, etc.);

Tem propriedades dinâmicas e evolui, de alguma forma, ao longo do tempo;

Tem um ou mais atributos numéricos e valorizados continuamente que medem

o fato a partir de diferentes pontos de vista.

Uma dimensão é uma propriedade do fato com um domínio finito e descreve uma

perspectiva de análise sobre o fato (ex: produto, depósito, data de venda, etc.).

Uma medida é uma propriedade do fato e descreve um aspecto quantitativo que é

relevante para análise (ex: quantidade vendida, preço unitário, imposto, etc.).

Uma hierarquia determina como uma instância do fato pode agregada de maneira

significativa para o processo de tomada de decisão. Ela determina a granularidade adotada para

79

representar o fato. Uma hierarquia pode ter vários níveis de agregação (ex: produto >> tipo >>

categoria >> departamento).

A modelagem conceitual pode ser realizada a partir da aplicação de uma abordagem

orientada a dados (data-driven approaches). Os passos a serem seguidos são os seguintes

(RIZZI, 2007):

1) Escolher os fatos de interesse de acordo com o tema em estudo e as fontes de

dados disponíveis;

2) Para cada fato, identificar os atributos que capturam as dependências funcionais

existentes nas fontes de dados;

3) Organizar os atributos identificados (excluindo ou adicionando atributos) de

acordo com as dependências funcionais percebidas;

4) Identificar as dimensões e medidas;

5) Criar o esquema fato dimensional.

A utilização da modelagem conceitual em projetos de armazém de dados apresenta uma

série de vantagens (GOLFARELLI, 2009):

Esquemas conceituais são o melhor suporte para a discussão, verificação e

refinamento das especificações do usuário, uma vez que permite alcançar o

melhor trade-off entre a expressividade e clareza;

Os esquemas conceituais são um componente insubstituível à documentação do

projeto do armazém de dados;

Esquemas conceituais forneceram para base sólida e independente de plataforma

para o projeto lógico e projeto físico do armazém de dados;

Esquemas conceituais são um apoio eficaz para manutenção e extensão do

armazém de dados.

80

2.7.4. MODELAGEM LÓGICA E FÍSICA DO ARMAZÉM DE DADOS

A principal decisão a ser tomada na execução da modelagem lógica do armazém de

dados diz respeito a qual é a implementação relacional mais apropriada em função do tema em

estudo. O mapeamento do modelo conceitual para o modelo lógico pode usar um de dois

métodos:

Esquema estrela (star schema);

Esquema floco de neve (snowflake schema).

O esquema estrela é caracterizado pela utilização de tabelas dimensão não-

normalizadas, ou seja, todas as hierarquias existentes em uma dimensão são armazenadas na

mesma tabela dimensão.

No esquema floco de neve a tabela dimensão é totalmente normalizada, ou seja, cumpre

a regra da terceira forma normal preconizada para tabelas transacionais. Cada nível hierárquico

existente é implementado em uma tabela específica, também normalizada.

O esquema floco de neve é apropriado para os casos em que a estrutura das dimensões

é muito complexa e com muitas instâncias. Neste caso a normalização das dimensões pode

facilitar a implementação e a carga de dados no armazém de dados.

O esquema estrela é mais apropriado para os casos onde a estrutura das dimensões é

mais simples e com poucas ocorrências. Neste caso a não-normalização da tabela dimensão

trará ganhos de performance na realização das consultas.

O identificador da dimensão pode ser implementado através de uma chave natural

(conforme existente na fonte de dados) ou pode ser implementado por uma chave substituta,

onde um novo atributo sem significado para o negócio é usado em substituição a chave natural.

A escolha dependerá da estratégia de armazenamento de dados históricos que se quer

implementar. Dimensões que sofrem muitas alterações ao longo do tempo devem ser

representadas por chaves substitutas. Dimensões mais estáveis podem ser implementadas

usando as chaves naturais. Ainda há a opção do uso da dimensão implícita, onde não é criada

uma tabela para a dimensão. Os atributos da dimensão são armazenados na própria tabela fato

(KIMBALL, 2013).

81

A regra de mapeamento do modelo conceitual no modelo lógico implica na criação de

uma tabela fato para cada fato identificado e uma tabela dimensão para cada dimensão

identificada, no caso da escolha pelo esquema estrela. Se a opção for pelo esquema floco de

neve, devem ser implementadas tantas tabelas quantos sejam os níveis hierárquicos da

dimensão.

A FIG. 27 representa o mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual do

armazém de dados.

FIG. 27 Mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual


A implementação do modelo físico implica nas seguintes escolhas:

Qual é o sistema gerenciador de banco de dados mais apropriado para a

implementação do armazém de dados?

Quais restrições devem ser criadas (chave única, chave primária, chave

estrangeira, chave substituta)?

Qual é a necessidade de criação de índices para melhoria de performance?

Há necessidade da implementação do particionamento de tabelas (em função do

volume dados)?

Quantas estruturas físicas serão necessárias para grupos de arquivos, tabelas,

partições, índices?

82

Todas as decisões estão diretamente relacionadas à tecnologia de banco de dados

escolhida para implementação do armazém de dados (KIMBALL, 2013).

A FIG. 28 representa o mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico do

armazém de dados.

FIG. 28 Mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico Fonte: elaborado pelo autor

83

3. APRESENTAÇÃO DA MRS LOGÍSTICA S.A.

A MRS Logística S.A. é uma concessionária do transporte ferroviário com atuação na

região sudeste do Brasil. Suas características principais estão representadas na TAB. 14.

TAB. 14 Características da MRS Logística S.A.


A FIG. 29 apresenta a malha ferroviária da concessionária MRS Logística S.A., com

destaque para os três estados onde a empresa opera (Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo).

FIG. 29 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A.

Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT

Área de Atuação Minas Gerais (MG), Rio de Janeiro (RJ) e São Paulo (SP)

Extensão da Malha 1674 km

Bitola 1,00m/1,60m - 42 km

1,60m - 1632

Início da operação 01/12/1996


Tabela X.X - Características da MRS Logística S.A.

84

A FIG. 30 destaca a importância do minério de ferro como sendo a principal mercadora

transportada pela concessionária.

FIG. 30 Mercadoria Transportada em 2013 (em TU)


As TAB. 15 e 16 apresentam o detalhamento da produção por grupo de mercadoria por

TU e TKU, respectivamente, no ano de 2013, destacando-se o transporte de minério.


Mercadoria - 2013 (em TU)


Grupo TU %

Combustíveis 93.747 0,07%

Carga Geral 134.901 0,10%

Adubos e Fertilizantes 215.178 0,16%

Conteiner 560.420 0,43%

Celulose 933.296 0,71%

Soja e Farelo de Soja 1.025.833 0,78% 14,63%

Indústria Cimenteira 1.395.015 1,07%

Cimento 1.485.031 1,13%

Produção Agrícola 1.800.978 1,38%

Granéis Minerais 1.944.349 1,49%

Carvão/Coque 2.974.143 2,27%

Indústria Siderúrgica 6.591.087 5,03%

Minério de Ferro 111.752.337 85,37%

Total 130.906.315


Tabela X.X - Transporte Realizado pela Concessionária

MRS Logística S.A. por Grupo de Mercadoria - TU

2013

85


Mercadoria - 2013 (em TKU)


Combustíveis e lubrificantes são o segundo maior item entre os custos e despesas

operacionais da MRS Logística S.A., conforme apresentado na FIG. 31.

FIG. 31 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em milhões R$)

Fonte: Demonstração dos Resultados – MRS Logística S.A.

Combustíveis e lubrificantes correspondem, em média, a 25,35% dos custos e despesas

operacionais da MRS Logística S.A., conforme apresentado na FIG 32 (MRS, 2013).

Grupo TKU %

Adubos e Fertilizantes 7.532.404 0,01%

Combustíveis 13.597.532 0,02%

Carga Geral 34.284.303 0,06%

Conteiner 140.913.185 0,23%

Celulose 150.577.783 0,24%

Indústria Cimenteira 270.860.538 0,44% 11,31%

Carvão/Coque 339.040.406 0,55%

Soja e Farelo de Soja 535.928.500 0,87%

Produção Agrícola 855.687.447 1,39%

Cimento 941.415.954 1,53%

Granéis Minerais 1.193.093.969 1,94%

Indústria Siderúrgica 2.472.073.431 4,02%

Minério de Ferro 54.512.620.546 88,69%

Total 61.467.625.998


Tabela X.X - Transporte Realizado pela Concessionária

MRS Logística S.A. por Grupo de Mercadoria - TKU

2013

86

FIG. 32 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em %)

Fonte: Demonstração dos Resultados – MRS Logística S.A.

A FIG. 33 apresenta o consumo de combustível da MRS Logística S.A. no período

2012/2013 medido em litros por milhares de TKB.

FIG. 33 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. - 2012/2013

(em litros por milhares de TKB)


87

A FIG. 34 apresenta o consumo de combustível da MRS Logística S.A. no período

2012/2013 medido em litros por milhares de TKU.

A diferença básica entre os dois gráficos é que no primeiro (TKB) foi considerado o

peso total rebocado (peso da carga + peso das locomotivas + peso dos vagões) e no segundo

caso (TKU) foi considerado somente o peso total das mercadorias transportadas.

FIG. 34 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. 2012/2013

(em litros por milhares de TKU)


3.1. CORREDORES FERROVIÁRIOS: FERROVIA DO AÇO E LINHA DO CENTRO

O primeiro corredor é conhecido como Ferrovia do Aço. É uma das ferrovias mais

importantes da malha ferroviária brasileira. Ela possui 354 km entre Jeceaba/MG e Saudade/RJ.

É composta por 109 viadutos e pontes, que somam 32.471m, e 81 túneis, que somam 57.834m.

O "Tunelão", com 8.645m, é considerado o maior túnel ferroviária da malha brasileira. A

Ferrovia do Aço é normalmente usada para a circulação de trens carregados com destino aos

portos do Rio de Janeiro.

88

O segundo corredor é conhecido como Linha do Centro e interliga as cidades Rio de

Janeiro/RJ e Belo Horizonte/MG. É oriunda da histórica Estrada de Ferro Central do Brasil. A

Linha do Centro é normalmente usada para circulação de trens vazios com destino aos pontos

de carga em Minas Gerais.

A FIG. 35 apresenta um esquema destacando os corredores Ferrovia do Aço e Linha do

Centro da MRS Logística S.A.

FIG. 35 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A.


A circulação de trens entre os dois corredores permite uma operação conhecida como

“carrossel”, que otimiza a circulação de trens e propicia uma operação segura e produtiva.

89

3.2. MATERIAL RODANTE DA MRS LOGÍSTICA S.A.

Atualmente a MRS Logística S.A possui aproximadamente 738 locomotivas ativas e

18.290 vagões (RF, 2014).

A TAB. 17 apresenta a frota ativa de locomotivas da concessionária MRS Logística S.A.

por modelo de locomotiva. Destaca-se a quantidade de 625 locomotivas do modelo GE.

TAB. 17 Frota Ativa de Locomotivas da Concessionária MRS Logística S.A. 2013

Fonte: Anuário RF 2014 (Revista Ferroviária)

A TAB. 18 apresenta a frota de vagões da concessionária MRS Logística S.A. por tipo

de vagão. Destaca-se a quantidade de 11.742 vagões do tipo gôndola, utilizado principalmente

para o transporte de minério de ferro.

TAB. 18 Frota de Vagões da Concessionária MRS Logística S.A. - 2013

Fonte: Anuário RF 2014 (Revista Ferroviária)

Modelo QTD

EFCB 3

GE 625

GM 90

Hitachi 13

Stadler 7

Total 738

Tipo QTD

Fechado 1.153

Gôndola 11.742

Hopper 2.843

Plataforma 2.484

Tanque 35

Gaiola 21

Outros 12

Total 18.290

90

3.3. MAQUINISTAS DA MRS LOGÍSTICA S.A.

Maquinista é o profissional que exerce a função crítica de conduzir locomotivas,

controlando o seu funcionamento durante a circulação e nas operações de anexação e

desanexação de locomotivas e vagões, de acordo com as normas e práticas definidas pelo

transportador ferroviário.

A formação de um maquinista é complexa. Leva em média 16 meses para um

profissional estar apto a conduzir um trem. A formação de maquinistas na MRS é composta

pelos seguintes treinamentos:

Elementos de Sinalização e Comunicação;

Manual de Operação Ferroviária;

Communication Based Train Control (CBTC);

Comando de Trem Via Rádio (Locotrol);

Regulamento de Operação Ferroviária;

Via Permanente;

Mecânica Básica + Prática;

Freio Pneumático Básico + Prática;

Elétrica Básica + Prática;

Manobras Ferroviárias (Tração e Pátios);

Simulador de Condução de Trens (Básico).

O treinamento é complementado pela utilização de um simulador de condução de trens,

onde se desenvolve os conceitos de condução, com várias especificações e configurações de

perfis de linha, com inúmeras formações de locomotivas e vagões vazios e carregados. O

simulador é utilizado na formação de novos maquinistas e no aprimoramento dos profissionais

mais experientes. São necessárias em média 53,5 horas de simulador (com, no mínimo, 80% de

aproveitamento) para preparar um maquinista para condução de locomotivas.

Na etapa de admissão, o maquinista passa pelas seguintes avaliação:

Prática no posto de trabalho com maquinista monitor (6 meses);

Formação de Maquinista (Simulador de Condução de Trens);

91

Teoria Avançada: Mecânica, Elétrica, Freio Pneumático, Locotrol e CBTC;

Avaliação Final com Inspetor de Operação de Trens em duas viagens.

A duração completa da formação de um maquinista é de 404 horas.

Os maquinistas podem atuar sozinhos, na modalidade conhecida como monocondução,

ou com dois ou mais profissionais conduzindo trens.

A atuação do maquinista é essencial para a obtenção da eficiência energética. Ele

controla a força tratora transferida aos eixos da locomotiva através dos pontos de aceleração

(análogo às marchas de automóveis). Conduzir uma composição férrea exige um significativo

grau de conhecimento e experiência do maquinista, pois a seleção indevida de um ponto de

aceleração em relação ao trecho da via pode danificar tanto a locomotiva quanto os trilhos da

ferrovia, além do consumo indevido de combustível (LEITE, 2009).

92

4. MODELAGEM PROPOSTA PARA O INDICADOR DE EFICIÊNCIA

ENERGÉTICA

4.1. MODELO PROPOSTO PARA DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE

DESEMPENHO

A documentação proposta para o indicador é composta pelos seguintes grupos de

atributos:

Identificação;

Tipo de Identificador;

Descrição do Indicador;

Coleta de Dados;

Apuração;

Apresentação do Resultado;

Observações.

Todos os dados são necessários para a completa documentação e entendimento do

indicador em estudo.

O levantamento de dados pode ser realizado através de entrevistas individuais ou em

grupos. Para situações mais complexas, especialistas dentro e fora da organização poderão

opinar sobre as características do indicador em estudo.

O prazo necessário para a documentação do indicador é diretamente proporcional à

complexidade do mesmo e da disponibilidade dos profissionais envolvidos na sua

documentação. Não há prazo padrão de referência.

Recomenda-se a realização de um workshop inicial para apresentação do modelo de

documentação e agendamento das reuniões necessárias e um workshop final após a aprovação

da documentação do indicador. Todos os envolvidos na apuração e análise do indicador devem

ser comunicados da maneira mais clara possível sobre a documentação oficial existente.

93

O modelo proposto para documentação do indicador de desempenho é apresentado na

FIG. 36.

FIG. 36 Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho


Recomenda-se o desenvolvimento ou a aquisição de um “dicionário de indicadores”

para o armazenamento da documentação gerada. O registro da documentação em banco de

dados e a disponibilidade de aplicações de consulta podem facilitar a disseminação e a

padronização do entendimento sobre o indicador ou indicadores que estiverem em estudo.

94

4.2. APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO

A aplicação do modelo proposto ocorreu como um estudo de caso da concessionária do

transporte ferroviário de carga MRS Logística S.A., localizada em Juiz de Fora – MG.

4.2.1. DETALHAMENTO DA APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO

A aplicação do modelo proposto foi composta pelas seguintes etapas:

Formalização do indicador a ser estudado;

Análise do contexto de negócio da empresa;

Delimitação do escopo do indicador;

Detalhamento do indicador;

Consolidação da documentação do indicador.

Optou-se pelo estudo do Indicador de Eficiência Energética em função da sua relevância

para a operação ferroviária. Ele é um indicador chave de desempenho no contexto ferroviário.

A análise do contexto de negócio da empresa contemplou:

A estrutura organizacional da empresa;

A estrutura de acionistas;

A carteira de clientes;

Os segmentos de atuação;

Os principais produtos transportados;

A malha ferroviária:

o Pátios;

o Segmentos Ferroviários;

o Pontos de entroncamento.

Características da operação ferroviária:

o Pontos de carga;

o Pontos de descarga;

o Pontos de abastecimento;

o Principais gargalos operacionais.

95

Material rodante disponível:

o Locomotivas;

o Vagões.

Maquinistas:

o Quantidade de profissionais;

o Experiência profissional.

4.2.2. DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

A modelagem do indicador de eficiência energética contou com a participação de vários

profissionais entre engenheiros e especialistas das áreas de operação e engenharia de transportes

da empresa.

Durante as entrevistas constatou-se a importância do indicador de eficiência energética

para a gestão da empresa. O indicador é um reflexo das práticas operacionais da empresa.

Ganhos no indicador podem ser traduzidos diretamente em ganhos financeiros. A redução de

1% no indicador pode corresponder a ganhos de milhões de reais. O indicador serve como um

referencial para o estabelecimento das políticas de aquisição e estoque de combustível, com

reflexos na estratégia de suprimentos da empresa. O indicador também pode ser usado no

momento de aquisição de locomotivas, servindo como referencial para a escolha dos modelos

mais adequados.

A utilização do indicador pode influenciar algumas estratégias operacionais da empresa.

O indicador pode ser usado no momento da formação de uma composição, onde o consumo

estimado pode ser comparado com o de outras alternativas para a escolha da mais adequada. O

indicador também pode ser usado na definição da estratégia de manutenção de locomotivas. O

consumo de combustível é um dos principais gatilhos utilizados para planejamento e realização

da manutenção preventiva de locomotivas.

96

Durante as discussões sobre o indicador de eficiência energéticas foi possível observar

as seguintes situações:

Há restrições técnicas para a medição exata do consumo de combustível das

locomotivas. A primeira restrição observada está relacionada à visualização do

nível de combustível na locomotiva. Qualquer inclinação (grade) no local onde

a locomotiva estiver posicionada poderá dificultar a leitura dos registradores;

A segunda restrição está relacionada a utilização do “fuel link”. Algumas

locomotivas utilizam o dispositivo. Entretanto, a leitura do consumo exibe uma

margem de erro e nem todas as locomotivas possuem o dispositivo;

Uma alternativa a ser adotada seria a inserção de um dispositivo de medição nas

linhas de combustível das locomotivas. Entretanto, algumas dificuldades

operacionais poderiam interferir na medição em função do retorno do

combustível para o tanque, prejudicando a fidelidade dos dados. A própria

quantidade de linhas de combustível poderia inviabilizar os custos da alternativa.

Após a obtenção de consenso sobre a estrutura proposta, a documentação foi

considerada apta para implementação.

A aplicação do modelo proposto resultou no diagrama apresentado na FIG. 37.

97

FIG. 37 Documentação do Indicador de Eficiência Energética


98

4.2.3. DESDOBRAMENTO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

O indicador de eficiência energética pode ser desdobrado da seguinte forma:

O consumo de combustível é definido pelo somatório do consumo de

combustível de todas as locomotivas que circularam durante um certo período

para a prestação do serviço de transporte. Portanto, é necessário conhecer a

estrutura de abastecimento disponível na empresa, as características das

locomotivas, a data em que o abastecimento ocorreu e quantos litros foram

abastecidos. É imprescindível conhecer a data do abastecimento imediatamente

anterior. Assume-se, por decorrência de procedimento operacional, que em cada

abastecimento o tanque de combustível da locomotiva será totalmente

preenchido;

O transporte realizado é definido pelo indicador tonelada-quilômetro-útil ou

tonelada-quilômetro-bruta, que é desdobrado em tonelada útil ou bruta

transportada e distância percorrida para a realização do transporte. É necessário

conhecer a formação e circulação de trens praticada pela empresa. A distância

percorrida será definida pela circulação dos trens (trem-km). Toda circulação em

uma ferrovia é realizada por um trem, mesmo no caso da circulação de

locomotivas escoteiras (que circulam sozinhas, portanto, sem rebocar vagões

e/ou rebocando outras locomotivas). A prefixação dos trens é obrigatória para

que haja identificação inequívoca sobre o trem. Assim, um trem, em condições

normais, será formado por no mínimo uma locomotiva e vários vagões de acordo

com as necessidades de transporte. Há situações em que algumas locomotivas

participam da formação do trem, porém, em certos trechos, não exercem o papel

de tração, seja por economia de combustível, seja por deslocamento por

necessidade operacional, para atender outro transporte ou em deslocamento para

oficina de manutenção, por exemplo. Portanto, é necessário conhecer as regras

e procedimentos da operação ferroviária que estão definidos no Regulamento de

Operação Ferroviária (ROF), manual que estabelece as regras que devem ser

seguidas por todos os colaboradores próprios e contratados, cujas atividades

estão ligadas, de forma direta ou indireta, à operação ferroviária (MRS, 2012);

99

O peso a ser transportado, medido em tonelada-útil, ou seja, considerando-se

somente o peso da mercadoria em si, é definido no momento da formação do

trem. Para cada vagão carregado que comporá um trem é obrigatório informar o

peso a ser transportado pelo vagão e a que mercadoria se refere. O peso deve

constar na documentação legal que autoriza a circulação do trem, respeitando a

legislação dos estados por onde o trem circulará.

Para o entendimento completo da formação do indicador de eficiência energética ainda

é necessário conhecer as características dos vagões utilizados no transporte, as características

da malha ferroviária, principalmente o leiaute da malha composto por tangentes e curvas

dispostas em plano, aclives e declives e a equipe de maquinistas que conduzirão os trens.

Os maquinistas exercem grande influência na obtenção da eficiência energética. A

estratégia de condução, a aplicação adequada dos pontos de aceleração das locomotivas, o

respeito as regras de sinalização e às diretrizes estabelecidas pelo centro de controle operacional

determinarão se uma viagem de um maquinista propiciou ou não a obtenção de eficiência

energética.

100

5. IMPLEMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

5.1. ABORDAGEM PROPOSTA PARA O ARMAZÉM DE DADOS

A implementação do armazém de dados deve permitir o armazenamento completo de

todas as informações necessárias para compor o indicador ou indicadores em estudo. Isto

significa que, além da representação do indicador propriamente dito, deve-se considerar todas

as informações parciais que compõem o indicador. A séria histórica do indicador deve ser a

mais completa e ampla possível.

O modelo proposto para a implementação do indicador é composto pelas seguintes

etapas de modelagem:

Modelagem conceitual do armazém de dados;

Modelagem lógica do armazém de dados;

Modelagem física do armazém de dados.

A aplicação da abordagem proposta foi iniciada pela modelagem de uma ferrovia

hipotética. O objetivo foi reunir a maior quantidade possível de informação sobre o

funcionamento do transporte ferroviário de carga antes da análise de uma situação real. Os

conceitos foram extraídos da literatura especializada, com destaque para: (PROFILLIDIS,

2014), (AREMA, 2009), (PACHL, 2009), (HANSEN, 2008), (FIORONI, 2008), (BONNETT,

2005) e (HAY, 1982).

Foram identificados os seguintes componentes essenciais:

1) Infraestrutura

Via Permanente:

Trilhos;

Dormentes;

Lastro;

Aparelhos de Mudança de Via (AMV).

Sinalização & Comunicação.

2) Malha Ferroviária:

Pátios;

101

Rampas;

Curvas;

Postos de Abastecimento;

Terminais de Carga;

Terminais de Descarga.

3) Material Rodante:

Locomotivas;

Vagões;

Veículos de Apoio.

4) Sistema de Regras e Procedimentos:

Formação de Trens;

Licenciamento de Trens;

Circulação de Trens.

5) Recursos Humanos:

Maquinistas;

Manobradores;

Mantenedores;

Controladores de Tráfego.

6) Operação Ferroviária:

Gráfico Horário de Trens (Timetable).

7) Energia.

A relação não é exaustiva. Foram considerados os componentes diretamente

relacionados a operação ferroviária e com algum grau de relacionamento com a eficiência

energética.

Os sistemas de informação usados como suporte à gestão da operação ferroviária devem

ser analisados como fontes de dados para o armazém de dados.

102

5.1.1. SISTEMAS DE GESTÃO DA OPERAÇÃO FERROVIÁRIA

A operação ferroviária da MRS Logística S.A. é sustentada por dois sistemas de

missão crítica:

Sistema de Logística – SISLOG;

Sistema de Gerenciamento de Despacho de Trens (Train Management

Dispatch System) – TMDS.

O Sistema de Logística concentra e operacionaliza as várias atividades do planejamento

e controle da circulação dos trens. Abrange desde o planejamento e distribuição da demanda

mensal de transporte até a fase operacional propriamente dita, contemplando toda a operação

de transporte a partir da criação de um trem, início da circulação e acompanhamento até a sua

chegada na estação de destino.

O Sistema de Logística possuí ainda interações com as áreas comercial, faturamento,

manutenção mecânica, pátios e terminais, suprimentos, além de possibilitar aos clientes a

consulta ao sistema de posicionamento de trens através da internet, para acompanhamento das

cargas despachadas.

O papel exercido pelo Sistema de Logística é vital para a performance da operação

ferroviária.

O TMDS fornece todas as ferramentas essenciais necessárias para gerenciar os tipos de

operações de trem que estão relacionadas ao Controle de Tráfego Centralizado (CTC) e ao

Controle de Garantia da Via (TWC).

O TMDS é baseado no conceito de communications-based train control (CBTC). O

CBTC é o sistema de controle e monitoramento do movimento dos trens através da rede

dedicada de comunicação integrada com a sinalização da malha ferroviária. O computador de

bordo troca continuamente informações sobre posição, velocidade e licenciamento e também

recebe informações dos trens à frente, do trabalho de equipes de manutenção e de restrições de

103

velocidade em função de características operacionais definidas no momento da circulação dos

trens. Evita os excessos de velocidade e, nos casos em que o maquinista não atuar, o sistema

coloca o trem e sua vizinhança em condição segura, reduzindo a velocidade (corte de tração)

ou parando os trens.

A MRS Logística S.A. foi a primeira ferrovia de carga no mundo a implantar o sistema

CBTC. Com ele, os trens poderão trafegar em intervalos (headway) menores em função do

monitoramento eletrônico da operação ferroviária.

Os sistemas transacionais, portanto, são responsáveis pelo registro da operação

ferroviária, ou seja, é onde são registrados os dados sobre a malha ferroviária, locomotivas,

vagões, maquinistas, formação e circulação de trens e demais dados que representam a

movimentação de cargas.

5.1.2. MAPEAMENTO DAS FONTES DE DADOS

Os elementos essenciais identificados no mapeamento das fontes de dados foram os

seguintes:

Malha Ferroviária – estrutura necessária para a circulação de trens. Formada por

pátios, entrepátios, rampas e curvas;

Trem – um trem é uma unidade de circulação. O histórico da circulação dos trens

é necessário para compreensão de toda movimentação na malha que consumiu

combustível;

Locomotiva – componente mais crítico do modelo em função do consumo de

combustível. As condições de circulação das locomotivas interferem

diretamente no consumo;

Vagão – unidade transportadora de mercadoria. Embora seja o elemento

tracionado, a quantidade de vagões e o peso da mercadoria transportada

interferem diretamente no dimensionamento da quantidade de locomotivas

104

necessárias para a realização do transporte. A circulação de vagões vazios

também é considerada na apuração do indicador;

Maquinista – é o elemento humano e decisor na circulação dos trens. O ritmo

que um maquinista imprime ao movimento determina diretamente o consumo

de combustível. A decisão de frenagem e a aplicação correta dos pontos de

aceleração contribuem diretamente para uma condução mais segura e mais

econômica.

5.1.3. MODELO CONCEITUAL DO ARMAZÉM DE DADOS

O modelo conceitual do armazém de dados foi elaborado a partir da definição do

indicador de eficiência energética e do mapeamento das fontes de dados. Optou-se pela

modelagem de duas tabelas fato em função da complexidade do indicador.

A tabela fato FT Eficiência Energética Segmento é necessária para a apuração do

indicador de eficiência energética por segmento da malha ferroviária. O segmento da malha

ferroviária define a granularidade ideal para a tabela fato. A partir dele é possível a aditividade

em qualquer nível de organização da malha ferroviária. Também é adequada para agregação

por locomotiva e maquinista e suas respectivas hierarquias. A agregação também pode ser

realizada por trem.

A segunda tabela fato FT Eficiência Energética Maquinista é necessária para a apuração

do indicador de eficiência energética por maquinista. Não foi possível implementar uma única

tabela fato em função da particularidade de que na circulação de um trem em um determinado

segmento é comum a atuação de dois maquinistas. A ocorrência de três ou mais maquinistas no

mesmo trem no mesmo segmento é bastante incomum. A tabela fato permite a associação de

maquinista e locomotiva, onde é possível analisar o desempenho de maquinistas na condução

de determinados tipos de locomotivas.

A FIG. 38 apresenta o modelo conceitual do indicador de eficiência energética por

segmento da malha ferroviária e a FIG. 39 apresenta o modelo Conceitual por maquinista.

105

FIG. 38 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Fonte: elaborado pelo autor

106

FIG. 39 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista


107

5.1.4. MODELO LÓGICO E FÍSICO DO ARMAZÉM DE DADOS

A tradução do modelo conceitual do indicador de eficiência energética por segmento

para o modelo lógico resultou no diagrama apresentado na FIG. 40. Optou-se pela

implementação do esquema estrela.

FIG. 40 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Fonte: elaborado pelo autor

108

O mesmo critério foi adotado para a tradução do modelo por maquinista, conforme

mostrado na FIG. 41.

FIG. 41 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista.


109

A FIG. 42 apresenta o modelo auxiliar sobre rampa e curva necessário na apuração da

resistência de rampa e resistência de curva.

FIG. 42 Modelo Lógico Auxiliar para Registro de Rampa e Curva Fonte: elaborado pelo autor

O mapeamento do modelo lógico para o modelo físico resultou na implementação do

banco de dados em um sistema gerenciador de banco de dados relacional. Optou-se pela

utilização da tecnologia Oracle para criação do armazém de dados. Foram criadas 15 tabelas

com os respectivos índices e demais componentes exigidos pela tecnologia utilizada.

5.1.5. FLUXO DE DADOS PARA O ARMAZÉM DE DADOS

O indicador de eficiência energética é um indicador crítico e exige uma quantidade

expressiva de indicadores de suporte para a sua apuração. É necessário representar a operação

ferroviária em uma estrutura de dados abrangente. A quantidade de indicadores de suporte exige

a implementação de um armazém de dados para registro de dados históricos e posterior suporte

para análise de dados.

A FIG. 43 apresenta o fluxo de captura de dados desde a origem até o uso final no

processo de tomada de decisão.

110

Os dados podem ser capturados da ferrovia por diversas formas: através de sistemas de

automação, posicionamento GPS, através de sistemas CBTC (Communications-Based Train

Control), digitação, etc., dependendo das tecnologias disponíveis. Os dados capturados

(posição, peso, localização, condição de funcionamento, etc.) são enviados para os sistemas

transacionais onde são aplicadas regras de negócio (consistência, correção, ajuste, integridade,

etc.). Os sistemas transacionais são responsáveis pela tomada de decisão operacional e

trabalham no nível mais granular dos dados. Os sistemas transacionais normalmente não

armazenam dados históricos por longo período. O objetivo é que as transações de negócio sejam

executadas com a melhor performance (tempo de resposta) possível.

FIG. 43 Fluxo de Captura de Dados


Os dados transacionais são enviados para o armazém de dados onde são preparados para

análise. O processo de extração, transformação e carga (ETL) é responsável por selecionar os

dados no sistema transacional, realizar as devidas transformações e ajustes e armazená-los no

armazém de dados no nível de agregação mais apropriado. Posteriormente, os dados

armazenados são submetidos a algoritmos estatísticos para análise e tomada de decisão. O fluxo

de informação pode ser realizado na frequência mais adequada às necessidades de negócio

(tempo real, defasagem de hora (h-1), defasagem de dia (d-1)) ou qualquer outra periodicidade

definida.

111

6. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

6.1. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR SEGMENTO

FERROVIÁRIO

6.1.1. CÁLCULO DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL POR LOCOMOTIVA

O cálculo do consumo de combustível por locomotiva é imprescindível para a análise

da eficiência energética de uma ferrovia. O modelo proposto baseia-se no pressuposto de que o

consumo de combustível de uma locomotiva deve ser uma medida real baseada no

abastecimento em posto específico. O pressuposto assumido pelo modelo, garantido por

execução de procedimento operacional e auditado regularmente, é de que o tanque da

locomotiva será sempre totalmente preenchido. Assim, a diferença entre um determinado

abastecimento (lat) e o abastecimento imediatamente anterior (lan) é exatamente o consumo de

combustível da locomotiva. Este consumo, ponderado pela resistência total de todos os

segmentos percorridos pela locomotiva no intervalo entre os dois abastecimentos é que será

utilizado para determinar o consumo de combustível do segmento ferroviário, conforme

ilustrado na FIG. 44.

O abastecimento da locomotiva é registrado em base de dados transacional para

posterior validação e utilização.

FIG. 44 Cálculo do consumo de combustível


112

6.1.2. ANÁLISE DA MALHA FERROVIÁRIA

A análise da malha ferroviária se faz necessária para reconhecimento dos segmentos

ferroviários e definição dos grupos de segmento.

Um segmento ferroviário é definido por um par de pátios adjacentes. É formado pelos

dois pátios limites e pelas linhas que unem os dois pátios, também, chamadas de entrepátios,

conforme mostrado na FIG. 45. Uma propriedade importante do segmento ferroviário é a sua

extensão, normalmente medida em quilômetros.

Um segmento ferroviário é formado por rampas e curvas. As rampas definem a

inclinação do relevo e são subsequentes. O somatório da extensão de todas as rampas define a

extensão do segmento ferroviário. Uma curva pode ser conectada a outra curva ou a uma

tangente.

FIG. 45 Segmento Ferroviário


A análise da malha foi realizada com base no documento Diagrama Esquemático da

Malha Ferroviária, que apresenta a malha disponível como um todo, e no documento Esquema

Geral de Linha, que apresenta o marco quilométrico de entrada e saída de cada pátio e a

organização das linhas do pátio. Os dois documentos são produzidos e mantidos pela Gerência

Geral de Via Permanente da MRS Logística S.A.

A extensão de cada segmento é essencial para a apuração de todos os indicadores

referentes a distância percorrida (trem-km, loco-km, vagão-km, etc).

113

Os segmentos ferroviários foram agrupados para facilitar as análises e a localização na

malha ferroviária. Eles foram definidos em função de pátios limites da malha ou pátios que

definem mais de uma rota possível. Foram criados os grupos de segmentos ferroviários

conforme apresentado na TAB. 19.

TAB. 19 Grupos de Segmentos da Malha Ferroviária

Fonte: elaborado pelo autor.

GRUPO INÍCIO FIM EXTENSÃO

1A FGI FBA 27

1A1 FBA FTX 6

1A2 FBA FXS 3

1A3 FBA HSG 16

1A4 FBA HIT 8

1B FBA FQS 32

1C FAR HCB 22

1D HCB HDE 8

1E HCB FQS 42

1F FQS FBP 50

2A FBP FDM 378

2B FDM FLP 24

2C FLP FJR 4

2D FJR FAF 68

2E FAF FCF 8

2F FAF FIE 39

2G FIE FBO 12

2H FIE FAG 20

3A FBP FSE 46

3B FSE FJC 294

3C FJC FLM 13

3D FJC FLF 3

3E FLF FLM 10

3F FLM FOO 46

4A FLP FLA 7

4B FLA FJC 7

4C FLA FJR 3

4D FLA FLF 4

5A FDM FOB 8

5B FDM ELF 24

1232Total

Tabela X.X - Grupos de Segmentos

da Malha Ferroviária


114

O resultado da análise da malha é apresentado nas FIG. 46, 47 e 48. O diagrama da

malha foi produzido com o objetivo de ser uma das formas de apresentação dos resultados das

análises realizadas.

FIG. 46 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 1)


115



116



6.1.3. ANÁLISE DE RAMPAS E CURVAS

Para o completo entendimento da malha ferroviária faz-se necessário entender as

características de relevo onde a malha ferroviária está instalada. O relevo existente entre as

regiões do Rio de Janeiro/RJ e Belo Horizonte/MG apresenta-se muito irregular. É uma região

montanhosa e oscila entre o nível do mar, no marco zero da MRS na ilha de Guaíba, próximo

a cidade de Mangaratiba/RJ e as montanhas de Minas Gerais.

A maior rampa identificada é de 2,91%, localizada entre os marcos quilométricos

21+640 e 21+780 no segmento EMP/ELF (Miguel Burnier/Lafaiete Bandeira), na Linha do

Centro próximo a Ouro Preto/MG.

A maior altitude identificada é de 1.175,179m, localizada entre os marcos quilométricos

397+819 e 397+879 no segmento FCH/FEV (Cachoeira/Engenheiro Drumont), na Linha do

Centro próximo a Barbacena/MG.

117

O ponto de maior criticidade para a condução dos trens na Linha do Centro localiza-se

na descida da Serra do Mar, entre os quilômetros 64 e 90. Na Ferrovia do Aço, o ponto que

oferece maior dificuldade para a condução dos trens está localizado entre os quilômetros 153 e

158, trecho conhecido como “tobogã”, em função da alternância de aclives e declives.

A FIG. 49 apresenta as altitudes mínimas, médias e máximas dos segmentos do grupo

2A, localizados entre Barra do Piraí/RJ e Joaquim Murtinho/MG, na Linha do Centro. A

extensão total é de 378 km e apresenta grande oscilação no relevo.

A FIG. 50 apresenta a quantidade de curvas à direita e à esquerda dos segmentos do

Grupo 2A. Além da oscilação de altitude, a sinuosidade do relevo também deve ser considerada.

118

FIG. 49 Altitude Mínima, Média e Máxima (em m) dos Segmentos do Grupo 2A


119

FIG. 50 Quantidade de curvas à direita e a esquerda dos Segmentos do Grupo 2A


120

6.1.4. CÁLCULO DA RESISTÊNCIA DE RAMPA E CURVA

As resistências de rampa e curva exercem influência no consumo de combustível pois

refletem as condições de relevo (variações de altitude e contorno de obstáculos naturais) que

devem ser superados na circulação dos trens.

O cálculo das resistências é realizado para cada rampa e cada curva existente em um

segmento. Após o cálculo individual, é realizado o somatório de todas as resistências de um

segmento. Este somatório será usado posteriormente para cálculo da resistência total do

segmento, conforme definido no item 2.4.1.2.

6.1.5. CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS NORMAIS DE LOCOMOTIVA E VAGÃO

As resistências normais de locomotivas e vagões determinam o cálculo da resistência

total do segmento. Elas são diretamente influenciadas pela velocidade desempenha pelos trens

no segmento em estudo, conforme definido no item 2.4.1.1.

A resistência total do segmento será usada como fator de ponderação.

6.1.6. PROCESSO DE CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

POR SEGMENTO

O processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ferroviário é

baseado na execução de rotinas desenvolvidas em PL/SQL (Procedural Language/Structured

Query Language) e etapas de validação e qualidade de dados, conforme apresentado no item 8.

São necessárias 20 etapas para a conclusão do processo, conforme mostrado na FIG. 51.

121

FIG. 51 Processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento


As etapas 1, 2, 3 e 4 referem-se à preparação dos dados para cálculo dos indicadores.

As etapas 5, 6, 7 e 8 são etapas de qualidade de dados. Os registros não adequados para cálculo

são desconsiderados. As etapas de 9 a 18 referem-se ao cálculo propriamente dito. A etapa 19

excluí os trens de trabalho mantendo no armazém de dados os trens que efetivamente circularam

para cumprimento das demandas dos clientes e a etapa 20 prepara os dados das dimensões de

análise.

Inicialmente, o cálculo do indicador de eficiência energética foi baseado em dados

hipotéticos oriundos de um exercício de simulação da operação ferroviária. Os testes iniciais

serviram para correção do modelo e adequação das rotinas de cálculo. A grande vantagem da

simulação da operação ferroviária foi obter um conjunto de dados com resultados previsíveis

122

com as características existentes em uma massa de dados reais. O exercício de simulação

mostrou-se totalmente adequado pela possibilidade de antecipar problemas de qualidades de

dados. Após a realização de testes com dados simulados e a adequação do modelo, foi possível

a realização de testes com dados reais.

O cálculo realizado foi baseado em uma amostra formada por dados reais extraídos dos

sistemas de informação da MRS Logística S.A. sobre a circulação de trens em dezembro/2014.

O processo de extração de dados foi baseado na execução de rotinas SQL (Structured

Query Language) nas bases de dados transacionais. Foram gerados arquivos texto que,

posteriormente, foram inseridos no armazém de dados. Foram realizados testes de qualidade de

dados para garantir a consistência dos dados originais.

A amostra de dados usada para validação do modelo proposto foi composta por:

2441 trens, sendo 1558 trens de transporte de minério de ferro;

286 locomotivas;

1018 maquinistas.

A tabela fato sobre a eficiência energética resultante dos cálculos por segmento

ferroviário foi composta por 259.729 linhas (eventos de circulação diferentes) e a tabela fato

sobre a eficiência energética por maquinista foi composta por 318.405 linhas (eventos de

circulação diferentes).

6.2. ANÁLISE DIMENSIONAL DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

6.2.1. POTENCIALIDADE DE ANÁLISE OFERECIDA PELO MODELO PROPOSTO

O modelo proposto é muito rico em possibilidades de análises. O indicador de eficiência

energética pode ser detalhado em quatro grandes conjuntos de dados:

123

a) Segmentos Ferroviários:

O segmento ferroviário define a granularidade ideal para o cálculo da eficiência

energética. É, portanto, muito crítico e básico para apuração dos indicadores por

locomotivas, maquinistas e trens;

b) Locomotivas:

É possível classificar as locomotivas por vários critérios (por exemplo: TKB,

consumo de combustível, tempo de serviço, quantidade de trens tracionados,

etc.);

c) Maquinistas:

É possível classificar os maquinistas em função do desempenho obtido. Os

melhores desempenhos podem servir como referência para estabelecimento de

padrões de condução;

d) Trens:

O modelo permite analisar, por exemplo, a quantidade de locomotivas que

atuaram no trem em cada segmento e o correspondente consumo de combustível.

Para cada locomotiva que atuou no trem é possível analisar a posição no trem, o

sentido de circulação, o estado de conservação e a condição de circulação. A

análise também pode considerar a atuação de cada maquinista que conduziu o

trem, detalhando a eficiência energética obtida em cada locomotiva e em cada

segmento ferroviário.

6.2.2. ANÁLISE DA CIRCULAÇÃO DE TRENS

Foram considerados 806 trens carregados e 752 trens vazios na análise da circulação de

trens.

A TAB. 20 apresenta a origem e destino dos trens que compõem a amostra analisada.

124

TAB. 20 Origem e Destino dos Trens - Amostra Analisada (em quantidade de trens)


125

A FIG. 52 apresenta a circulação de trens da amostra analisada no sentido exportação

(mina-porto ou indústria).

O gráfico destaca as cinco principais origens de carga: Otávio Dapieve, Casa de Pedra,

Pires, Córrego do Feijão e Olhos D’agua.

FIG. 52 Circulação de Trens Sentido Exportação - dez/2014

Amostra Analisada (em quantidade de trens)


A FIG. 53 apresenta a circulação de trens da amostra analisada no sentido importação

(porto ou indústria-mina). O sentido de importação representa o retorno dos trens aos pontos de

carga para início de novo ciclo. A circulação de retorno ocorre, na maioria das vezes, com

vagões vazios.

126

O gráfico destaca os cinco principais destinos de carga que originaram a circulação de

retorno: Guaíba, Sepetiba Tecar, Baia Sepetiba, Volta Redonda e Estação Itaguaí CSA.

FIG. 53 Circulação de Trens Sentido Importação - dez/2014

Amostra Analisada (em quantidade de trens)


6.2.3. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR SEGMENTO FERROVIÁRIO

As FIG. 54 e 55 apresentam o resultado do cálculo do indicador de eficiência energética

por segmento ferroviário de acordo com a amostra formada por 1557 trens que circularam em

dezembro/2014. Para cada segmento ferroviário é apresentado o indicador apurado.

127

FIG. 54 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário

Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. - dez/2014 (parte 1)


128

FIG. 55 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário

Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. - dez/2014 (parte 2)


129

O segmento ferroviário FJC/FJO, localizado na Ferrovia do Aço e delimitado pelos

pátios Coronel Guedes e Joaquim Reis, foi selecionado para apresentação do potencial de

análise oferecido pelo armazém de dados por ter sido o segmento ferroviário com maior

realização de TKU.

A FIG. 56 apresenta a circulação diária de trens no segmento FJC/FJO ao longo do mês

de dezembro/2014. Cada círculo no gráfico representa a circulação de um trem e o respectivo

consumo de combustível no segmento. O segmento FJC/FJO possuí 19 km de extensão. No

mês de dezembro/2014 circularam 718 trens entre FJC e FJO.

FIG. 56 Consumo de Combustível Diário pela Circulação no Segmento FJC/FJO - dez/2014


O pátio FJC – Coronel Guedes é um pátio estratégico para a circulação de trens na

Ferrovia do Aço. Nele são realizados os abastecimentos de todos os trens carregados que

circulam na Ferrovia do Aço.

A FIG. 57, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a distribuição das variáveis

tonelada-útil, TKU produzida, tonelada-bruta, TKB produzida, combustível consumido e

indicador de eficiência energética referente a circulação de trens no segmento FJC/FJO. O

gráfico representa a circulação de 718 trens. Cada eixo representa uma das variáveis analisadas.

Cada trem é representado por uma linha no gráfico.

130

FIG. 57 Análise da Carga Transportada (em tu e tb), Transporte Realizado (em TKU e TKB),

Combustível Consumido (em l) e Eficiência Energética (l/mil TKB)

Segmento FJC/FJO - dez/2014


O segmento ferroviário FJC/FJO foi usado como referência para demonstração das

potencialidades de análise oferecidas pelo modelo proposto. Todos os segmentos ferroviários

apurados podem ser analisados no mesmo nível de detalhe.

131

6.2.4. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR LOCOMOTIVA

A amostra selecionada para análise foi composta por 286 locomotivas.

A FIG. 58 apresenta a eficiência energética obtida pelas locomotivas que produziram

acima de 100.000.000 de TKB em dezembro/2014.

FIG. 58 Eficiência Energética por Locomotiva

Transporte Acima de 100.000.000 de TKB dez/2014


132

A FIG. 59 apresenta a classificação das 26 locomotivas que produziram transporte acima

de 100.000.000 de TKB no mês de dezembro/2014.

FIG. 59 Classificação das Locomotivas

Transporte Acima de 100.000.000 de TKB - dez/2014


A classificação das locomotivas leva em consideração a TKB produzida, a Eficiência

Energética (em l/mil TKB), o combustível consumido (em l), o tempo de serviço (ano) e a

quantidade de trens que utilizaram a locomotiva (em un).

A FIG. 60 apresenta o posicionamento das locomotivas comparando o transporte

realizado (em TKB) e a Eficiência Energética (em l/mil TKB). O gráfico destaca que a

locomotiva LOCO155 está posicionada em 1º lugar no transporte realizado e no 3º lugar da

Eficiência Energética.

133

FIG. 60 Comparação da Classificação das Locomotivas por Transporte Realizado (em TKB) e

Eficiência Energética (em l/mil TKB) - dez/2014


A FIG. 61, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos as locomotivas

pertencentes a amostra em relação ao transporte realizado (TKB), a eficiência energética (l/mil

TKB), o combustível consumido (l), o tempo de serviço (ano), o tempo de fabricação – idade

(ano) e a quantidade de trens que utilizaram a locomotiva (un). Cada linha do gráfico representa

uma locomotiva da amostra analisada.

134

FIG. 61 Análise de Locomotivas - Quantidade de Viagens (trens), Tempo de Fabricação (d),

Tempo de Serviço (d), Transporte Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e

Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014


As FIG. 62 e 63 apresentam a eficiência energética obtida pela locomotiva LOCO155

em todos os segmentos percorridos ao longo de dezembro/2014.

135


- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)


136


- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)


137

6.2.5. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR MAQUINISTA

A amostra selecionada para análise foi composta por 1018 maquinistas.

A FIG. 64 apresenta a média de idade e a média do tempo de trabalho na empresa dos

maquinistas que conduziram trens ao longo de dezembro/2014.

FIG. 64 Média de Idade e Tempo de Trabalho dos Maquinistas Analisados - dez/2014


A FIG. 65 apresenta a eficiência energética obtida pelos maquinistas que produziram

acima de 90.000.000 de TKB em dezembro/2014.

FIG. 65 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelos maquinistas que produziram acima de

90.000.000 de TKB - dez/2014


138

A FIG. 66 apresenta a eficiência energética obtida na condução de locomotivas pelo

maquinista MQ0233 ao longo de dezembro/2014.

FIG. 66 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelo Maquinista MQ0233

por Locomotiva - dez/2014


A FIG. 67, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos os maquinistas

pertencentes a amostra em relação a idade (anos), tempo de trabalho na MRS (anos), TKB

produzida, combustível consumido (l) e eficiência energética (l/mil TKB). Cada linha do

gráfico representa um maquinista da amostra analisada.

139

FIG. 67 Análise de Maquinistas - Idade (ano), Tempo de Trabalho na MRS (ano), Transporte

Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e

Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014


As FIG. 68 e 69 apresentam a eficiência energética obtida pelo maquinista MQ0233 em

todos os segmentos percorridos ao longo de dezembro/2014.

140


dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)


141


dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)


142

6.2.6. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR TREM

A FIG. 70, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos os trens

pertencentes a amostra em relação a lotação (vazio ou carregado), TKB produzida, combustível

consumido (l) e eficiência energética (l/mil TKB). Cada linha do gráfico representa um trem da

amostra analisada.

FIG. 70 Análise de Trens por Lotação (vazio ou carregado) Transporte Realizado (TKB),

Consumo de Combustível (l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014


As FIG. 71 e 72 apresentam a eficiência energética obtida na circulação do trem

TR0113, destacando a eficiência energética obtida em cada segmento ferroviário percorrido

pelo trem.

143


Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)


144


Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)


145

7. CONCLUSÕES E PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES

7.1. CONCLUSÕES

O presente estudo centrou-se na proposição de um modelo para conceituação,

implementação e cálculo do indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de

carga. O modelo implementado foi submetido a dados hipotéticos e a dados oriundos da

realidade de uma concessionária do transporte ferroviário de carga.

A conceituação do indicador de eficiência energética partiu da proposição do seu

tratamento como indicador chave de desempenho, por sua importância estratégica. Tanto a

revisão bibliográfica quanto as discussões realizadas ao longo do estudo confirmaram a

importância do indicador para o contexto de um transportador ferroviário. O modelo de

documentação proposto mostrou-se adequado, abrangendo todos os itens necessários para a real

compreensão da complexidade do indicador e serviu de referência para sua implementação.

A implementação do indicador baseou-se na estruturação de um armazém de dados

dimensional. Optou-se pela modelagem dimensional proposta por Kimball (2013) e pela

modelagem conceitual do armazém de dados baseada na utilização do modelo fato dimensional

proposto por Golfarelli e Rizzi (2009) como sendo técnicas adequadas para estruturação de um

armazém de dados analítico. A utilização de um modelo conceitual para a estruturação do

armazém mostrou-se pertinente. A modelagem conceitual buscou elementos na documentação

produzida sobre o indicador. Tal combinação mostrou-se adequada. A documentação do

indicador antecipou vários itens abordados durante a modelagem conceitual e detalhou as

propriedades do indicador.

O cálculo do indicador de eficiência energética foi implementado a partir da definição

do segmento ferroviário como a granularidade adequada para a sua estruturação. A partir do

cálculo do indicador por segmento ferroviário foi possível a agregação de dados por trem,

locomotiva, maquinista e as suas hierarquias definidas.

O método de cálculo proposto apoiou-se nas resistências ao movimento dos trens

(normais e acidentais) como critério adequado para o cálculo do consumo de combustível por

segmento ferroviário. Adotou-se o consumo real por locomotiva como ponto de partida para o

146

cálculo do consumo por segmento ferroviário. A resistência total ao movimento de trens foi

usada como fator de ponderação do consumo real.

O modelo de análise proposto previa a visualização de dados sobre segmentos

ferroviários, trens, locomotivas e maquinistas, considerando as respectivas hierarquias. A

realização das análises baseadas na utilização de gráficos de coordenadas paralelas (parallel

coordinates chart), gráficos de ranqueamento (bump chart), gráficos de barra e gráficos de fluxo

de dados (alluvial chart) demonstrou a potencialidade e diversidade oferecidas pelo modelo

proposto.

Deste modo, julgamos que o presente estudo cumpriu os seus objetivos. O modelo

permitiu a documentação, o cálculo e a análise do indicador de eficiência energética do

transporte ferroviário de carga.

Assim, consideramos como contribuição do presente estudo a proposição de uma

metodologia consistente para o cálculo do indicador de eficiência energética. A metodologia

proposta é genérica. Ela pode ser utilizada por qualquer transportador ferroviário que cumpra

os pré-requisitos de adequação dos dados à estrutura proposta. O detalhamento do conceito de

eficiência energética, destacado na análise da bibliografia existente, aborda as dificuldades de

interpretação da eficiência e da intensidade energética, temas pouco abordados na literatura

ferroviária. O método de cálculo proposto no presente estudo destaca a importância da

utilização das resistências ao movimento dos trens, indo além da sua utilização tradicional na

formação dos quadros de tração das ferrovias. O cálculo do indicador de eficiência energética

viabilizou-se pela existência de informações sobre a circulação dos trens e pela medição do

abastecimento de combustível das locomotivas. O cálculo do indicador de eficiência energética,

conforme praticado no estudo de caso, é uma proposta inovadora. O cálculo do indicador por

segmento ferroviário e a associação com o desempenho de locomotivas, maquinistas e trens,

foram comprovados pelos testes e análises realizados. Como não há nenhuma referência prévia

sobre o comportamento dos segmentos ferroviários para que possa ser feita alguma

comparação, sugere-se como estudos posteriores a verificação ao longo do tempo para que o

cálculo possa ser refinado como resultado das subsequentes análises realizadas.

A busca pela eficiência energética exige ações constantes e deve ser objetivo de todo

transportador ferroviário. A medição e o aprimoramento dos processos de gestão de energia

147

devem ser incorporados no processo decisório para obtenção da eficiência energética de modo

a reduzir os impactos operacionais, financeiros e ambientais.

7.2. PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES

Para a realização de futuros estudos e pesquisas que complementem o estudo atual

recomenda-se:

A utilização do modelo para outras cargas, inclusive em situação de

multimodalidade de transporte;

A extensão do modelo para captura de dados sobre circulação de trens em mais

de uma ferrovia;

A extensão do modelo para cálculo da emissão de gases de efeito estufa a partir

do consumo de combustível;

Acoplamento do modelo proposto a uma ferramenta de simulação para

modelagem de cenários de eficiência energética;

A utilização de ferramentas de mineração de dados que possam auxiliar na

descoberta de novos conhecimentos sobre a eficiência energética;

A utilização de técnicas de análise multivariada de dados que permitam, por

exemplo, o agrupamento de maquinistas e locomotivas com melhores

desempenhos de consumo de combustível, visando a propagação das melhores

práticas.

148

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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154

9. APÊNDICES

155

9.1. APÊNDICE 1: LINGUAGEM DE CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA

ENERGÉTICA

A linguagem procedural PL/SQL (Procedural Language/Structured Query Language),

utilizada para cálculo do indicador de eficiência energética, é uma extensão da linguagem

padrão SQL (Structured Query Language) e é nativa do sistema gerenciador de banco de dados

Oracle. A linguagem PL/SQL complementa a linguagem padrão com elementos procedurais de

controle de programa, tais como controles condicionais e laços. Podem ser desenvolvidos

procedimentos e funções que são armazenados no próprio banco de dados e podem ser

reutilizados por quaisquer aplicativos que utilizam o banco de dados. Os procedimentos

armazenados garantem que, independentemente de quais gatilhos sejam usados para executar o

procedimento, serão usados sempre os mesmos códigos de programa, facilitando o

desenvolvimento de aplicativos e garantindo segurança (ORACLE, 2013 e 2014).

156

9.2. APÊNDICE 2: ROTINA DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS DE RAMPA E

CURVA

A rotina de cálculo das resistências de rampa e curva é formada pelos seguintes trechos

de código PL/SQL:

/* cálculo da resistência de rampa */

update TB_RAMPA set VR_RSTC_RAMPA = 10 * VR_GRADE_RAMPA;

/* cálculo da resistência de curva de locomotiva */

update TB_CURVA set VR_RSTC_CURVA_LOCO = 0,2 + ((100/VR_RAIO_CURVA) * (VR_BASE_RGDA_LOCO + VR_BTLA + 3,8));

/* cálculo da resistência de curva de vagão */

update TB_CURVA set VR_RSTC_CURVA_VAGAO = (500 * VR_BTLA) / VR_RAIO_CURVA;

/* cálculo do somatório de resistência de curva por segmento - TB_CURVA_SGMT */

SELECT CD_CRDO,

SG_PATIO_FRVR_INIC,

SG_PATIO_FRVR_FINAL,

round(sum(VL_RSTC_CURVA_LOCO),5) AS VL_RSTC_CURVA_LOCO_SGMT,

round(sum(VL_RSTC_CURVA_VAGAO),5) AS VL_RSTC_CURVA_VAGAO_SGMT

FROM TB_CURVA

GROUP BY CD_CRDO,

SG_PATIO_FRVR_INIC,

SG_PATIO_FRVR_FINAL;

/* cálculo do somatório de resistência de rampa criação da consulta TB_RAMPA_SGMT */

SELECT CD_CRDO,

SG_PATIO_FRVR_INIC,

SG_PATIO_FRVR_FINAL,

round(sum(VL_RSTC_RAMPA),5) AS VL_RSTC_RAMPA_SGMT

FROM TB_RAMPA

GROUP BY CD_CRDO,

SG_PATIO_FRVR_INIC,

SG_PATIO_FRVR_FINAL;

157

9.3. APÊNDICE 3: ROTINA DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS NORMAL E TOTAL

A rotina de cálculo das resistências normais de locomotiva e vagão por segmento

ferroviário é formada pelos seguintes trechos de código PL/SQL:

/* -- cálculo da resistência normal de loco -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set rstc_norm_loco = 0.65 + (13.2 / ps_medio_eixo_loco_t) + (0.00931 * ve_media_trem) +

((0.00453 * ar_fron_loco_m2 * ve_media_trem^2) / (ps_medio_eixo_loco_t * qt_eixo_loco))

/* -- cálculo da resistência normal de vagão -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set rstc_norm_vagao = 0.65 + (13.2/ps_medio_eixo_vagao_t) + (0.01395 * ve_media_trem) +

((0.000944 * 102.0087 * ve_media_trem^2) / (ps_medio_eixo_vagao_t * 4))

/* -- cálculo da resistência total de loco -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_LOCO = QT_LOCO_SEQC_CIRC * PS_TT_LOCO *

(RSTC_NORM_LOCO + RSTC_CURVA_LOCO_SGMT + RSTC_RAMPA_SGMT)

/* -- cálculo da resistência total de vagão -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_VAGAO = QT_VAGAO_SEQC_CIRC * PS_TB_TRAC *

(RSTC_NORM_VAGAO + RSTC_CURVA_VAGAO_SGMT + RSTC_RAMPA_SGMT)

/* -- cálculo da resistência total do segmento -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_SGMT = RSTC_TT_LOCO + RSTC_TT_VAGAO

/* -- cálculo do somatório da resistência total para rateio por segmento -- */

SELECT cd_loco,

dt_abst_loco,

Sum(rstc_tt_sgmt) AS smtr_rstc_tt_rate_sgmt

FROM FT_EFIC_ENER_SGMT

GROUP BY cd_loco,

dt_abst_loco;

158

9.4. APÊNDICE 4: ROTINA DE CÁLCULO DA DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE

COMBUSTÍVEL

A rotina de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ferroviário é

formada pelos seguintes trechos de código PL/SQL:

/* -- cálculo do percentual de distribuição e da quantidade de litros consumidos -- */

SELECT a.*,

b.smtr_rstc_tt_rate_sgmt,

a.rstc_tt_sgmt/b.smtr_rstc_tt_rate_sgmt as pc_dist_cnsm_cmbt,

qt_litro_abst_loco * pc_dist_cnsm_cmbt as qt_litro_cnsm_sgmt

from FT_EFIC_ENER_SGMT a,

TB_RSTC_TT_RATE_ABST b

where a.cd_loco = b.cd_loco

and a.dt_abst_loco = b.dt_abst_loco;

/* -- cálculo da eficiência energética por segmento -- */

update FT_EFIC_ENER_SGMT set EFIC_ENER_SGMT = (qt_litro_cnsm_sgmt/vl_TKB_trem)*1000

159

9.5. APÊNDICE 5: VISUALIZAÇÃO DE DADOS

A visualização de dados é fundamental para comunicar a informação de forma clara e

efetiva através de meios gráficos. O presente trabalho utilizou duas abordagens gráficas

principais:

Gráfico de representação da malha ferroviária

Gráfico de coordenadas paralelas

O gráfico de representação da malha ferroviária foi utilizado para apresentação do

indicador de eficiência energética por segmento ferroviário. O grande objetivo foi representar

a ocorrência do indicador em relação a posição geográfica do segmento ferroviário. O esquema

da malha representa todos os segmentos existentes independente da ocorrência do indicador de

eficiência energética. O gráfico foi construído através da utilização de uma planilha eletrônica

que se conecta ao armazém de dados para obtenção do indicador de eficiência energética de

acordo com o contexto de análise: representação de todos os segmentos ferroviários,

representação dos segmentos onde ocorreu a atuação de um maquinista, onde ocorreu a

circulação de uma locomotiva ou de um trem. O gráfico foi implementado em Excel 2013 com

a utilização dos complementos Power Query e Power Pivot. As análises foram implementadas

através do software Microsoft Power BI Designer.

O gráfico de coordenadas paralelas é uma forma comum de visualizar a análise de

dados multivariados. Para apresentar um conjunto de pontos em um espaço n-dimensional, um

gráfico é desenhado consistindo de “n” eixos paralelos (tipicamente apresentados na vertical e

com a mesma distância entre os eixos). Cada eixo representa uma variável analisada e as

respectivas ocorrências. Um ponto em um eixo é conectado a um ponto do eixo imediatamente

subsequente, demonstrando o relacionamento entre as variáveis analisadas. Podem ser

utilizados tantos eixos quantos sejam necessários para análise em curso. A principal aplicação

do gráfico de coordenadas paralelas é na análise exploratória de dados, com o objetivo de

descobrir subconjuntos (relações) importantes e guiar a formulação de hipóteses (INSELBERG,

2009).

A FIG. 73 apresenta um gráfico de coordenadas paralelas conforme proposto por Alfred

Inselberg.

160

FIG. 73 Gráfico de Coordenadas Paralelas

Fonte: Alfred Inselberg (www.cs.tau.ac.il/~aiisreal/)

Os gráficos utilizados no presente trabalho foram implementados através do software

XDAT, disponível no endereço www.xdat.org.

http://www.xdat.org/

metodologia de cÁlculo da eficiÊncia ...transportes.ime.eb.br/dissertaÇÕes/2015 josÉ...

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