ministÉrio da defesa exÉrcito brasileiro …transportes.ime.eb.br/dissertaÇÕes/dissertaÇÃo...

MINISTÉRIO DA DEFESA

EXÉRCITO BRASILEIRO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES

RENATA CRISTINA DO CARMO

PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DE GERENCIAMENTO DO ATRITO EM UMA FERROVIA

Rio de Janeiro

2012




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. Orientadores: Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes - D.Sc. e Profa. Vânia Barcellos Gouvêa Campos - D.Sc.

Rio de Janeiro

2012

c 2012


Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha

Rio de Janeiro – RJ CEP: 22.290-270

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 Carmo, Renata Cristina do. C287p Procedimento para Implantação de Gerenciamento do Atrito em uma

Ferrovia / Renata Cristina do Carmo; orientada por Luiz Antônio Silveira Lopes – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2012.

100 p.: il.

Dissertação (mestrado) – Instituto Militar de Engenharia – Rio de

Janeiro, 2012.

1. Engenharia de Transportes – teses, dissertações. 2. Transporte Ferroviário - Gerenciamento do atrito. 3. Ferrovias – Gerenciamento do atrito. I. Lopes, Luiz Antônio S. II. Procedimento para Implantação de Gerenciamento do Atrito em uma Ferrovia. III. Instituto Militar de Engenharia.

CDD 625.1

2




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.

Orientadores: Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes - D.Sc.

Profa Vânia Barcellos Gouvêa Campos - D.Sc.

Aprovada em 16 de Março de 2012 pela seguinte Banca Examinadora:

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

Profa Vânia Barcellos Gouvêa Campos – D.Sc. do IME

Prof. Marcelo Prado Sucena – D.Sc. do IME

Prof. Raul de Bonis Almeida Simões – D. Sc. da COPPE/ UFRJ

Rio de Janeiro

2012

3

Dedico este trabalho a Deus, aos meus pais,

Mauro e Lúcia, e à minha irmã Paula.

4

5

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por sempre iluminar meu caminho e por ter me dado a

oportunidade de chegar a conclusão de mais esta etapa.

Ao Instituto Militar de Engenharia, pela excelência do corpo docente e

dependências. Foi uma honra poder estudar nesta instituição.

Ao Professor Silveira Lopes, pelo apoio, incentivo, orientação e por sempre

confiar no meu trabalho e no meu potencial. Sua paixão pela ferrovia é inspiradora e

contagiante.

À Professora Vania em especial, pelas valiosas contribuições e conselhos. Seu

incentivo e participação foram extremamente importantes para a finalização deste

trabalho.

Em especial aos professores Marcelo Sucena e Raul Simões, membros da

banca, pela gentileza em aceitar o convite para examinar este trabalho.

A todos os professores, funcionários e alunos do Curso de Mestrado em

Engenharia de Transportes que contribuíram para a realização desta dissertação.

Em especial, ao Sgt Oazem, pela ajuda enquanto eu estava distante.

À Adriana Oliveira pela ajuda indispensável na reta final da realização deste

trabalho. Seu apoio tornou esta difícil etapa mais suave.

À MRS Logística por permitir que esse trabalho fosse realizado e concluído.

Ao National Research Council Canada pela oportunidade única de aprendizado.

À equipe da CH Vidon, em especial ao Felipe Vidon, pelas informações

importantes e trabalho impecável.

À minha família por influenciarem, diretamente ou indiretamente, às minhas

melhores conquistas e neste período de finalização desta dissertação.

Aos meus pais e à minha irmã, pelo apoio incondicional, dedicação e amor em

toda a minha vida. Pelo incentivo para a realização deste trabalho e pela

compreensão das minhas decisões, eu agradeço a vocês e dedico esta conquista.

Agradeço, enfim, a todos que de alguma forma contribuíram para esta

realização.

6

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES .......................................................................................... 9

LISTA DE TABELAS ................................................................................................. 12

LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................... 12

LISTA DE SIGLAS ..................................................................................................... 14

LISTA DE EQUAÇÕES ............................................................................................. 15

1 INTRODUÇÃO................................................................................................ 18

1.1 Considerações Iniciais .................................................................................... 18

1.2 Objetivo .......................................................................................................... 20

1.3 Justificativa e Relevância ............................................................................... 20

1.4 Estrutura ........................................................................................................ 21

2 GERENCIAMENTO DO ATRITO .................................................................. 22

2.1 Definição ........................................................................................................ 22

2.1.1 Lubrificante .................................................................................................... 23

2.1.2 Modificador de atrito ...................................................................................... 24

2.1.3 Lubrificantes x Modificadores de atrito .......................................................... 25

2.2 Objetivos do gerenciamento do atrito ............................................................. 26

2.3 Impacto do gerenciamento do atrito ............................................................... 27

2.3.1 Desgaste de trilho .......................................................................................... 27

2.3.2 Consumo de energia (combustível) ............................................................... 28

2.3.3 Ruído.............................................................................................................. 29

2.3.4 Rolling Contact Fatigue (RCF) ....................................................................... 30

2.3.5 Forças Laterais .............................................................................................. 31

2.3.6 Desgaste de roda ........................................................................................... 31

2.3.7 Fixação E dormentação ................................................................................. 32

2.4 Métodos de aplicação .................................................................................... 33

2.4.1 Wayside ......................................................................................................... 33

2.4.2 Onboard ......................................................................................................... 34

2.4.2.1 Locomotiva .................................................................................................... 34

7

2.4.2.2 Vagão... ......................................................................................................... 35

2.4.2.3 Rodoferroviário .............................................................................................. 36

2.5 Métodos de mensuração de resultados ......................................................... 37

2.5.1 Tribômetro manual......................................................................................... 37

2.5.2 Tribômetro de alta velocidade ....................................................................... 38

2.5.3 L/V...................................................................................................................39

2.5.4 Miniprof...........................................................................................................40

2.6 Espaçamento entre os equipamentos wayside .............................................. 41

3 PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DO GERENCIAMENTO DO

ATRITO ........................................................................................................... 46

3.1 Considerações iniciais .................................................................................... 46

3.2 Etapas Propostas ............................................................................................ 46

3.3 Fluxograma ..................................................................................................... 50

4 PROCEDIMENTO DE APLICAÇÃO E ANÁLISE .......................................... 52

4.1 Considerações iniciais .................................................................................... 52

4.2 Tipo de aplicação ............................................................................................ 52

4.3 Descrição do trecho piloto ............................................................................... 53

4.4 Localização dos equipamentos ....................................................................... 56

4.5 Linha de base ................................................................................................. 66

4.6 Aplicação MRS Logística ................................................................................ 72

4.6.1 Instalações ..................................................................................................... 75

5 RESULTADOS ............................................................................................... 82

5.1 Resultados MRS – Projeto global ................................................................... 82

5.2 Resultados MRS – Trecho Piloto .................................................................... 84

5.3 Outros Benefícios Esperados ......................................................................... 91

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ......................................................... 92

6.1 Conclusões ..................................................................................................... 92

6.2 Recomendações ............................................................................................. 95

8

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 97

9

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG 1.2 Trilhos com desgaste, amassamento e formação de fissuras. .............. 19

FIG 1.3 Desgaste em trilho externo. ................................................................... 19

FIG 2. 1 Índices ideais de COF para o trilho interno e externo ............................ 27

FIG 2. 2 Desgaste típico de trilhos externo (Outer) e interno (Inner) em uma

curva............................................................................................. ......... 28

FIG 2. 3 Redução do ruído com a aplicação de modificador de atrito (TOR friction

modifier)................................................................................................. 30

FIG 2. 4 Resultado da ação da força lateral ........................................................ 32

FIG 2. 5 Barra aplicadora GF e TOR ................................................................... 33

FIG 2. 6 Exemplo de aplicação TOR em locomotiva ........................................... 35

FIG 2. 7 Sistema de aplicação TOR montado em vagão de minério na ferrovia

Cartier Railway ...................................................................................... 36

FIG 2. 8 Veículo rodoferroviário utilizado na Spoornet (esquerda) – Detalhe do

aplicador na face de bitola (direita) ........................................................ 37

FIG 2. 9 Tribômetro manual em operação em uma ferrovia Canadense

(esquerda) e na MRS Logística (direta) ................................................. 38

FIG 2. 10 Tribômetro de alta velocidade engatado em veículo rodoferroviário. .... 39

FIG 2. 11 Site L / V instalado na MRS Logística .................................................... 40

FIG 2. 12 Miniprof em uso na MRS Logística. ....................................................... 41

FIG 2. 13 Tela do Miniprof com medições realizadas, em vermelho, e perfil de

comparação, em azul. ........................................................................... 41

FIG 3. 1 Inspeção dos Possíveis Pontos de Instalação ....................................... 48

FIG 3. 2 Procedimento de implantação do Gerenciamento do Atrito em uma

Ferrovia ................................................................................................. 51

FIG 4. 1 Comparativo entre os equipamentos Protector IV GF e TOR ................ 53

FIG 4. 2 Produção Anual em Milhões de Toneladas Útil da MRS Logística ........ 54

FIG 4. 3 Esquema de linhas da MRS Logística ................................................... 55

FIG 4. 4 Esquema da MRS com as subdivisões por Coordenações. Em destaque

as Coordenações de Via Permanente de Pinheiral e Barra do Piraí ..... 56

FIG 4. 5 Ponto de instalação no km 139, poste 10 .............................................. 60

10











FIG 4. 16 Coeficiente de atrito no trecho em estudo ............................................. 72

FIG 4. 17 Esquema de posicionamento dos equipamentos .................................. 73

FIG 4. 18 Caminhão de linha carregando equipamentos e equipamento

posicionado ao lado da linha ................................................................. 73

FIG 4. 19 Exemplo de instalação, com base de dormentes e conduítes plásticos

protegendo as mangueiras .................................................................... 74

FIG 4. 20 Aplicador TOR – Km 115 P6 ................................................................. 76

FIG 4. 21 Lubrificador eletrônico – Km 115 P18 .................................................... 77



FIG 4. 24 Lubrificador eletrônico – Km 122 P5 ...................................................... 78



FIG 4. 27 Lubrificador eletrônico – Km 131 P7 ...................................................... 80

FIG 4. 28 Aplicador TOR – Km 136 P22 ............................................................... 80


FIG 4. 30 Lubrificador eletrônico – Km 139 P10 .................................................... 81

FIG 5. 1 Esquemático da linha da MRS – Pontos de monitoramento utilizados .. 83

FIG 5. 2 Taxa de desgaste vertical dos trilhos por tipo de perfil e local ............... 83

FIG 5. 3 Taxa de desgaste vertical por MGT ....................................................... 84

FIG 5. 4 Coeficiente de atrito ............................................................................... 86

FIG 5. 5 Comparação do COF na fase sem (abr/11) e com lubrificação (Dez/11)

.............................................................................................................. 87

11

FIG 5. 6 Ângulo máximo de esmerilhamento utilizado na MRS ........................... 89

FIG 5. 7 Resultados: Desgaste Lateral ................................................................ 90

FIG 5. 8 Resultado encontrado na Curva do km 85 ............................................ 91

12

LISTA DE TABELAS

TAB 2. 1 Comparação entre lubrificantes e modificadores de atrito ...................... 26

TAB 4. 1 Posicionamento inicial proposto ............................................................. 58

TAB 4. 2 Quadro final com o posicionamento dos equipamentos ......................... 65

TAB 4. 3 Curvas monitoradas ................................................................................ 67

TAB 4. 4 Resultados da medição com o Miniprof .................................................. 67

TAB 4. 5 Classificação dos trilhos em função do coeficiente de atrito medido ...... 70

TAB 4. 6 Resultados de medição do COF ............................................................. 71

TAB 4. 7 Data de aplicação dos equipamentos ..................................................... 75

TAB 5. 1 Resultados de medições com o Tribômetro ........................................... 85

TAB 5. 2 Comparativo dos resultados com e sem gerenciamento do atrito .......... 90

13

LISTA DE SÍMBOLOS

LETRAS ROMANAS

C - Extensão da Curvatura

S - Fração da Extensão das tangentes

G - Fator utilizado se diferentes lubrificantes forem utilizados

R - Efeito do Raio da Curvatura

P - Utilização de diferentes barras de aplicação

T - Direção do Tráfego

L - Tamanho do truque das locomotivas

A - Carga por eixo

AS - Carga por eixo habitual

n - Fração de vagões com carga por eixo inferior ou igual ao habitual

AM - Máxima carga por eixo

V - Velocidade

M - Truques desalinhados

BR - Frenagem do trem

BG - Truques

14

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AMV Aparelho de Mudança de Via

AREMA (American Railway Engineering and Maintenance) – Associação

Americana de Engenharia e Manutenção Ferroviária

BNSF Burlington Northen Santa Fe

CD (Canadian Dollar) – Dólar Canadense

CN Canadian National

COF Coeficiente de Atrito

CP Canadian Pacific

FAST (Facility for Accelerated Service Testing) – Facilidade para Testar o

Serviço Acelerado

FM (Friction Modifier) – Modificador de Atrito

FRA (Federal Railway Administration) – Administração Ferroviária Federal

GF (Gage Face) – Face de Bitola

IHHA (International Heavy Haul Association) – Associação Internacional de

Ferrovias de Carga

ISI Instrumentation Services Inc

NRC (National Reserach Council) – Conselho Nacional de Pesquisa

MGT Milion Gross Tone

MTBT Milhão de Tonelada Bruta Transportada

TOR (Top of Rail) – Topo do Trilho

TTCI (Transportation Technology Center Inc.) – Centro de Tecnologia em

Transportes

RPM (Remote Performance System) – Sistema de Monitoramento Remoto

RCF (Roulling Contact Fatigue) – Fadiga de Contato de Rolamento

RFFSA Rede Ferroviária Federal S. A.

SR Superintendência Regional

PN Passagem de Nível

VP Via Permanente

15

LISTA DE EQUAÇÕES

EQ 2.1 Número de Koker ...................................................................................... 43

EQ 2.2 Carga por eixo ........................................................................................... 44

16

RESUMO

Esta dissertação tem como objetivo analisar as melhores práticas para implementação do gerenciamento do atrito e apresentar uma proposta de modelo de aplicação e análise de resultados. A metodologia será aplicada em um trecho piloto na ferrovia MRS Logística os resultados encontrados serão verificados.

Gerenciamento do atrito é o processo de controlar o coeficiente de atrito existente no contato roda/trilho para atingir valores mais apropriados para a operação ferroviária e os melhores índices de desgaste, forças laterais em curvas e economia de combustível (SROBA, 2001).

Sendo assim, o Gerenciamento do atrito é o controle do atrito em duas partes distintas da interface roda-trilho através da lubrificação da face de bitola do trilho e flange das rodas e o controle do atrito no topo do trilho e na banda de rodagem das rodas. A lubrificação face de bitola/flange das rodas requer um lubrificante de alta qualidade, sólido ou líquido; enquanto o controle do atrito no topo do trilho requer modificadores de atrito, também sólidos ou líquidos. A diferença entre lubrificante e modificador de atrito é conceitual, enquanto o lubrificante reduz o coeficiente de atrito a níveis mínimos; o modificador de atrito controla o atrito a níveis considerados ideais, que não interferem na tração e frenagem dos trens.

O trilho é um ativo que representa altos custos para uma ferrovia e por isso é um dos alvos principais da manutenção. O grande crescimento do transporte previsto implica numa ocupação cada vez maior da malha ferroviária e faz com que as ferrovias busquem a otimização dos recursos. Para suportar este crescimento são necessários investimentos em técnicas que otimizem os custos de manutenção, aumentem a vida útil dos ativos e reduzindo as paralisações para manutenção.

O exemplo de sucesso de outras ferrovias, entre elas a Canadian Pacific Railway na utilização do gerenciamento do atrito fez com que as ferrovias brasileiras buscassem a implementação desse conceito em suas linhas. Dessa forma foram utilizados equipamentos para controle da fricção no topo do trilho (Top of Rail – TOR) em conjunto com a lubrificação na face de bitola (Gauge Face – GF).

O Gerenciamento do Atrito é uma tecnologia de sucesso com resultados comprovados para mitigar impactos do aumento da demanda reduzindo os esforços do atrito no contato roda/trilho, correspondendo a uma redução do desgaste de trilhos, redução da força lateral e da relação L/V, menor consumo de combustível, redução de rolling contact fatigue (RCF), ruído e degradação da estrutura ferroviária, com aumento da vida de útil de dormentes e fixação.

Um trecho piloto na ferrovia brasileira MRS Logística foi definido e as soluções avaliadas foram colocadas em prática. A avaliação baseou-se nos métodos de avaliação mais conhecidos na área, como o perfilômetro digital Miniprof e o Tribômetro Manual. Após o levantamento dos resultados, será feita a avaliação dos ganhos reais e potencias com a implantação eficiente do gerenciamento do atrito em uma ferrovia de carga.

A avaliação dos benefícios que podem ser atingidos com a mitigação dos danos potenciais causados pelo aumento da produção no modelo operacional específico utilizado pela MRS Logística pode ser extrapolada para outras ferrovias brasileiras que operam em situação semelhante.

17

ABSTRACT

This dissertation proposes an analysis of the best practices for implementation of Friction Management, an application model and benefits measurements. The proposal model will be applied on a test site at the Brazilian Railway MRS Logística and the benefits will be quantified.

Friction Management is the process of controlling the frictional properties on all rail surfaces contacted by wheels to achieve the best balance between wear, lateral forces in curves, and fuel efficiency (SROBA, 2001).

Friction management is the control of the wheel/rail interface using gage face lubrication and top of rail friction control. Gage face lubrication uses high quality lubricant, liquid or solid; top of rail friction control uses a friction modifier, liquid or solid. The difference between lubricants and friction modifiers is conceptual, lubricants can make minimum friction coefficient levels; friction modifiers control the friction coefficient at ideal levels, which don’t interfer on traction or train brakes.

Rail represents high costs for a railroad and is one of the main items of maintenance. The increasing of transportation means a high occupancy of tracks and made railroads look for resources optimization. To support this increasing, investments on new techniques are necessary to decrease the maintenance costs, increase resources life and reduce the maintenance time.

The successfull case of other railroads, like Canadian Pacific Railway, of Friction Management implementation, was used as example for Brazilian railroads. Top of Rail (TOR) friction control and gage face (GF) lubrication was applied. Friction management is a key technology that has been identified to mitigate the impacts of increased demand by reducing wheel/rail stresses, corresponding rail wear, forces and L/V ratios, energy consumption, rolling contact fatigue, noise and track structure degradation increasing sleepers and fastening life.

A test site at Brazilian railroad MRS Logística was set and the best practices evaluated were applied. The test site was evaluated with the use of rail profilometer and a hand push tribometer. The results will be analyzed and the benefits measured to prove the efficiency of Friction Management on a heavy haul railroad.

This has allowed for a systematic evaluation of the benefits that can be achieved in mitigating the potentially damaging impacts of higher tonnage operations under the specific environmental and operating conditions that are unique to MRS Logística and can be generally reflective of similar Brazilian heavy haul.

18

1 INTRODUÇÃO

1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A lubrificação de trilhos com aplicação de graxa diretamente na face de bitola

dos trilhos ferroviários tem sido usada por mais de 100 anos de acordo com a

literatura. O objetivo principal desta prática era aumentar a vida útil dos trilhos nas

grandes ferrovias de carga.

Nos últimos 25 anos a indústria ferroviária tem desenvolvido estudos sobre

gerenciamento de atrito. Os conceitos utilizados evoluíram, assim como os materiais

utilizados, equipamentos de aplicação e mensuração de resultados.

Conceitos como controle da fricção no topo do trilho (Top of Rail – TOR) foram

desenvolvidos e aplicados. Em conjunto com a lubrificação na face de bitola (Gage

Face – GF), essa metodologia conhecida como gerenciamento de atrito tem atingido

resultados consideráveis em grandes ferrovias, principalmente no Canadá e nos

Estados Unidos.

Gerenciamento do atrito é o processo de controlar o coeficiente de atrito

existente no contato roda/trilho para atingir valores mais apropriados para a

operação ferroviária e os melhores índices de desgaste, forças laterais em curvas e

economia de combustível (SROBA, 2001).

As ferrovias no Brasil estão se desenvolvendo. FREITAS et al., 2010, diz que

após a privatização, solução encontrada pelo governo federal para revitalizar o setor,

é indiscutível que a malha ferroviária brasileira atravessa uma época de melhoria e

expansão através de investimentos por parte das concessionárias, já que os trilhos

são a principal forma de deslocamento para as grandes tonelagens de produtos em

longas distâncias e, portanto, levam a maior parte da produção nacional de

commodities até os portos, gerando riqueza e crescimento ao país.

A expansão do transporte ferroviário significa que as ferrovias brasileiras estão

cada vez mais solicitadas, fazendo com que os intervalos para manutenção sejam

cada vez mais escassos. Para que o crescimento seja sustentável, as empresas

ferroviárias devem buscar soluções que otimizem os recursos. Dessa forma, as

19

interferências para manutenção serão menores, e com o aumento da vida útil dos

ativos, os custos da manutenção serão reduzidos.

O trilho é um ativo que representa altos custos para uma ferrovia e por isso é

um dos alvos principais da manutenção. Em alguns trechos da ferrovia os trilhos

apresentam alto nível de desgaste e, nas regiões de serra e curvas acentuadas, a

sua vida útil é muito reduzida. As Figuras 1.2 e 1.3 ilustram este alto índice de

desgaste na ferrovia brasileira MRS Logística. Uma das iniciativas utilizadas para

atenuar este problema foi o “Gerenciamento de Atrito”.

FIG. 1.1 – Trilhos com desgaste, amassamento e formação de fissuras.

FIG. 1.2 – Desgaste em trilho externo.

20

1.2 OBJETIVO

Esta dissertação tem como objetivo analisar as melhores práticas para

implementação do gerenciamento do atrito e apresentar um procedimento para

aplicação e análise de resultados desta prática. Uma aplicação do procedimento foi

realizada em um trecho piloto na ferrovia MRS Logística.

1.3 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA

O grande crescimento do transporte ferroviário previsto implica numa ocupação

cada vez maior da malha ferroviária e faz com que as ferrovias busquem a

otimização dos recursos. Para suportar este crescimento são necessários

investimentos em técnicas que busquem otimizar os custos de manutenção,

aumentem a vida útil dos ativos e reduzam as paralisações para manutenção.

O exemplo de sucesso de outras ferrovias, entre elas a Canadian Pacific

Railway na utilização do gerenciamento do atrito foi seguido pelas ferrovias

brasileiras. Em 2007, após uma parceria com o instituto canadense National

Research Council (NRC), a ferrovia brasileira iniciou a implementação do conceito

em suas linhas.

Em 2008, após vários estudos e análises, os primeiros equipamentos foram

instalados, num total de 11. Contudo, devido à grande extensão da malha e ao

espaçamento entre eles, a mensuração dos resultados não foi tão satisfatória.

Estudos recentes mostram que resultados mais consistentes e efetivos no que diz

respeito ao gerenciamento de atrito deve-se ao fato de implementação de

equipamentos em larga escala.

De acordo com EADIE (2002) os principais benefícios do gerenciamento de

atrito como parte do controle da interação roda / trilho são:

• Redução do desgaste de trilhos e rodas (incluindo a redução da corrugação);

• Redução de ruído e vibração; e

• Economia significante de energia (combustível).

21

1.4 ESTRUTURA

A presente 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 composição da

dissertação.

Capítulo 2 – Gerenciamento do Atrito: Neste capítulo as melhores práticas

para implementação efetiva do gerenciamento do atrito serão analisadas. As opções

de equipamentos para aplicação serão avaliadas de acordo com sua utilização em

outras ferrovias

Capítulo 3 – Procedimento de Aplicação e Análise: O procedimento de

implantação será apresentado baseado nos casos de sucesso no mundo ferroviário.

Um trecho piloto será definido e as soluções encontradas serão colocadas em

prática. São também apresentadas as fases realizadas para implantação do projeto.

Todos os passos serão descritos.

Capítulo 4 – Análise dos Resultados: O trecho piloto será avaliado, utilizando-

se os métodos de avaliação mais conhecidos na área. Após o levantamento dos

resultados, será feita uma avaliação dos ganhos reais e potencias com a

implantação eficiente do gerenciamento do atrito em uma ferrovia de carga.

Capítulo 5 – Conclusões e Recomendações: No último capítulo são

apresentadas as conclusões e as recomendações deste estudo, assim como

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

mesma tecnologia.

22

2 GERENCIAMENTO DO ATRITO

2.1 DEFINIÇÃO

No meio ferroviário Gerenciamento do Atrito é o processo de controlar o

coeficiente de atrito existente no contato roda / trilho para atingir valores mais

apropriados para a operação ferroviária e os melhores índices de desgaste, forças

laterais em curvas e economia de combustível (SROBA et al., 2001).

RONEY (2009) define atrito como a resistência ao movimento sempre que um

corpo sólido desliza sobre outro. O atrito entre a roda e o trilho representa uma

perda significativa de energia, acrescentando uma resistência ao movimento que,

para ser vencida, é necessário um esforço adicional de tração.

EADIE et al. (2002) mostram que mesmo sem a presença de contaminação no

contato roda / trilho, os níveis de coeficiente do atrito no topo do trilho, que

aparentemente está limpo e seco, pode variar entre 0,2 e 0,8. Esta variação pode

impactar severamente o desempenho do sistema. Por isso, um dos objetivos do

gerenciamento do atrito é a minimização desta variação natural.

Esta variação pode ser causada pela composição da camada situada entre o

trilho e a roda, o chamado “terceiro corpo”. As principais componentes do terceiro

corpo são minúsculas partículas provenientes de desgaste, geralmente, óxido de

ferro, que têm diferentes coeficientes de atrito.

De acordo com REIFF (2006) durante muitos anos as ferrovias realizaram a

lubrificação da face de bitola (Gage face – GF). Nas ferrovias de carga a

lubrificação era, até recentemente, uma maneira de controlar o atrito na face de

bitola com o objetivo de aumentar a vida útil dos trilhos. Nos últimos anos, a indústria

ferroviária desenvolveu melhor o conhecimento sobre o gerenciamento do atrito.

Isso permitiu que o controle do atrito no topo do trilho (Top of Rail – TOR) fosse

desenvolvido.

A principal diferença entre a lubrificação GF e o controle do atrito TOR é o uso

do modificador de atrito (Friction Modifier – FM) para a aplicação no topo do trilho no

lugar da utilização dos materiais convencionais, como graxa ou óleo, para aplicação

23

GF. Teoricamente, o lubrificante pode ser usado para aplicações TOR, mas estes

produtos são difíceis de controlar para alcançar o coeficiente de atrito desejável.

Enquanto o lubrificante produz a faixa adequada de coeficiente de atrito por uma

faixa muito estreita de espessura, o modificador de atrito consegue este resultado

em uma faixa mais extensa. Essa característica do FM permite que o produto seja

utilizado no topo do trilho e alcance o nível de atrito adequado.

A seguir serão descritas as principais características dos lubrificantes e

modificador de atrito mais utilizados para o gerenciamento do atrito no meio

ferroviário.

2.1.1 LUBRIFICANTE

Redução do desgaste e calor entre duas superfícies com movimento relativo são

conseguidos através da inserção de um material com menor viscosidade (resistência

ao cisalhamento) entre superfícies que têm um coeficiente de atrito relativamente

elevado. Assim, as superfícies de desgaste são substituídas por um material com

um coeficiente de atrito mais desejável. Todo o material utilizado para reduzir o atrito

desta forma é um lubrificante (U.S. ARMY, 1999).

Lubrificantes estão disponíveis na forma líquida, sólida e gasosa. Máquinas e

equipamentos normalmente usam óleo ou graxa. Lubrificantes sólidos, como o

dissulfeto de molibdênio ou grafite são usados quando a carga nos pontos de

contato é relativamente alta.

De acordo com SROBA et al. (2001) três características são importantes em um

lubrificante para a lubrificação efetiva:

Lubricidade: se refere à capacidade do lubrificante para reduzir o atrito.

Como a maioria dos lubrificantes disponíveis podem fornecer um

coeficiente de atrito menor que 0,25, a lubrificidade é raramente um fator

decisivo. Dado que as taxas de desgaste em condições "secas" são

ordens de grandeza maior do que aqueles em condições de lubrificação,

a chave para a lubrificação eficiente é assegurar que há lubrificação onde

necessário no contato roda x trilho;

24

Adesividade - é uma medida do tempo (ou número de passagens de

roda, ou Milhão de Tonelada Bruta (MTBT)), em que o lubrificante é

capaz de manter a sua lubricidade. Testes de laboratório mostram que a

adesividade diminui como aumento da carga e aumento do ângulo de

ataque dos rodeiros ferroviários. A implicação prática disso é que os trens

carregados consomem ("queimam") lubrificantes em uma taxa muito

maior do que os vazios, e que o lubrificante é consumido muito mais

rápido em curvas acentuadas do que nas curvas suaves; e

Bombeabilidade - é a aplicação contínua de lubrificantes na interface roda

x trilho. A importância de manter uma lubrificação constante não pode ser

subestimada. Garantir que os lubrificadores não ficarão vazios ou

desligados por longos períodos de tempo é um fator chave. Além disso,

para evitar o desgaste do trilho na face bitola nas curvas depende muito

da capacidade do lubrificante ser bombeado em todas as temperaturas

experientes no sistema ferroviário. Por exemplo: na Canadian Pacific a

faixa de temperatura varia de -34 ° a 43 ° Celsius. Teste de lubrificantes

em câmara fria a uma temperatura de -40 ° C, mostraram que o

lubrificante se tornou rígido, enquanto a temperaturas mais quentes,

aproximadamente 60 ° C, o lubrificante tende a liquefazer e cair do trilho.

2.1.2 MODIFICADOR DE ATRITO

Modificadores de atrito são materiais que podem controlar o nível de atrito

encontrado, dependendo da exigência. A tecnologia está disponível para gerir o

atrito entre 0,06-0,60, em qualquer nível dentro desta faixa. A interface roda x trilho é

separada por uma película de resíduos de desgaste e contaminantes. Um

gerenciamento de atrito bem sucedido introduz sólidos na interface roda x trilho,

formando um filme, com propriedades definidas de fricção e em quantidades

adequadas, com o objetivo de modificar o coeficiente de atrito desta camada

(CHIDDICK et al., 1999).

Este filme formado permite controlar o coeficiente de atrito entre 0,30 e 0,35 não

causarando impacto na adesão roda x trilho necessária. O filme é composto por

25

sólidos inorgânicos, polímeros e contaminantes já existentes no boleto do trilho,

como óxidos e tem a propriedade de controlar o atrito. (LU et al., 2005).

EADIE et al., 2001, define modificador de atrito como uma solução a base de

água, composta uma suspensão de sólidos, que consegue reduzir, controlar e

manter o coeficiente de atrito no topo do trilho em um nível ideal.

De acordo com MAKOUSKY et al., 2006, o modificador de atrito é um líquido a

base de água que contém uma suspensão de sólidos e componentes adicionais que

proporcionam a permanência do material. Após a aplicação, a água evapora e uma

fina película seca permanece fornecendo um coeficiente médio de atrito (COF) na

faixa de 0,30-0,35 na interface roda x trilho.

O modificador de atrito mais conhecido e utilizado é o KELTRACK® Trackside

Freigh. Existem várias referências a utilização deste produto em grandes ferrovias

norte americanas, como Union Pacific, Norfolk Southern, Canadian Pacific,

Canadian National, etc.

2.1.3 LUBRIFICANTES X MODIFICADORES DE ATRITO

REIFF (2009) apresenta as características que lubrificantes e modificadores de

atrito devem ter em comum:

- Podem ser sólidos ou líquidos;

- Ambientalmente aceitáveis;

- Economicamente viáveis;

- Podem ser elaborados especialmente para o meio ferroviário;

- Operam com grande variação de temperatura;

- Não impactam a sinalização ferroviária;

- Não promovem degradação dos trilhos;

- Não afetam a frenagem ou a adesão para as locomotivas;

- Não interferem em inspeções de ultrassom; e

- Com aquecimento em cruzamentos, não entram em ignição.

A Tabela 2.1 a seguir apresenta as principais características de ambos.

26

TAB. 2.1 – Comparação entre lubrificantes e modificadores de atrito

Fonte: REIFF, 2009.

EADIE et al. (2001) relata que tanto lubrificantes como modificadores de atrito

podem mitigar os danos às rodas e aos trilhos causados pelo RCF (rolling contact

fatigue). Ambos têm comportamento semelhante para inibir o início das fissuras

relacionadas ao RCF, porém modificadores de atrito têm também a habilidade de

minimizar o crescimento das fissuras existentes. Uma vez iniciadas, as fissuras irão

se propagar, a não ser que sejam removidas pelo esmerilhamento ou pelo desgaste

natural. Como os lubrificantes possuem líquidos, eles tendem a pressurizar as

fissuras, fazendo que com elas se propaguem, e os modificadores de atrito, que

possuem sólidos em sua formulação, não causam este efeito. Assim, modificadores

de atrito ajudam a minimizar o crescimento das fissuras e, em consequência, a

minimizar os danos causados pelo contato entre a roda e o trilho.

2.2 OBJETIVOS DO GERENCIAMENTO DO ATRITO

SROBA et al. (2001) e REIFF et al. (2006) mostram que os objetivos do

gerenciamento do atrito são:

• Lubrificação na face de bitola (GF) para coeficiente de atrito (COF) – µ <

0,20;

• COF no topo do trilho (TOR) deve ser 0,35µ ± 0,05µ; e

• A diferença entre o COF do trilho externo e do trilho interno não deve ser

superior a 0,1.

27

Estes objetivos foram publicados no Manual AREMA, 2010, seção 4.11.3.2.

A Figura 2.1 ilustra os principais objetivos do gerenciamento do atrito.

FIG. 2.1 – Índices ideais de COF para o trilho interno e externo (EADIE, 2010).

2.3 IMPACTO DO GERENCIAMENTO DO ATRITO

Diversos fatores são diretamente impactados pelo gerenciamento de atrito e de

extrema importância para uma ferrovia, são eles: desgaste de trilho, consumo de

energia, ruído, Rolling Contact Fatigue (RCF), forças laterais, desgaste de rodas,

fixação e dormentação. Estes fatores estão descritos a seguir.

2.3.1 DESGASTE DE TRILHO

Desgaste pode ser definido como um dano progressivo, causando perda de

material em função do contato entre duas superfícies em movimento. Embora algum

desgaste seja esperado durante o movimento, um coeficiente de atrito elevado

causa um desgaste prematuro e aumento dos custos em função de falhas e

substituição das partes (U. S. ARMY, 1999).

O desgaste do trilho pode ser dividido em:

- Desgaste na face de bitola, geralmente nos trilhos externos de curvas; e

- Desgaste no topo do trilho (amassamento), geralmente nos trilhos internos de

curvas.

28

A Figura 2.2 ilustra os dois tipos de desgaste.

FIG 2. 2 – Desgaste típico de trilhos externo (Outer) e interno (Inner) em uma curva

(ANDERSON et al., 2005).

O desgaste é inevitável sempre que há movimento relativo entre duas

superfícies, contudo, o desgaste pode ser atenuado com a seleção correta dos

materiais utilizados e manutenção correta, incluindo lubrificação (U. S. ARMY, 1999).

LOPRESTI et al. (2011) apresenta o resultado de testes de desgaste de trilhos,

comparando trilhos de alta dureza e dureza intermediária realizados pelo

Transportation Technology Center, Inc. (TTCI). Vários tipos de trilhos, de diferentes

fabricantes e diferentes durezas foram testados. Os resultados mostram que o

desgaste médio para trilhos de dureza intermediária, com a utilização de lubrificação

da face de bitola, é menor do que a metade do desgaste nos trilhos de alta dureza,

porém sem lubrificação. Esse resultado ilustra a efetividade da lubrificação para

reduzir a taxa de desgaste de trilhos.

2.3.2 CONSUMO DE ENERGIA (COMBUSTÍVEL)

Segundo EADIE et al. (2002), a redução de consumo de combustível atingida

com o gerenciamento do atrito, embora seja intuitivo que com baixo COF seja

necessário menos energia para o movimento, ainda é um pouco controversa. A

redução pode vir:

- Redução da força lateral, principalmente em função do COF no topo do trilho;

29

- Redução da resistência ao rolamento em tangentes ferroviárias, também em

função do COF no topo do trilho; e

- Redução das forças entre o flange do rodeiro e a face de bitola em função da

redução do COF na GF.

De acordo com um estudo realizado pelo Transportation Technology Center, Inc.

(TTCI) a indústria ferroviária tem várias pesquisas e testes para identificar os

benefícios da implementação do controle do atrito com o objetivo de redução do

consumo de combustível nos últimos trinta anos. Os resultados destas pesquisas

mostraram que o controle da fricção não somente ajuda na redução do consumo de

combustível mas também aumenta a vida útil dos trilhos e reduz o nível de ruído.

Testes realizados no FAST (Facility Accelerated Service Testing) mostraram que a

implementação do controle do atrito trouxe uma redução do consumo de

combustível entre 3% e 15%, dependo da geometria da via e práticas de operação.

RONEY et al. (2009), cita um estudo realizado pela ferrovia Burlington Northen

Santa Fe (BNSF) e o TTCI que estima os ganhos com a redução do consumo de

combustível entre 2% em trechos de tangente e 35% em trecho com curvaturas

elevadas. Os testes foram realizados na linha de teste fechada (loop - FAST) do

TTCI em Pueblo, Colorado, Estados Unidos.

Em uma aplicação de gerenciamento de atrito realizado na ferrovia Canadian

Pacific, com aplicação de graxa na face de bitola e modificador de atrito no topo do

trilho, os ganhos estimados foram de 1,4% a 3,3% para o trecho de implantação.

Considerando o custo do combustível a CD 0,70 por litro, o total estimado de

economia de combustível foi de $ 6 milhões de dólares canadenses por ano.

2.3.3 RUÍDO

O excesso de ruído provocado por composições ferroviárias é uma preocupação

constante, principalmente em áreas urbanas. A aplicação de modificador de atrito

pode reduzir significativamente o nível de ruído em curvas, conforme resultado de

vários estudos.

De acordo com EADIE et al. (2002), um sistema de trem de passageiro norte

americano estava com problemas com as comunidades vizinhas devido ao ruído

30

causado por suas composições. Após a aplicação de modificador de atrito no topo

do trilho, uma redução significativa no nível de ruído foi alcançada, como mostra a

Figura 2.3.

FIG. 2.3 – Redução do ruído com a aplicação de modificador de atrito -TOR friction

modifier (EADIE et al., 2002).

2.3.4 ROLLING CONTACT FATIGUE (RCF)

RCF pode ser considerada uma como uma família de danos que podem ocorrer

em trilhos, superficialmente e internamente, devido ao excesso de tensão do

material. Estes danos podem aparecer primeiramente na superfície (exemplo:

headchecks, shelling, squats) ou na subsuperfície (deep seated shell). Nos dois

casos, este fenômeno é resultante de um excesso de tensão repetidas vezes do

material, causado por centenas ou milhares de ciclos de contato entre a roda e trilho

(MAGEL et al., 2004).

Ainda segundo MAGEL et al. (2004), de acordo com estatísticas da Federal

Railway Administration (FRA), entre 1995 e 2002, a existência de RCF está

relacionada a 122 acidentes e pode ter contribuído com mais 160 outros. Além da

questão de segurança, há a importante questão econômica relacionada ao RCF. Um

estudo mostra que o custo relacionado ao RCF para ferrovias européias, incluindo

inspeção, atrasos de trens, troca de trilhos e soldas, esmerilhamento e

descarrilhamentos, é cerca de 300 milhões € por ano.

31

Um dos processos indicados para controlar RCF, entre outros, é o

gerenciamento do atrito, que pode ajudar a controlar a formação e minimizar os

efeitos do RCF.

Testes realizados pelo TTCI (LOPRESTI et al., 2011) comparando trilhos de alta

dureza sem lubrificação e trilhos de dureza intermediária com lubrificação, instalados

em curvas com raio 5°, mostram que há mais ocorrência de RCF nos trilhos de alta

dureza na curva seco do que nos trilhos intermediários nas curvas lubrificadas.

2.3.5 FORÇAS LATERAIS

Segundo MAGEL et al. (2006) sob o ponto de vista de segurança, as forças

laterais elevadas podem:

aumentar o risco de subida de roda no trilho; e

aumentar o risco de tombamento do trilho, o que pode acarretar um

descarrilamento. Essa situação é mais preocupante em linhas com

fixação rígida.

Sob o ponto de vista econômico, forças laterais são um problema pois:

Aumentam a força de contato e podem levar a um desgaste elevado;

Aumentam a tensão no contato entre a roda e trilho e aumentam a

formação de RCF em trilhos e rodas; e

Aumentam o quadramento ou tombamento dos trilhos, contribuindo para

danos nas placas de apoio e fixação, incluindo quebra de pregos e fadiga

de grampos.

2.3.6 DESGASTE DE RODA

ROONEY et al. (2009) relata que com a utilização do gerenciamento do atrito na

ferrovia Canadian Pacific foi estimado, conservadoramente, que haveria uma

redução de 15% na substituição de rodas.

32

2.3.7 FIXAÇÃO E DORMENTAÇÃO

De acordo com SROBA et al. (2001), em uma análise realizada na ferrovia

Canadian Pacific os benefícios para a dormentação em função da redução das

forças laterais em uma linha com fixação rígida e utilização de lubrificação na face

de bitola, são consideráveis. Foi estimado um aumento médio da vida útil de um

dormente em cerca 3 anos para cada ano adiado na troca do trilho.

A Figura 2.4 mostra a ação da força lateral na fixação. Quando ela é excessiva

pode ocorrer o afundamento da placa de apoio no dormente, danificando o dormente

e podendo afetar a bitola. A fixação também é afetada e pode perder sua

efetividade. O desgaste do trilho, conforme já comentado anteriormente, é uma das

consequências.

FIG. 2.4 – Resultado da ação da força lateral (KEVIN CONN, 2005)

2.4 MÉTODOS DE APLICAÇÃO

A aplicação de lubrificantes e modificadores de atrito pode ser realizada de

diversas maneiras. Os métodos mais comuns serão relatados a seguir. A escolha do

modelo a ser utilizado depende de vários fatores como limitações de espaço para

instalação dos equipamentos, disponibilidade de energia, capacidade de utilização

de painéis solares para alimentação elétrica dos equipamentos, movimentação

constante de locomotivas ou vagões entre trens o que poderia deixar a área do

projeto sem aplicação, variação de temperatura e o tipo de material a ser utilizado.

33

2.4.1 WAYSIDE

REIFF (2006) relata que o método mais comum de aplicação utilizado é o

wayside, ou seja, quando o equipamento é montado na lateral da linha ferroviária.

Os equipamentos para aplicação tanto de lubrificante tanto de modificador de atrito

são bastante semelhantes, sendo a diferença entre eles as barras de aplicação do

produto instaladas nos trilhos. A Figura 2.5 mostra a diferença entre as barras

aplicadoras.

Enquanto a barra de aplicação de modificador de atrito no topo do trilho é

instalada na parte exterior do trilho, as barras de aplicação de lubrificantes são

instaladas na parte interna, para que a aplicação do produto seja feita na face de

bitola. Com a passagem dos rodeiros, é ativada a injeção de material para as barras

aplicadoras. Os rodeiros passando pelas barras recebem lubrificante nos flanges ou

modificador de atrito nas rodas.

Os primeiros equipamentos eram mecânicos ou hidráulicos. A aplicação era

ativada através do contato do rodeiro com um pino que acionava a injeção de

material nas barras de aplicação. Equipamentos de ativação eletrônica foram

desenvolvidos e se mostraram mais eficientes no gerenciamento do atrito. No caso

de aplicação GF, o resultado é um maior controle da migração de lubrificante para o

topo do trilho. O lubrificante é aplicado exatamente onde é necessário, ou seja, na

face de bitola.

FIG. 2.5 – Barra aplicadora GF e TOR

34

Os novos tipos de equipamento wayside utilizam um sensor de rodas que é

instalado no trilho. Este sensor detecta a passagem dos rodeiros e envia um sinal

para o equipamento bombear lubrificante ou FM para as barras aplicadoras. Caixas

de controle eletrônicas são utilizadas para definir os parâmetros de aplicação em

função do número de rodas passantes pelo sensor, minimizando assim, o

desperdício de material. Atualmente, são utilizadas barras mais longas para a

aplicação, elas podem aplicar material em toda a circunferência da roda. O National

Research Council Canada (NRC) realizou testes na ferrovia Canadian Pacific e

concluiu que barras longas podem aplicar 36% menos material do que as barras

menores e atingirem os mesmos resultados. Normalmente são instaladas duas

barras, uma por trilho. Os equipamentos devem preferencialmente ser instalados em

tangentes (SROBA et al., 2001).

ROONEY (2009) diz que a utilização de equipamentos wayside é a melhor

técnica para proteger trechos com alto índice de curvas ou um conjunto de curvas de

uma rota. Segundo ele, a desvantagem destes equipamentos é a manutenção que,

caso não haja acesso rodoviário, deve ser feita por veículos rodoferroviários ou

ferroviários que ocupam a linha ferroviária.

2.4.2 ONBOARD

Nesta modalidade há a aplicação de lubrificantes ou modificador de atrito em

equipamentos embarcados em locomotivas, vagões e veículos rodoferroviários.

2.4.2.1 LOCOMOTIVA

Os aplicadores GF ou TOR embarcados em locomotivas são também muito

similares, com exceção do ponto de aplicação, assim como os equipamentos

wayside. A aplicação de graxa na face de bitola é realizada com a utilização de um

spray diretamente no flange de quase todos rodeiros, se não em todos. Para a

aplicação TOR são utilizadas mangueiras que aplicam o produto diretamente sobre

o topo dos trilhos, após o último rodeiro da locomotiva. A Figura 2.6 mostra um

exemplo típico de aplicação TOR em locomotiva.

35

FIG. 2.6 – Exemplo de aplicação TOR em locomotiva (REIFF, 2006).

ROONEY (2009) relata que, se a aplicação for mantida constante, a aplicação

de lubrificantes por um sistema onboard é uma maneira efetiva de proteger toda a

rota e atingir consumo de combustível também em tangentes, ao contrário de

aplicações wayside, que tipicamente são utilizadas para proteger curvas.

2.4.2.2 VAGÃO

Comparado com a utilização de equipamentos onboard em locomotivas, a

solução montada em um vagão é uma boa solução, pois não influencia a

programação de manutenção da locomotiva e é um sistema simples, porém robusto.

Em 2003, um protótipo de aplicação onboard em vagão foi elaborado para

aplicação de modificador de atrito KELTRACK® e testado na ferrovia canadense

Cartier Railway. A Figura 2.7 mostra o equipamento.

36

FIG. 2.7 – Sistema de aplicação TOR montado em vagão de minério na ferrovia Cartier

Railway (COTTER, 2007).

2.4.2.3 RODOFERROVIÁRIO

Algumas ferrovias utilizam veículos rodoferroviários para a aplicação de

lubrificantes. Os veículos são equipados com um sistema simples de aplicação

direta. Esta é uma solução de baixo custo para aplicação e é mais indicada para

trechos de tráfego leve, pois o lubrificante aplicado pode ser retirado por 1 ou 2 trens

longos. Sendo assim, esta solução não é muito efetiva em trechos de tráfego pesado

(ROONEY, 2009).

A ferrovia sul africana Spoornet tem utilizados veículos rodoferroviários para

aplicação de lubrificantes na face de bitola. O lubrificante é aplicado na face de bitola

através de bicos injetores em mangueiras. A Figura 2.8 ilustra a aplicação na

Spoornet.

37

FIG. 2.8 – Veículo rodoferroviário utilizado na Spoornet (esquerda) – Detalhe do aplicador

na face de bitola (direita) (FRÖHLING, 2007).

FRÖHLING et al. (2007) ressaltam que o nível de proteção entre ciclos de

aplicação do equipamento rodoferroviário depende da durabilidade do lubrificante

utilizado, da quantidade de lubrificante aplicado, do número de trens entre

aplicações, da velocidade dos trens e das condições do material rodante. Ainda,

quantidade de lubrificante excessiva pode causar contaminação indesejada do topo

do trilho e aplicação insuficiente faz com que os trilhos em curvas fiquem secos, sem

lubrificação, em pouco tempo. Por isso, determinar um ciclo ótimo para aplicação é

fundamental para atingir um nível de gerenciamento adequado.

2.5 MÉTODOS DE MENSURAÇÃO DE RESULTADOS

Para verificar os resultados do gerenciamento do atrito algumas ferramentas são

utilizadas. As principais serão descritas a seguir.

2.5.1 TRIBÔMETRO MANUAL

É uma ferramenta utilizada para medição do COF ao longo dos trilhos em locais

específicos. Pode obter leitura do topo do trilho ou da face de bitola, dependendo do

ajuste da roda de medição. Um operador empurra o equipamento para fazer a

medição enquanto um algoritmo interno valida os resultados. Possui um visor digital

que indica o valor do coeficiente de atrito encontrado.

38

Tribômetros manuais podem apresentar bons resultados se estiverem bem

manutenidos e calibrados. A maior desvantagem desse equipamento é a limitação

de tamanho do trecho, pois como as leituras são feitas por um operador empurrando

o equipamento, nem todo o trecho é levantado, sendo assim o resultado é somente

uma “fotografia” (EADIE et al., 2002).

A Figura 2.9 mostra um equipamento em operação em uma ferrovia Canadense

e na MRS Logística.

FIG. 2.9 –Tribômetro manual em operação em uma ferrovia Canadense (esquerda) e

na MRS Logística (direta).

2.5.2 TRIBÔMETRO DE ALTA VELOCIDADE

Tribômetros de alta velocidade são engatados em veículos rodoferroviários e

podem fazer leituras em toda a extensão do trecho protegido pelo Gerenciamento do

Atrito. Este equipamento pode fazer leituras simultâneas do coeficiente de atrito no

topo do trilho e também na face de bitola nos dois trilhos (EADIE et al., 2002).

REIFF et al., 2006, diz que o equipamento pode produzir uma base de

resultados compatíveis com os resultados do carro controle, utilizado para

verificação das condições de geometria da via. A Figura 2.10 mostra o tribômetro de

alta velocidade.

39

FIG. 2.10 –Tribômetro de alta velocidade engatado em veículo rodoferroviário (REIFF,

2009).

Assim como o tribômetro manual, o tribômetro de alta velocidade só faz medidas

do coeficiente de atrito no trilho, mensurando somente uma parte da interface roda e

trilho. Como as rodas também são afetadas pelo gerenciamento de atrito, as

medições realizadas somente nos trilhos produzem uma indicação das condições de

gerenciamento de atrito, mas não necessariamente uma indicação da performance

do sistema como um todo (REIFF et al., 2006).

2.5.3 L/V

O sistema L/V tem sido utilizado em vários estudos para demonstrar a

efetividade do gerenciamento do atrito no contato roda x trilho (JORGE et al., 2009).

É utilizado para medir a efetividade da aplicação do modificador de atrito, pois como

o produto permanece em maior quantidade na banda de rodagem das rodas, não é

possível conhecer o COF obtido após aplicação de modificador de atrito com

medições diretas.

Como exemplo, o sistema de instrumentação utilizado na MRS Logística é

fabricado pela ISI – Instrumentation Services Inc., através de straingages instalados

na alma e no patim dos trilhos são identificadas as forças laterais e verticais

respectivamente. É um sistema fixo e complexo instalado ao lado da via. As forças

laterais e verticais são calculadas através de um software, que captura os dados dos

straingages instalados nas curvas testes sempre que um trem passa pelo site L/V

(JORGE et al., 2009).

40

FIG. 2.11 – Site L / V instalado na MRS Logística.

A magnitude da força lateral medida é específica para cada curva e é

dependente de vários parâmetros, incluindo perfis de roda e trilho, condição do

truque, condições da fixação e dormentes, velocidade do trem, carga por eixo e nível

de atrito. Todas estas variáveis devem ser consideradas para a análise dos

resultados do sistema L/V.

SROBA (2004) diz que baixos valores da relação L/V com a implementação do

Gerenciamento do Atrito 100% Efetivo na Canadian Pacific irá aumentar a

segurança operacional com a redução do risco de descarilhamentos causados pela

subida de roda.

2.5.4 MINIPROF

O perfilômetro digital de trilhos Miniprof é utilizado para conhecer a taxa de

desgaste dos trilhos. É um aparelho com alta precisão, fabricado pela Greenwood

Engineering, que consiste em uma cabeça de leitura do perfil do trilho e um

computador de mão. Pode ser usado para checar novos perfis e também a taxa de

desgaste. Existe também um modelo para medição de perfis de roda.

Medições de perfis dos trilhos devem ser realizadas sempre antes e depois do

ciclo de esmerilhamento, assim o desgaste artificial, causado pelo esmerilhamento,

pode ser identificado e o desgaste natural, causado pelo desgaste, mensurado.

A Figura 2.12 mostra o Miniprof em uso na MRS Logística para medição do

perfil do trilho. A Figura 2.13 apresenta a tela do software do Miniprof. Nela pode-se

41

ver as diversas medições realizadas em um mesmo ponto, assim como o perfil do

trilho novo que serve de referência.

FIG. 2.12 – Miniprof em uso na MRS Logística.

FIG. 2.13 – Tela do Miniprof com medições realizadas, em vermelho, e perfil de

comparação, em azul.

2.6 ESPAÇAMENTO ENTRE OS EQUIPAMENTOS WAYSIDE

Vários fatores interferem no funcionamento dos equipamentos do

Gerenciamento de Atrito. Para determinar o correto espaçamento entre os

equipamentos wayside estas variáveis devem ser consideradas no trecho em

análise:

42

- Raio de curvatura;

- Extensão das tangentes;

- Rampa;

- Tipo de trilho;

- Estratégia de esmerilhamento aplicado;

- Carga por eixo; e

- Tipo de tráfego existente, assim como velocidade praticada e padrões de

frenagem.

De acordo com estudos realizados pelo NRC (SROBA et al., 2001) as seguintes

condições devem ser atendidas quando da avaliação do local de instalação dos

equipamentos:

Superfície de acabamento após o esmerilhamento na face de bitola do trilho

externo: quinas vivas (deep grinding facets) devem ser evitadas;

Variação de bitola: deve ser ± 1/16” no ponto de instalação;

Localização: deve ser instalado em tangente e não adjacentes à curvas de

raios inferiores à 3°. Não deve ser instalado próximo à aparelhos de mudança de via

(AMV), passagens de nível e pontos de parada de trens;

Tendência de hunting – deve ser evitada no local de instalação, o truque deve

estar o mais alinhado possível; e

Incidência de luz solar – para o caso de equipamentos eletrônicos que

utilizam energia solar.

SROBA (2001) apresenta a equação 1 desenvolvida pela ferrovia sul africana

Spoornet para definir o correto espaçamento entre equipamentos para lubrificação

GF. Este critério foi utilizado para a disposição do trecho teste na ferrovia Canadian

Pacific. Os termos da equação são baseados no estudo de DE KOKER (1994). A

equação utilizada considera a extensão da linha a ser protegida pela lubrificação

relacionada a uma série de fatores relacionados à via permanente. Esta extensão

ajustada é então dividida por uma relação de fatores ligados a operação, o tráfego

no trecho analisado.

43

A Equação 2.1 deve ser calculada para cada segmento, curvas e tangentes, e o

resultado é conhecido como o “Número de Koker”. O resultado não representa a

distância entre os lubrificadores. Devem ser feitas leituras com o tribômetro em

curvas após o primeiro lubrificador até que o valor do coeficiente de atrito seja

superior a 0,25. O número de Koker deve ser calculado para cada segmento anterior

a esta curva com µ superior a 0,25. Os valores devem ser somados, então teremos

o valor de Koker entre lubrificadores. Então, o número de Koker deve ser calculado

para todo o trecho após a curva com µ ≥ 0,25 e os lubrificadores posicionados de

forma que o valor de Koker entre eles seja o mesmo.

EQ. 2.1

Onde:

C – Extensão da curva, incluindo a espirais. Quanto maior a curva, mais o flange

da roda estará em contato com a face de bitola no trilho externo, implicando na

necessidade de mais lubrificante;

S – Fração da extensão das tangentes. A ferrovia Spoornet utilizou 5% da

extensão das tangentes para considerar o contato flange da roda x face de bitola,

em hunting suave;

G – Fator necessário se diferentes lubrificantes são utilizados. Testes de campo

devem ser realizados para mensurar a efetividade dos lubrificantes. Como a CP

utilizou somente um lubrificante no teste, este fator foi considerado 1;

R – Termo para considerar o efeito do raio de curvatura. É a média do raio de

curvatura, incluindo espirais;

P – Termo para considerar a utilização de diferentes barras de aplicação. Se

mais de uma barra for utilizada, deve-se verificar a efetividade de cada uma. No

caso da CP, mesmo com barras diferentes, elas apresentavam resultados

semelhantes, então este fator foi considerado 1;

T – Direção do tráfego. Se o tráfego for bidirecional, o fator T é igual a 1. Se for

unidirecional, o fator T é igual a 2;

44

L – Wheelbases (tamanho do truque das locomotivas). Recomenda-se verificar

a distribuição de diferentes locomotivas no local. No caso da CP, a mais utilizada era

a AC 4.400 HP. O fator L foi considerado 1;

A – Carga por eixo. Vagões mais pesados causarão maior força lateral. Este

fator é apenas para vagões, não para locomotivas. A expressão 2 é utilizada para a

determinação da carga por eixo.

EQ. 2.2

Onde AS é a carga por eixo habitual; n é a fração de vagões com carga por eixo

inferior ou igual ao habitual; e AM é a máxima carga por eixo. Na CP foi utilizado 1,25

para este fator.

V – Velocidade. É um fator difícil de aplicar, pois é necessária a velocidade de

todos os trens que circulam pelo local. Como estes dados não estavam disponíveis,

na CP foi utilizado 1 para este fator;

M – Truques desalinhados. deKoker recomenda um valor até 1,25 para este

fator. Ele cita alguns números de ferrovias norte americanas onde há uma redução

da resistência ao rolamento em tangentes lubrificadas. Isso implica em que truques

desalinhados irão flangear em tangentes. Para a CP foi considerado um valor de

1,23, pois segundo Sroba et al. (2001) há uma pequena percentagem de truques

desalinhados;

BR – Frenagem do trem. Se um trem carregado em uma longa rampa

ascendente aplicar freio moderado a severo as rodas poderão ficar quentes o

suficiente para queimar o lubrificante existente ou fazer com que ele escorra para

baixo da face de bitola. Se este valor for superior a um, significa que os

lubrificadores devem ser instalados mais próximos, devido a rampas ascendentes

elevadas. Na CP foi utilizado 1 para este fator, pois o trecho em questão não

necessita aplicações de freio severas; e

BG – Truques. Este fator não estava inicialmente na fórmula de deKoker, mas foi

incluído para a CP devido a utilização de truques radiais.

EADIE et al. (2007) mostra que alguns estudos sugerem o espaçamento entre

equipamentos para aplicação de modificador de atrito seja de 2,4 km. Contudo, em

uma aplicação realizada na ferrovia Canadian National - CN, em virtude do tráfego

45

ser basicamente unidirecional, o espaçamento adotado foi de 1,6 km entre

equipamentos.

Baseado em várias instalações, os fornecedores dos equipamentos utilizados no

gerenciamento de atrito, sugerem como base para um projeto um espaçamento

inicial médio de 4 km entre aplicadores TOR e 8 km entre aplicadores GF,

considerando todos os requisitos para posicionamento dos equipamentos citados

anteriormente. Este espaçamento deve ser validado após a instalação com

realização de medições para verificar se o material aplicado está atingindo o

carrydown esperado. Caso negativo deve ser feita nova avaliação para definir novo

posicionamento.

46

3 PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DO GERENCIAMENTO DO ATRITO


Conforme exposto no Capítulo 2, o método mais comum de aplicação de graxa

ou modificador de atrito atualmente utilizado é o wayside, ou seja, quando o

equipamento é montado na lateral da linha ferroviária (REIFF, 2006). ROONEY

(2009) relata que a utilização de equipamentos wayside é a melhor técnica para

proteger trechos com alto índice de curvas ou ainda um conjunto de curvas de uma

rota.

O trecho piloto a ser avaliado possui alto índice de curvatura e é extremamente

solicitado em termos de volume de transporte. Dessa forma, optou-se pela utilização

de equipamentos wayside para a implantação do Gerenciamento do Atrito.

Neste Capítulo é apresentado o procedimento proposto para a implantação do

Gerenciamento do Atrito com utilização de equipamentos wayside. São discutidas

todas as etapas, com início na definição de pontos de instalação dos equipamentos

até a mensuração dos resultados. Um fluxograma mostrando todas as etapas de

maneira sintética e objetiva será também apresentado.

3.2 ETAPAS PROPOSTAS

Para a implantação do Gerenciamento do Atrito em uma ferrovia, com a

utilização de equipamentos wayside, as seguintes etapas devem ser seguidas:

Etapa 01 – Proposta de localização dos equipamentos:

Partindo de um espaçamento inicial aproximado, sugerido pelos fornecedores

de equipamentos wayside baseados em várias instalações, de 4 km entre

aplicadores TOR e 8 km entre aplicadores GF, deve-se fazer a primeira proposta de

localização dos equipamentos utilizando um mapa de linha (documento que contém

informações sobre todo o trecho como curvas e tangentes, fornecendo raio de

curvatura e extensão).

47

Neste momento devem ser consideradas as características geométricas

apresentadas, para que os equipamentos sejam instalados em tangentes não

adjacentes a curvas de raios inferiores à 3°. Deve-se evitar também a instalação

próxima à aparelhos de mudança de via (AMV), passagens de nível e pontos de

parada de trens. A existência de rampa e modelo operacional vigente também

devem ser considerados nesta primeira avaliação.

Etapa 02 – Levantamento de campo e avaliação dos pontos:

Conforme discutido anteriormente, SROBA et al. (2001), diz que as seguintes

condições devem ser atendidas quando da avaliação do local de instalação dos

equipamentos:

Superfície de acabamento após o esmerilhamento na face de bitola do trilho

externo: quinas vivas (deep grinding facets) devem ser evitadas;


Localização: deve ser instalado em tangente e não adjacentes à curvas de

raios inferiores à 3°. Não deve ser instalado próximo à aparelhos de mudança de via

(AMV), passagens de nível e pontos de parada de trens;

Tendência de hunting – deve ser evitada no local de instalação, o truque deve

estar o mais alinhado possível;



O Figura 3.1 foi desenvolvido para facilitar o levantamento de campo e a

inspeção dos pontos prováveis para instalação dos equipamentos. Nele estão

reunidas todas as características que devem ser verificadas no momento da

inspeção.

Com base na análise realizada na Etapa 01 e com a utilização da Figura 3.1 são

realizados os levantamentos de campo para definir o real posicionamento dos

equipamentos. Caso o ponto pré-definido não seja ideal para a instalação, deve-se

verificar o ponto mais próximo que atenda as condições desejáveis. Caso

necessário, algumas alterações e correções podem ser apontadas para que o ponto

inspecionado se torne adequado à instalação.

48

FIG. 3.1 – Inspeção dos possíveis pontos de instalação

49

Etapa 03 – Instalação dos equipamentos:

Após definidos os pontos de instalação e com todas as correções apontadas

realizadas, deve-se nivelar a base no terreno para o posicionamento do

equipamento. Os equipamentos podem ser previamente preparados com uma base

de dormentes inservíveis para a reaplicação na linha. Os dormentes servirão como

suporte para os equipamentos.

Para o posicionamento dos equipamentos ao longo da linha deve-se utilizar o

apoio de um caminhão de linha ou caminhão rodo-ferroviário dotado de guindaste.

Após a instalação, os equipamentos devem ser ativados utilizando a taxa de

aplicação de graxa e modificador de atrito sugerida pelos fornecedores.

Etapa 04 – Rotina de Inspeção (Manutenção e Abastecimento):

Uma rotina de manutenção e abastecimento deve ser estabelecida. Os

equipamentos devem ser inspecionados pelo menos duas vezes por mês, uma para

manutenção e outra para abastecimento.

Durante o abastecimento dos reservatórios de graxa ou de modificador de atrito

deve-se verificar as condições operacionais dos equipamentos. Caso alguma avaria

ou mal funcionamento seja identificado, o mesmo deve ser reportado para a equipe

de manutenção.

A manutenção de rotina deve ser realizada pelo menos uma vez por mês.

Durante a inspeção são verificados o funcionamento do sensor de roda, a carga da

bateria e o acionamento da bomba. São também realizadas a limpeza e

desobstrução das barras aplicadoras assim como, no caso dos aplicadores GF, é

feita a limpeza das mantas filtrantes, com a retirada do excesso de graxa.

Etapa 05 – Mensuração dos resultados:

Conforme apresentado no Capítulo 2, para avaliação dos resultados da

implantação do Gerenciamento do Atrito em uma ferrovia podem ser utilizados o

perfilômetro digital Miniprof, o tribômetro manual e o Sistema L/V.

O Miniprof será útil para a definição da taxa de desgaste dos trilhos no trecho

protegido pelo Gerenciamento do Atrito. O tribômetro manual fornecerá informações

referentes ao coeficiente do atrito encontrado nos pontos de medição, permitindo

avaliar a lubrificação na face de bitola assim como uma possível contaminação no

50

topo do trilho. Como o tribômetro manual não pode ser utilizado para a verificação

da eficácia da aplicação do modificador de atrito, os benefícios desta aplicação

devem ser avaliados com a utilização de um Sistema L/V para medir as forças

laterais e verticais.

As leituras realizadas com o Miniprof devem ser realizadas sempre antes e

depois da passagem da Esmerilhadora de trilhos, para que se possa descontar o

desgaste artificial dos trilhos causado pela mesma. Medições do COF com o

tribômetro manual devem ser realizadas sempre a cada dois meses. O sistema L/V

captura informações a cada trem que passa e as envia continuamente para uma

base de dados. A mesma deve ser avaliada pelo menos uma vez por mês.

Etapa 06 – Análise dos resultados:

Os dados levantados na Etapa 05 devem ser analisados. Caso os benefícios

esperados não sejam atendidos, deve-se estudar nova taxa de distribuição de graxa

e/ou modificador de atrito ou, até mesmo, a inclusão de novos equipamentos no

sistema.

Dessa forma, os ajustes necessários devem ser realizados e todo o

procedimento, desde a Etapa 01, deve ser feito novamente. Assim que os resultados

avaliados estejam dentro dos padrões esperados, o sistema pode ser considerado

calibrado.

3.3 FLUXOGRAMA

A Figura 3.2 apresenta o fluxograma, que sintetiza as etapas do procedimento,

proposto para a aplicação do procedimento descrito para a implantação do

Gerenciamento do Atrito em uma ferrovia com a utilização de equipamentos

wayside.

51

FIG. 3.2 – Procedimento de implantação do Gerenciamento do Atrito em uma Ferrovia

51

52

4 PROCEDIMENTO DE APLICAÇÃO E ANÁLISE


Neste capítulo é apresentado o tipo de aplicação selecionado, baseado nas

melhores práticas já estudadas. Os equipamentos para aplicação de graxa e

modificador de atrito são definidos e suas principais características avaliadas e

apresentadas.

Um trecho na ferrovia MRS Logística foi determinado como piloto em função das

suas características geométricas e volume transportado em suas linhas. Os

equipamentos serão dispostos ao longo do trecho seguindo o procedimento

apresentado no Capítulo 03 para a implantação dos equipamentos wayside em um

projeto de Gerenciamento do Atrito. Todo o processo de localização final será

descrito.

As confirmações dos resultados e benefícios do projeto são apresentadas. Foram

utilizados o perfilômetro de trilhos Miniprof para levantamento da taxa de desgaste e

o Tribômetro Manual para levantamento do Coeficiente de Atrito. Para o período

seco, ou seja, anterior ao Gerenciamento do Atrito, serão utilizados dados do Track

STAR e leituras de Miniprof realizadas pela equipe da Esmerilhadora de Trilhos.

4.2 TIPO DE APLICAÇÃO

Seguindo as melhores práticas no mercado ferroviário e ainda a indicação do

estudo realizado pelo NRC, foi definido que seriam utilizados equipamentos

eletrônicos para aplicação wayside. Os equipamentos utilizados são fornecidos pela

LB Foster, antiga Portec.

Os equipamentos utilizados são do tipo Protector IV Trackside Friction

Management System, Gage Face ou Top of Rail. A Figura 4.1 mostra as principais

características dos dois equipamentos. Vale ressaltar que o que diferencia os

equipamentos é a barra de aplicação.

Para lubrificação da face de bitola são utilizadas barras distribuidoras de

lubrificante de 1,48 m, modelo Portec MC-4XL, 16 ou 48 portas de distribuição, com

53

tecnologia GreaseGuide, que consiste em uma calha que reaproveita a graxa que

não é carregada pela roda. Em cada local de lubrificação é instalada uma barra

distribuidora por trilho, e para evitar a contaminação do lastro, é utilizada uma manta

filtrante, CatchAll. A graxa aplicada foi a SHELL Retinax HDX2.

Para aplicação de modificador de atrito no topo do trilho são utilizadas barras

aplicadoras de 0,80 m, modelo Portec TOR-ML, com uma única porta de aplicação.

Diferentemente da barras aplicadoras de lubrificante, as barras TOR-ML são

montadas no lado de campo dos trilhos. O modificador de atrito utilizado foi o

Keltrack. A bandagem das rodas é encarregada da distribuição do produto ao longo

da via.

FIG. 4.1 – Comparativo entre os equipamentos Protector IV GF e TOR

4.3 DESCRIÇÃO DO TRECHO PILOTO

A MRS Logística S. A., empresa ferroviária brasileira, iniciou suas operações em

primeiro de dezembro de 1996, assumindo a chamada Malha Sudeste da Rede

Ferroviária Federal S. A. (RFFSA), por intermédio da privatização da mesma em um

54

modelo que consistia na transferência dos serviços de transporte ferroviário de

cargas e no arrendamento dos bens operacionais para o setor privado. Foi

constituída pela fusão das linhas de bitola larga (1,60 m) da Superintendência

Regional com sede em Juiz de Fora (SR-3) e da Superintendência Regional com

sede em São Paulo (SR-4). Assim, a Malha Sudeste tem uma extensão de 1.643 km

de linhas entre os estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo. Trata-se de

um corredor logístico que facilita o processo de transporte e distribuição de cargas

em uma região que concentra aproximadamente 54% do Produto Interno Bruto do

Brasil. A MRS tem acesso aos portos de Itaguaí/RJ e de Santos/SP, sendo este o

mais importante da América Latina.

Desde o seu surgimento a MRS Logística vem apresentando um crescimento

considerável nos volumes transportados, conforme pode ser visto na Figura 4.2. Na

rota do minério, entre o quadrilátero ferrífero no estado de Minas Gerais e os Portos

de Guaíba e Sepetiba, principalmente, a MRS utiliza trens unitários formados por

duas locomotivas potentes (AC44i e C44) e 134 vagões de 130 toneladas cada.

Pelas linhas da MRS são transportados além do minério de ferro, carvão, coque,

produtos siderúrgico, produtos agrícolas e outros.

FIG. 4.2 – Produção Anual em Milhões de Toneladas Útil da MRS Logística

Trata-se de um corredor logístico que facilita o transporte e distribuição de

cargas em uma região que concentra aproximadamente 54% do Produto Interno

Bruto do Brasil e onde estão instalados os maiores complexos industriais do país

55

(Figura 4.3). Em 2010 a empresa transportou 144,1 milhões de toneladas contra

128,9 milhões de toneladas em 2009.

FIG. 4.3 – Esquema de linhas da MRS Logística

De acordo com o Relatório de Administração da empresa em 2010, o Brasil

apresentou o recorde de 310,9 milhões de toneladas de minério de ferro exportadas,

uma alta de 16,9% em relação ao registrado em 2009, reflexo da manutenção da

forte demanda chinesa pelo produto brasileiro. Responsável pelo escoamento de

28,1% do total de minério de ferro exportado pelo país, a MRS, em 2010, alcançou o

recorde de 87,5 milhões de toneladas de minério de ferro transportadas,

correspondendo a um incremento de 9,0% em relação ao volume movimentado em

2009.

As coordenações de via permanente de Pinheiral e Barra do Piraí são umas das

mais solicitadas em termos de volume de transporte. Todo o minério exportação

trafega sobre suas linhas assim como o carvão que abastece a siderúrgica CSN em

Volta Redonda. Este trecho foi escolhido como piloto para a implantação do projeto

de Gerenciamento de Atrito.

56

FIG. 4.4 – Esquema da MRS com as subdivisões por Coordenações. Em destaque as Coordenações de Via Permanente de Pinheiral e Barra do Piraí.

O trecho compreendido entre os marcos quilométricos 156 e 64 consiste em

linha dupla, predominantemente (Figura 4.4). É caracterizado por 30 % de curvas na

Coordenação de Pinheiral, sendo a curvatura mínima de 230 metros, e cerca de

90% de curvas com raio mínimo de 156 metros na coordenação de Via de Barra do

Piraí. O tipo de trilho utilizado é o TR 68 com dureza máxima de 400 Hb. Os

dormentes são principalmente de eucalipto não tratado, sendo também encontrados

dormentes alternativos de plástico reciclado e aço em alguns trechos. O trecho

selecionado está entre os quilômetros 140 e 64, totalizando 76 km de linha de

extensão.

4.4 LOCALIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS

Para a definição do posicionamento dos equipamentos foram consideradas as

indicações do estudo do NRC em relação ao número de equipamentos necessários

para a região em estudo:

57

10 aplicadores de face de bitola; e

19 aplicadores de topo do trilho.

De acordo com a Etapa 01 do procedimento, foi utilizado o mapa de linha,

documento que contém informações sobre todo o trecho como curvas e tangentes,

fornecendo raio de curvatura e extensão, foi feita a análise dos possíveis pontos de

instalação. Foram considerados os seguintes itens para a elaboração da proposta de

instalação:

- Raio de curvatura;

- Extensão das tangentes;

- Rampa;

- Tipo de trilho;

- Estratégia de esmerilhamento aplicado;

- Carga por eixo; e

- Tipo de tráfego existente, assim como velocidade praticada e padrões de

frenagem.

A proposta para o espaçamento inicial dos equipamentos foi, em média, de 4 km

entre aplicadores TOR e 8 km entre aplicadores GF, considerando todos os

requisitos para posicionamento citados anteriormente. A cobertura alcançada pelos

equipamentos deve ser avaliada e, caso necessário, nova proposta de

posicionamento deve ser estabelecida. A Tabela 4.1 mostra o posicionamento inicial

proposto.

58

TAB. 4.1 – Posicionamento inicial proposto

Posição Quilométrica

Tipo de Equipamento

Trecho/Pátio

Km 139 + 500 Lubrificador GF Rademaker – Volta Redonda

Km 139 + 400 Aplicador TOR Rademaker – Volta Redonda

Km 136 + 950 Aplicador TOR Inferior de Rademaker

Km 130 + 900 Lubrificador GF Pinheiral

Km 130 + 800 Aplicador TOR Pinheiral

Km 126 + 300 Aplicador TOR Vargem Alegre ‐ Pinheiral

Km 122 + 300 Lubrificador GF Superior de Vargem Alegre

Km 122 + 200 Aplicador TOR Superior de Vargem Alegre

Km 118 + 400 Aplicador TOR Waldemar de Brito – V. Alegre

Km 114 + 000 Lubrificador GF Waldermar de Brito – Pulverização

Km 113 + 900 Aplicador TOR Waldermar de Brito – Pulverização

Km 109 + 100 Aplicador TOR Barra do Piraí

Km 109 + 000 Lubrificador GF Barra do Piraí

Km 104 + 000 Lubrificador GF Santana de Barra

Km 103 + 900 Aplicador TOR Santana de Barra

Km 99 + 900 Aplicador TOR

Km 97 + 000 Lubrificador GF Mendes

Km 96 + 900 Aplicador TOR Mendes

Km 92 + 500 Aplicador TOR Mendes

Km 89 + 800 Lubrificador GF Humberto Antunes

Km 89 + 700 Aplicador TOR Humberto Antunes

Km 85 + 350 Aplicador TOR Paulo de Frontin

Km 82 + 300 Aplicador TOR Próximo ao Túnel 08

Km 80 + 300 Lubrificador GF Próximo ao Túnel 07



Km 72 + 500 Lubrificador GF Mário Belo

Km 69 + 500 Aplicador TOR

Km 65 + 200 Aplicador TOR Posto Km 64

59

Todos os pontos de instalação indicados foram visitados e avaliados com o

objetivo de validar a instalação, conforme a Etapa 02. Foi utilizado a Figura 3.1 para

registrar dos detalhes das inspeções. As principais características analisadas foram:

Superfície de acabamento após o esmerilhamento na face de bitola do

trilho externo: quinas vivas (deep grinding facets) devem ser evitadas;

Superfície do trilho: em pontos de instalação de equipamentos de

aplicação TOR a superfície do trilho deve estar livre de fissuras e/ou

defeitos superficiais, pois os mesmos podem ser potencializados na

região de aplicação;


Localização: deve ser instalado em tangente e não adjacentes à curvas

de raios inferiores à 3°. Não deve ser instalado próximo à aparelhos de

mudança de via (AMV), passagens de nível (PN) e pontos de parada de

trens;

Tendência de hunting – deve ser evitada no local de instalação, o truque

deve estar o mais alinhado possível; e



Durante a inspeção, foi verificada a impossibilidade de instalação em alguns

pontos e a necessidade de realização de serviços para permitir a instalação em

outros pontos.

A seguir será apresentado o resultado da inspeção na Coordenação de Via

Permanente de Pinheiral. O mesmo processo foi realizado na Coordenação de Via

Permanente de Barra do Piraí.

- Km 139 + 500 (139 Poste 10) – Lubrificador

Local apropriado para a instalação, sem a necessidade de intervenção por parte da

Via Permanente (FIG. 4.5).

60

FIG. 4.5 – Ponto de instalação no km 139, poste 10

- Km 139 + 400 (139 Poste 08) – Aplicador TOR

Local apropriado para a instalação, sem a necessidade de intervenção por parte da

Via Permanente (Figura 4.6).

FIG. 4.6 – Ponto de instalação no km 139, poste 08.


Local com equipamento anteriormente instalado. Necessidade de substituição das

barras aplicadoras utilizadas (TOR-XL) pelas barras novas TOR-ML.

61


- km 130 + 900 – Lubrificador

Local em construção de um travessão ferroviário, sendo assim não seria atendida a

premissa de distância de AMV. Em substituição a este ponto, foi feita a verificação

das condições encontradas nas proximidades.

- Km 131 + 350 (131 Poste 07)

Trecho em tangente, com condições de instalação do equipamento.

Necessidade de realização de serviços de correção pela Via Permanente, como

consolidação de bitola, nivelamento transversal e substituição do trilho direito, pois o

mesmo se encontrava com defeito superficial.


- Km 130 + 800 – Aplicador TOR

Local em construção de um travessão ferroviário, sendo assim não seria atendida a

premissa de distância de AMV. Em substituição a este ponto, foi feita a verificação

das condições encontradas nas proximidades.

- Km 131 + 150 (131 Poste 03)

62

Trecho em tangente, atendendo às condições para instalação do

equipamento. Não havia necessidade de intervenção da Via Permanente, somente a

retirada de um trilho na lateral da linha no local de posicionamento do aplicador

TOR.



Local apropriado para a instalação. Há necessidade de intervenção por parte da Via

Permanente para a limpeza do lastro no local.


- Km 122 + 300 (122 Poste 05) – Lubrificador

Necessidade de intervenção da Via Permanente para a substituição dos trilhos

esquerdo e direito, pois os mesmos apresentam acentuado escoamento interno, o

que dificulta a instalação da barra aplicadora.

63



Local apropriado para a instalação contudo há a necessidade de substituição do

trilho esquerdo, pois trata-se de trilho invertido, com acentuado desgaste no lado de

campo, o dificulta a instalação da barra aplicadora TOR ML.



Local não apresentava tangente com comprimento suficiente, diferente do que

mostrava o mapa de linha. Em substituição a este ponto, foi feita a verificação das

condições encontradas nas proximidades.

- Km 119 + 250 (119 Poste 05)

Trecho em tangente em condições para a instalação do equipamento sem a

necessidade de intervenções por parte da equipe de Via Permanente.

64


- Km 114 + 000 – Lubrificador

Apesar do mapa de linha apresentar este ponto como uma tangente, na verdade, o

comprimento não era suficiente para instalação do equipamento. Foi feita a

avaliação das condições encontradas nas proximidades para verificação de novo

local para instalação.

- Km 115 + 900 (115 Poste 18)

Local apropriado para a instalação, atendendo a todos os critérios avaliados. Há a

necessidade de esmerilhamento do escoamento do trilho esquerdo para facilitar a

instalação da barra aplicadora.



O local não apresentava as características necessárias para instalação do

equipamento. Em substituição a este ponto, foi feita a verificação das condições

encontradas nas proximidades.

- Km 115 + 300 (115 Poste 06)

65

Solicitada a substituição do trilho direito, pois o mesmo apresenta alto índice de

desgaste em função de se tratar de trilho invertido. Não há outras intervenções a

serem realizadas.


Seguindo o procedimento, de acordo com a Etapa 03, após a realização da

inspeção, e com base em todos os parâmetros técnicos anteriormente comentados,

foram definidos os pontos de instalação conforme mostra a Tabela 4.2.

TAB. 4.2 – Quadro final com o posicionamento dos equipamentos.


Tipo de Equipamento

Trecho/Pátio Fonte de Energia

Posição do reservatório

Instalação das barras

Km 139 P10 Lubrificador GF Rademaker – Volta Redonda

Solar Esquerda Linha 1

Km 139 P08 Aplicador TOR Rademaker – Volta Redonda

Solar Esquerda Linha 1

Km 136 P22 Aplicador TOR Inferior de Rademaker

AC Direita Linha 1

Km 131 P7 Lubrificador GF Pinheiral Novo Solar Esquerda Linha 1

Km 131 P3 Aplicador TOR Pinheiral Novo Solar Esquerda Linha 1

Km 126 P6 Aplicador TOR Vargem Alegre ‐ Pinheiral

Solar Direita Linha 2

Km 122 P5 Lubrificador GF Superior de Vargem Alegre

Solar Direita Linha 2

Km 122 P3 Aplicador TOR Superior de

Vargem Alegre Solar Direita Linha 2

Km 119 P5 Aplicador TOR Waldemar de Brito

– V. Alegre Solar Direita Linha 2

Km 115 P18 Lubrificador GF Waldermar de Brito Solar Direita Linha 2

Km 115 P6 Aplicador TOR Waldermar de Brito Solar Direita Linha 2

Km 109 P7 Lubrificador GF Barra do Piraí Solar Direita Linha 1

Km 109 P6 Aplicador TOR Barra do Piraí Solar Direita Linha 1

Km 104 P2 Lubrificador GF Inferior Túnel 15 Solar Esquerda Linha 1

Km 103 P24 Aplicador TOR Inferior Túnel 15 Solar Esquerda Linha 1

66

TAB. 4.3 – Quadro final com o posicionamento dos equipamentos (Continuação).


Tipo de Equipamento

Trecho/Pátio Fonte de Energia

Posição do reservatório

Instalação das barras

Km 99 P21 Aplicador TOR Morsing Solar Esquerda Linha 1

Km 97 Lubrificador GF Martins Costa Solar Direita Linha 1

Km 96 P17 Aplicador TOR Martins Costa Solar Esquerda Linha 1

Km 92 P8 Aplicador TOR Mendes Solar Esquerda Linha 1


Km 86 P7,5 Lubrificador GF Paulo de Frontin Solar Direita Linha 1

Km 85 P5 Aplicador TOR Paulo de Frontin Solar Esquerda Linha 1

Km 83 P11,5

Aplicador TOR Entre túnel 10 e 11 Solar Esquerda Linha 1

Km 80 P7 Lubrificador GF Inferior Túnel 07 Solar Esquerda Linha 1


Km 74 P8,5 Aplicador TOR Inferior Túnel 02 Solar Esquerda Linha 1

Km 72 P9,5 Lubrificador GF Mário Belo Solar Esquerda Linha 1

Km 69 P13 Aplicador TOR Pátio km 64 Solar Esquerda Linha 1

Km 65 P3 Aplicador TOR Pátio km 64 Solar Direita Linha 1

Km 99 P21 Aplicador TOR Morsing Solar Esquerda Linha 1

4.5 LINHA DE BASE

Para posterior verificação de resultados foram identificadas 27 curvas com

diferentes raios de curvatura (suaves, moderadas e apertadas) para monitoramento

da taxa de desgaste lateral e vertical dos trilhos (Tabela 4.4). Para isso foi utilizado o

perfilômetro digital Miniprof. A partir dos dados gerados pôde-se identificar o

desgaste natural dos trilhos, provocado pelo contato roda x trilho, e o desgaste

artificial, provado pelo esmerilhamento. Para atingir este objetivo foram feitas

medições sempre antes e após a passagem da esmerilhadora de trilhos no trecho

avaliado ou sempre que o ciclo da esmerilhadora ultrapassar 30 MTBT.

67

TAB. 4.4 – Curvas monitoradas

A Tabela 4.5 mostra os resultados das primeiras leituras realizadas com o

Miniprof na Coordenação de Via Permanente de Pinheiral. Em cada curva foram

marcados 6 pontos de medição (3 pontos no trilho interno e 3 pontos no trilho

externo). Os resultados apresentam os valores de desgaste vertical e lateral, em

milímetros, e representam a primeira medição. Para posterior comparação, serão

utilizados dados provenientes do Track STAR e da equipe da Esmerilhadora de

trilhos, que faz medidas pontuais utilizando o Miniprof.

TAB. 4.5 – Resultados da medição com o Miniprof

Local Trilho Desgaste

vertical (mm) Desgaste

Lateral (mm)

138 P5 Externo 2,7283 4,5002

138 P5 Interno 3,1657 0,1009

138 P6 Externo 2,8922 3,7061

138 P6 Interno 3,6926 -0,1502

138 P7 Externo 3,0867 4,0345

138 P7 Interno 3,4072 -0,3065

135 P2 Externo 1,855 0,1082

135 P2 Interno 0,3552 -0,4726

135 P2+15 Externo 8,853 0,0705

135 P2+15 Interno 0,4521 -0,3608

135 P2+30 Externo 8,9702 -0,3134

135 P2+30 Interno 0,4302 -0,3874

134 P16 Externo 2,1477 -0,0095

134 P16 Interno 0,6025 0,6079

134 P15,5 Externo 1,788 -0,0744

134 P15,5 Interno 1,1669 0,8418

134 P15 Externo 1,9119 -0,2712

68


(Continua).



Lateral (mm)

134 P15 Interno 0,5666 0,3072

130+250 Interno 1,2731 1,6782

130+250 Externo 1,3298 -0,2679

130+265 Externo 1,2618 -0,2818

130+265 Interno 0,9526 1,5552

130+280 Interno 1,1996 0,2664

130+280 Externo 1,2291 -0,1181

127 Externo 4,1971 6,9217

127 Interno 7,3218 -0,0619

127+15 Externo 4,3107 7,3449

127+15 Interno 9,4132 0,4395

127-15 Externo 4,245 7,9768

127-15 Interno 8,539 -0,2658

126 P14 Externo 5,1104 7,6425

126 P14 Interno 10,1491 0,0071

126 P14+15 Externo 4,728 6,9835

126 P14+15 Interno 7,7632 -0,2373

126 P14+30 Externo 5,1394 9,5494

126 P14+30 Interno 9,9181 -0,4423

123 P6 Externo 13,0529 8,9655

123 P6 Interno 11,09 -0,28

123 P5 Externo 12,7532 7,0189

123 P5 Interno 11,3412 -0,8224

123 P4 Externo 12,034 7,0348

123 P4 Interno 11,0317 -0,3791

124 P1 Externo 8,4184 -0,2001

124 P1 Interno 9,1386 2,7901

123 P25 Externo 9,1382 -0,1003

123 P25 Interno 9,6003 4,919

123 P23 Externo 9,3069 -0,4535

123 P23 Interno 9,2828 5,8494

122 P16,5 Externo 10,5678 5,5391

122 P16,5 Interno 11,0412 -0,1678

122 P16,75 Interno 10,8916 -0,7773

122 P16,75 Externo 10,5009 4,1967

122 P16,25 Externo 10,3536 5,4767

122 P16,25 Interno 10,8319 -0,1397

121 P11 Externo 5,3604 2,7503

69


(Continuação).



Lateral (mm)

121 P11 Interno 1,5477 -0,3626

121 P11,5 Externo 5,2637 1,1249

121 P11,5 Interno 1,5721 -0,5443

121 P10,5 Externo 5,2503 2,3001

121 P10,5 Interno 1,5852 -0,6926

121 Externo 1,3063 -0,1224

121 Interno 10,4903 -1,011

120 P17 Externo 1,5426 -0,3041

120 P17 Interno 11,8167 -0,5899

120 P16,5 Externo 1,4834 0,1013

120 P16,5 Interno 11,3898 -1,4315

117 P23 Externo 11,4123 0,1838

117 P23 Interno -0,1042 0,0136

117 P23,5 Externo 3,9654 1,5559

117 P23,5 Interno 3,6014 -0,1193

117 P22,5 Externo -0,107 -0,0173

117 P22,5 Interno 13,7747 -0,2888

117 P16,5 Externo -0,2519 -0,25

117 P16,5 Interno 11,0075 -0,4413

117 P16 Externo 12,2956 0,3804

117 P16 Interno -0,3862 -0,2673

117 P14,5 Externo 13,2125 -0,2878

117 P14,5 Interno -0,3082 -0,0932

Em paralelo foram feitas medições do coeficiente de atrito na face de bitola e

topo dos trilhos externos e topo dos trilhos internos. O objetivo é avaliar a efetividade

da lubrificação da face de bitola e uma possível contaminação no topo do trilho. A

Tabela 4.8 mostra a classificação dos trilhos em função do coeficiente de atrito

medido.

Vale a pena ressaltar que medindo o coeficiente de atrito no topo do trilho não

se pode avaliar o desempenho dos aplicadores TOR devido às características do

modificador de atrito, secagem rápida, e distribuição pontual no topo do trilho.

70

TAB. 4.8 – Classificação dos trilhos em função do coeficiente de atrito medido

Classificação ‐ Trilho Coeficiente de

Atrito Descrição

Seco 0,35 a 0,57 Sem graxa na face de bitola.

Lubrificação Pobre 0,30 a 0,35 10% a 40% de graxa na face de bitola

Lubrificação Aceitável

0,25 a 0,30 40% a 60% de graxa na face de bitola. Metal ainda é visível através do lubrificante.

Lubrificação Boa 0,20 a 0,25 60% a 90% de graxa na face de bitola

Lubrificação Ótima 0,15 a 0,20 100% de graxa na face de bitola. Graxa ainda fresca e úmida.

Lubrificação Excessiva

<0,15 Boleto do trilho coberto por um filme de lubrificante.

Os resultados das medições realizadas estão apresentados na Tabela 4.6.

Foram identificados os pontos de medição (quilometragem e poste), o raio de

curvatura, o tipo de trilho e o coeficiente de atrito. No caso do trilho externo no km

130+250 não foi possível identificar o tipo de trilho utilizado pois não foram

encontradas marcações no mesmo.

71

TAB. 4.9 – Resultados de medição do COF

72

A Figura 4.16 mostra os resultados das medições do coeficiente de atrito no

trecho em estudo. Nenhum dos pontos avaliados atingiu o nível ideal de coeficiente

de atrito para a face de bitola, ou seja, inferior a 0,20. Este resultado demonstra que

não há gerenciamento do atrito efetivo no trecho avaliado e aponta a necessidade

de intervenção.

FIG. 4.16 – Coeficiente de atrito no trecho em estudo

4.6 APLICAÇÃO MRS LOGÍSTICA

Todas as adequações necessárias nos pontos de instalação foram realizadas

conforme as indicações nos levantamentos executados. A partir daí foi feita a

programação de instalação dos equipamentos. A Figura 4.17 mostra o esquema de

posicionamento dos equipamentos. Para facilitar a visualização, a verdadeira

geometria não está representada no esquemático, apenas o posicionamento dos

lubrificadores GF e aplicadores TOR ativados no trecho.

73

FIG. 4.17 – Esquema de posicionamento dos equipamentos

Para a instalação foram utilizados um caminhão rodoferroviário Volkswagen

Worker 17-180, equipado com um munck (guindaste) e preparado com o sistema

próprio para abastecimento de lubrificante e modificador de atrito. Os equipamentos

foram posicionados ao longo da via férrea com o apoio da equipe de via permanente

local com a Figura 4.18 pode-se ver o caminhão de linha carregando os

equipamentos preparados para a instalação assim como um equipamento

posicionado ao lado da linha.

A base no terreno para instalação foi previamente preparada e nivelada. Foram

utilizados dormentes inservíveis para a reaplicação na linha como suporte para os

equipamentos. Foram usados preferencialmente dormentes de plástico, pois os

mesmos têm vida útil superior ao dormente de madeira. Este suporte foi

anteriormente preparado e os equipamentos foram posicionados com esta base de

dormentes, conforme também pode ser visto na Figura 4.18.

FIG. 4.18 – Caminhão de linha carregando equipamentos e equipamento posicionado ao lado da linha

74

Foram utilizados conduítes plásticos para enterrar as mangueiras dos

equipamentos no lastro ferroviário. Este procedimento não é prática comum nas

instalações realizadas na América do Norte, contudo em função do alto risco de

vandalismo na área do projeto e com a intenção de proteger as mangueiras de

possíveis arrastes de barras de trilhos sobre as mesmas, foi definida a necessidade

deste tipo de proteção. A Figura 4.19 mostra o padrão de instalação utilizado.

Seguindo orientação do fornecedor, os equipamentos foram programados com a

taxa de aplicação descrita a seguir:

- Aplicador TOR: 0,25 segundos de aplicação a cada 12 rodas (0,50 L / 1000

rodas)

- Lubrificador GF: 0,25 segundos de aplicação a cada 16 rodas (0,35 L / 1000

rodas)

FIG. 4.19 – Exemplo de instalação, com base de dormentes e conduítes plásticos protegendo as mangueiras

75

4.6.1 INSTALAÇÕES

A Tabela 4.10 mostra a data de aplicação, calibração e ativação dos

equipamentos. Os aplicadores TOR do km 103, Poste 16, e km 136, Poste 22,

foramreaproveitados. A ferrovia MRS Logística havia feito a instalação de alguns

equipamentos em 2008 e estes equipamentos foram mantidos em sua posição

inicial. Com a conclusão desta fase, encerra-se a Etapa 03.

TAB. 4.10 – Data de aplicação dos equipamentos

Local Descrição Tipo Data

Km 65 P 3 Pátio km 64 Aplicador TOR 20/07/2011

Km 69 P 13 Pátio km 64 Aplicador TOR 29/07/2011

Km 72 P 9,5 Mário Belo Lubrificador GF 26/07/2011

Km 74 P 8,5 Inferior Túnel 02 Aplicador TOR 21/07/2011

km 79 P05 Inferior Túnel 06 Aplicador TOR 14/07/2011

Km 80 P7 Inferior Túnel 07 Lubrificador GF 29/07/2011

Km 83 P11,5 Entre túnel 10 e 11 Aplicador TOR 20/07/2011

Km 85 P5 Paulo de Frontin Aplicador TOR 16/06/2011

Km 86 P7,6 Paulo de Frontin Lubrificador GF 21/06/2011

Km 87 P2 Inferior Túnel 12 Aplicador TOR 16/06/2011

Km 92 P 8 Mendes Aplicador TOR 14/06/2011

Km 96 P17 Martins Costa Aplicador TOR 18/06/2011

Km 97 Martins Costa Lubrificador GF 08/06/2011

Km 99 P21 Morsing Aplicador TOR 08/06/2011

Km 103 P16 * Inferior Túnel 15 Aplicador TOR 15/12/2008

Km 104 P2 Inferior Túnel 15 Lubrificador GF 08/06/2011

km 109 P6 Barra do Piraí Aplicador TOR 30/05/2011

km 109 P7 Barra do Piraí Lubrificador GF 30/05/2011

Km 115 P6 Waldemar de Brito Aplicador TOR 20/05/2011

Km 115 P18 Waldemar de Brito Lubrificador GF 06/05/2011

Km 119 P5 Waldemar de Brito Aplicador TOR 12/05/2011

Km 122 P3 Vargem Alegre Aplicador TOR 24/05/2011

Km 122 P5 Vargem Alegre Lubrificador GF 24/05/2011

Km 126 P3 Vargem Alegre Aplicador TOR 05/05/2011

Km 131 P3 Pinheiral Novo Aplicador TOR 13/05/2011

Km 131 P7 Pinheiral Novo Lubrificador GF 20/05/2011

km 136 P22* Pinheiral Aplicador TOR 15/12/2008

Km 139 P8 Volta Redonda Aplicador TOR 29/04/2011

Km 139 P10 Volta Redonda Lubrificador GF 28/04/2011

76

O serviço teve início no final do mês de abril e levou cerca de três meses para

ser concluído, sendo o último equipamento instalado no dia 29 de julho. A medida

que as pendências encontradas na inspeção inicial para definição do

posicionamento, mencionadas anteriormente, eram sanadas e o ponto de instalação

liberado, os equipamentos foram posicionados e instalados.

Todos os equipamentos foram ativados na data de aplicação com a

configuração citada anteriormente. O funcionamento continua sendo monitorado

com inspeções periódicas.

FIG. 4.20 – Aplicador TOR – Km 115 P6

77

FIG. 4.21 – Lubrificador eletrônico – Km 115 P18


78



79



80



81



82

5 RESULTADOS

5.1 RESULTADOS MRS – PROJETO GLOBAL

O Gerenciamento do Atrito no Brasil começou a ser implantado na MRS

Logística em 2007 com a instalação dos primeiros equipamentos e em 2011 o

projeto foi expandido com implantação de equipamentos em larga escala. Esta

expansão motivou o estudo apresentado nesta dissertação. O projeto atual envolve

a instalação de 75 lubrificadores de face de bitola e 51 aplicadores de modificador

de atrito no topo do trilho com objetivo final de proteger 575 km da malha ferroviária

da MRS, muito superior aos 76 km do trecho em estudo.

Em função disso, algumas análises foram elaboradas para demonstrar a eficácia

do projeto. Almeida (2011) apresentou uma comparação de trechos esmerilhados

com dois tipos de perfis de trilho (Low rail Sharp ou CPF low rail) logo após a

passagem da esmerilhadora e após um intervalo de tempo para avaliação da taxa

de desgaste vertical dos trilhos. Um dos trechos avaliados tinha sido implementado

com o gerenciamento do atrito recentemente.

A FIG. 5.1 mostra os pontos de monitoramento utilizados, assim como

informações sobre quantidade de pontos avaliados, raio médio de curvatura e

tonelagem trafegada no período de medição (MGT – Million Gross Tones). A cada

duas semanas foram feitas medições com a utilização do Miniprof com o objetivo de

acompanhar o desempenho dos trilhos e mensurar a taxa de desgaste.

83

FIG. 5.1 – Esquemático da linha da MRS – Pontos de monitoramento utilizados

Na Figura 5.2 os gráficos mostram as taxas de desgaste vertical dos trilhos no

trecho Saudade x Guaíba por tipo de perfil esmerilhado. Percebe-se que os trilhos

instalados nos km 102+000 e 102+600 apresentam uma taxa de desgaste inferior

aos outros pontos. Estas curvas são exatamente onde o gerenciamento do atrito já

estava implementado e em perfeito funcionamento durante o período dos

levantamentos.

FIG. 5.2 – Taxa de desgaste vertical dos trilhos por tipo de perfil e local

Para se ter uma comparação mais coerente, foi calculada a taxa de desgaste

em cada um dos pontos dividida pela tonelagem transportada em cada trecho,

obtendo-se assim a taxa de desgaste em mm2 por MGT. O nível de desgaste

84

calculado para o trecho Saudade x Guaíba, onde o gerenciamento do atrito está em

funcionamento, é semelhante à taxa de desgaste calculada para a Ferrovia do Aço

(Figura 5.3). Contudo, os dois trechos apesar de apresentarem taxa de desgaste

semelhante apresentam geometria muito diferentes, sendo que em Saudade x Barra

o raio médio das curvas é 281 metros e na Ferrovia do Aço, 1.000 metros.

FIG. 5.3 – Taxa de desgaste vertical por MGT

5.2 RESULTADOS MRS – TRECHO PILOTO

Para a avaliação da lubrificação da face de bitola foi utilizado o Tribômetro,

equipamento fabricado pela LB Foster / Salient Systems, que mede a força de atrito

nos trilhos e automaticamente calcula o coeficiente de atrito. O propósito principal do

equipamento é avaliar a lubrificação de trilhos ferroviários. Em cada ponto de

medição foi feita a leitura do coeficiente de atrito na face de bitola e topo dos trilhos

externo e interno. A Tabela 5.1 apresenta uma parte dos resultados encontrados.

Nela se encontra a quilometragem onde a medição foi realizada, a direção da curva

(Direita ou Esquerda), o COF no topo do trilho externo (TOR ext), no topo do trilho

interno (TOR int) e na face de bitola (GF). Encontra-se também a data da medição e

as condições climáticas do dia.

85

TAB. 5.1 – Resultados de medições com o Tribômetro

86

Na Figura 5.4 pode-se visualizar os resultados encontrados. Percebe-se que o

coeficiente de atrito medido para a face de bitola (GF) foi inferior a 0,20 somente em

poucos pontos de medição. A média dos valores do COF medidos foi 0,29,

alcançando em alguns pontos valores superiores a 0,40.

FIG. 5.4 – Coeficiente de atrito

Apesar de uma redução do coeficiente de atrito quando comparado a situação

inicial, ou seja, a fase sem lubrificação, o COF encontrado para a face de bitola

ainda é superior ao ideal (µ < 0,20). A FIG. 5.5 ilustra o comparativo entre as duas

fases. Nela pode-se perceber que houve uma queda considerável do nível do

coeficiente de atrito. A média das leituras feitas em dezembro é 0,29, inferior à

média das leituras da linha de base, 0,46. Ainda que se tenha atingido a redução do

COF de maneira geral e que em alguns pontos esse valor encontrado seja

considerado ideal (µ < 0,20), o resultado não é o esperado. Os valores encontrados

mostram que o sistema precisa ser calibrado.

Cabe ressaltar que na fase de medições para validação dos resultados foi

identificada a necessidade de mais pontos de acompanhamento, por isso o número

superior de pontos de medição em dezembro de 2011.

87

FIG. 5.5 – Comparação do COF na fase sem (abr/11) e com lubrificação (Dez/11)

Em função dos resultados encontrados, foi feito um ajuste na taxa de aplicação

dos equipamentos GF, partindo inicialmente de 0,25 segundos a cada 18 rodas para

a nova configuração de 0,13 segundos a cada 8 rodas. A freqüência de distribuição

de graxa foi aumentada, porém o volume de aplicação continua inalterado. Assim,

cada ciclo de aplicação será menor e o volume aplicado será o mesmo.

A presença de modificador de atrito não poder ser detectada pelo tribômetro e

esta não é a ferramenta indicada para a verificação de resultados para aplicação no

topo do trilho. Ainda assim, foram feitas medições do COF no TOR dos trilhos

externos e internos com o objetivo de verificar a migração de graxa da face de bitola

para o topo do trilho.

Para o cálculo da taxa de desgaste dos trilhos nas curvas monitoradas foi

realizada a medição dos perfis dos trilhos com a utilização do perfilômetro digital

Miniprof em todas as curvas monitoradas sempre antes e depois da passagem da

Esmerilhadora de Trilhos. Em cada curva foram monitorados seis pontos de

medição, sendo três pontos no trilho externo e três no trilho interno. O cálculo do

desgaste vertical e desgaste lateral dos trilhos foi realizado com o uso do Miniprof

Software. O desgaste artificial causado pelo esmerilhamento dos trilhos foi

desconsiderado, sendo utilizado somente o desgaste natural causado pelo contato

roda x trilho.

88

A taxa de desgaste média foi calculada e equalizada em termos de tonelagem,

ou seja, foram extrapoladas para 100 MTBT, assim todas possuem a mesma base

para comparação. Os casos onde a taxa de desgaste encontrada era negativa, em

função de substituição do trilho analisado ou a erro da leitura, foram

desconsiderados na análise.

A base de dados para comparação dos resultados foi gerada através dos

registros do carro controle (Track Star) utilizado pela MRS de inspeções realizadas

em outubro e novembro de 2010 e fevereiro e abril de 2011. O Track Star é um

veículo rodoferroviário utilizado para inspeções das condições da via permanente.

Ele é dotado de equipamentos capazes de levantar as características geométricas

da via permanente. Com os dados levantados faz-se a comparação com os valores

esperados para cada parâmetro e pode-se determinar os pontos com defeitos que

devem ser corrigidos. Uma das funcionalidades do Track Star é o sistema Laserail

(Rail Measurement System), através do qual é possível ter o perfil do trilho ao longo

do trecho. A sua função é fornecer a medição correta e confiável do perfil do trilho.

Dessa forma, com base nos levantamentos realizados pelo carro controle no trecho

em estudo no período anterior a implementação do Gerenciamento do Atrito pode-se

determinar a taxa de desgaste de trilhos (lateral e vertical) na fase seca.

É importante ressaltar que as medições realizadas com o Track Star não são tão

precisas como as medições do Miniprof, pois o Track Star faz registros a cada 30,48

centímetros (1 pé), assim não se pode garantir que as medições foram realizadas

exatamente no mesmo ponto.

Para a utilização dos dados do Track Star foram feitas considerações distintas

no que diz respeito ao desgaste vertical e lateral para que fosse possível descartar o

desgaste artificial causado pelo esmerilhamento. Considerando que o modelo de

esmerilhamento utilizado na MRS utiliza no um ângulo máximo de esmerilhamento

de 45° a partir do topo do trilho (Figura 5.6), pode-se concluir que o desgaste

artificial causado pelo esmerilhamento não causa desgaste lateral nos trilhos,

somente desgaste vertical.

89

FIG. 5.6 – Ângulo máximo de esmerilhamento utilizado na MRS

Durante o período avaliado para a comparação da fase seca foram realizados

três ciclos de esmerilhamento. O desgaste vertical causado pelo esmerilhamento foi

então descontado dos valores medidos pelo Track Star. Dessa forma, o resultado

apresenta apenas o desgaste natural causado pelo transporte.

Assim sendo, os dados gerados pelo Track Star fornecem uma noção muito

apropriada para a avaliação da taxa de desgaste dos trilhos no período em que o

Gerenciamento do Atrito não era aplicado. A Tabela 5.2 mostra os resultados

encontrados. No caso de desgaste lateral os dados são bastante confiáveis,

considerando o modelo de esmerilhamento utilizado na MRS. A Figura 5.7 ilustra o

comparativo de desgaste lateral antes e depois do Gerenciamento do Atrito e

evidencia os resultados encontrados.

90

TAB. 5.2 – Comparativo dos resultados com e sem gerenciamento do atrito

Curvas

Apertadas

Curvas

Moderadas

Curvas

Suaves

Curvas

Apertadas

Curvas

Moderadas

Curvas

Suaves

Curvas

Apertadas

Curvas

Moderadas

Curvas

Suaves

SEM

Ger. Atrito3,877 3,044 5,634 7,013 7,950 7,641 7,728 7,066 1,704

COM

Ger. Atrito1,313 0,298 0,345 0,666 0,436 0,443 0,832 0,454 0,342

Redução 66,13% 90,21% 93,88% 90,50% 94,52% 94,20% 89,23% 93,58% 79,93%

Desgaste Lateral Desgaste Vertical - TE Desgaste Vertical - TI

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Curvas Apertadas Curvas Moderadas Curvas Suaves

3,877

3,044

5,634

1,313

0,298 0,345

Taxa

de

De

sgas

te (

mm

/10

0 M

TBT)

Desgaste Lateral

SEMGer. Atrito

COMGer. Atrito

FIG. 5.7 – Resultados: Desgaste Lateral

Uma das curvas do trecho foi monitorada com Miniprof durante o período seco,

sem o Gerenciamento do Atrito. Este monitoramento foi realizado pela equipe da

esmerilhadora de trilhos. Neste ponto foi possível realizar a comparação da taxa de

desgaste com e sem gerenciamento do atrito. O resultado está apresentado na

Figura 5.8.

É importante ressaltar que este resultado é pontual e não pode ser extrapolado

para todo o trecho do projeto. Ainda assim a redução da taxa de desgaste

encontrada na curva do Km 85 demonstra o potencial de ganhos que o

gerenciamento do atrito representa, principalmente para trechos com curvas

acentuadas.

91

FIG. 5.8 – Resultado encontrado na Curva do km 85

5.3 OUTROS BENEFÍCIOS ESPERADOS

Embora não tenha sido avaliado durante o período estudado, o Gerenciamento

do Atrito traz benefícios a superestrutura ferroviária, como verificado na revisão

bibliográfica. Os benefícios esperados, porém não mensurados, são redução

defeitos de bitola que diretamente afetará a redução da necessidade de

consolidação (serviço realizado para recompor a bitola). Como esta redução, haverá

um aumento da vida útil dos dormentes e fixação utilizados. A ferrovia Canadian

Pacific realizou estudos que comprovaram a redução da degradação da estrutura

ferroviária com a aplicação de modificador de atrito em suas linhas.

92

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

6.1 CONCLUSÕES

As principais características necessárias para o sucesso do Gerenciamento do

Atrito em uma ferrovia são (ROONEY et al., 2009):

Implementação em larga escala;

Lubrificação GF efetiva;

Controle do atrito no TOR efetivo;

Utilização de sistemas de monitoramento remoto;

Logística de manutenção e abastecimento; e

Avaliação de desempenho do sistema para garantir que os objetivos

estão sendo atingidos.

Resultados consistentes e efetivos do processo de gerenciamento do atrito

serão atingidos com todos estes componentes em funcionamento, garantindo assim

que os benefícios esperados serão atingidos.

Um trecho extremamente solicitado em termos de volume transportado foi

selecionado para a implantação do projeto de Gerenciamento de Atrito na ferrovia

MRS Logística, as coordenações de Via Permanente de Pinheiral e Barra do Piraí.

Conforme apresentado no Capítulo 04 este trecho, compreendido entre os

quilômetros 156 e 64, consiste em linha dupla, predominantemente. O trecho de

Pinheiral é caracterizado por 30% de curvas, sendo a curvatura mínima de 230

metros enquanto Barra do Piraí apresenta cerca de 90% de curvas com raio mínimo

de 156 m.

Os novos tipos de equipamento wayside instalados na MRS (Portec Protector

IV) são eletrônicos e utilizam um sensor magnético de rodas instalado no trilho. Este

sensor detecta a passagem dos rodeiros e envia um sinal para o equipamento

bombear lubrificante ou modificador de atrito para as barras aplicadoras. Caixas de

controle eletrônicas são utilizadas para definir os parâmetros de aplicação em

93

função do número de rodas passantes pelo sensor e o tempo de funcionamento da

bomba, minimizando assim, o desperdício de material.

A instalação destes modernos equipamentos eletrônicos para aplicação de

graxa e modificador de atrito mostrou uma considerável redução da taxa de

desgaste de trilhos no trecho avaliado. Pode-se então concluir que o Gerenciamento

do Atrito efetivo pode trazer benefícios substanciais para trechos ferroviários com

alto índice de curvas.

Considerando que, dos trilhos substituídos na MRS, 60% foram trocados em

função de alto desgaste lateral, a implementação do Gerenciamento do Atrito mostra

que a MRS está no caminho certo para a redução do volume de trilhos a serem

substituídos por ano (JORGE et al., 2009). Espera-se que o gerenciamento do atrito

irá contribuir para ganhos significantes na prevenção de falhas na fixação assim

como na redução dos custos de substituição de dormentes.

A utilização do Gerenciamento de Atrito tem o potencial de reduzir o desgaste

de trilho, as forças laterais e consumo de combustível. Outros benefícios também

podem ser atingidos, como redução do nível de ruído, redução de rolling contact

fatique, redução de desgaste de roda, aumento da vida útil da dormentação e

fixação, entre outros.

Um procedimento de inspeções e rotina de abastecimento deve ser estabelecido

e realizado periodicamente a fim de garantir:

Pelo menos 90% das portas de distribuição de graxa desobstruídas;

Barras aplicadoras de modificador de atrito não estejam danificadas;

Mínimo desperdício de lubrificante / modificador de atrito;

Funcionamento do sensor magnético de rodas;

Bateria na voltagem correta;

Equipamentos abastecidos com autonomia até o próximo ciclo de

abastecimento; e

Interferências causadas por vandalismo.

Mantenedores exclusivos para abastecimento, inspeção e manutenção dos

equipamentos devem ser dedicados ao Gerenciamento do Atrito, não exercendo

outras funções. Uma manutenção efetiva de um grande número de lubrificadores e

94

aplicadores de modificador de atrito é um desafio que muitas ferrovias ao redor do

mundo não conseguem vencer completamente. Manter as unidades em operação e

abastecidas não é uma atividade de alta prioridade para as coordenações de via

permanente geralmente envolvidas em outras atividades de manutenção, pois o

impacto das unidades fora de serviço não é imediato, ou talvez não será refletido

nas metas das coordenações. O Gerenciamento do Atrito é um investimento de

longo prazo, o resultado não aparece imediatamente. Um lubrificador operando

continuamente por meses, pode ter o resultado afetado em apenas alguns dias caso

o mesmo fique sem abastecimento.

Um ponto fundamental para o Gerenciamento do Atrito é a verificação dos

resultados para garantir que os benefícios esperados estão sendo atingidos.

Monitoramento e acompanhamento da taxa de desgaste e condição superficial do

trilho são essenciais para validação dos resultados e efetividade do Gerenciamento

do Atrito. Essas informações devem ser levantadas periodicamente com a utilização

das ferramentas existentes para este fim, como o Miniprof, o tribômetro e o Sistema

L/V.

O tribômetro manual não pode ser utilizado para a verificação da eficácia da

aplicação do modificador de atrito. Os benefícios da aplicação do Keltrack devem ser

avaliados com a utilização de outro método, um Sistema L/V para medir as forças

laterais e verticais. Como os equipamentos L/V instalados atualmente nas linhas da

MRS não estão em perfeito funcionamento, deve-se providenciar o reparo dos

mesmos ou a instalação de novos sistemas. Dessa forma, será possível comprovar

os resultados os resultados da aplicação TOR.

Os resultados encontrados do Coeficiente do Atrito na face de bitola não

estavam como esperado, ou seja, µ < 0,25, na maioria dos pontos de medição. Em

função disso, efetuou-se o ajuste na taxa de aplicação dos equipamentos GF,

partindo inicialmente de 0,25 segundos a cada 18 rodas para a nova configuração

de 0,13 segundos a cada 8 rodas. A freqüência de distribuição de graxa foi

aumentada, porém o volume de aplicação continua inalterado. Assim, cada ciclo de

aplicação será menor e o volume aplicado será o mesmo.

Após a alteração dos parâmetros de aplicação deve-se ter um período de

avaliação com medições de Miniprof e tribômetro nas curvas monitoradas. Os

resultados encontrados deverão ser comparados com dados do período seco

95

provenientes do Track STAR ou com dados de leituras realizadas em curvas de

características geométricas semelhantes, porém sem o Gerenciamento do Atrito em

funcionamento. Dessa forma os resultados poderão ser apresentados de forma

consistente. A cobertura alcançada pelos equipamentos deve ser avaliada e, caso

necessário, nova proposta de posicionamento deve ser estabelecida.

6.2 RECOMENDAÇÕES

Para a realização de futuros trabalhos e pesquisas para aprimoramento deste

estudo, algumas recomendações são apresentadas neste item.

A redução do consumo de combustível esperado com a implantação do

Gerenciamento do Atrito precisa ser mensurada. Reduções do consumo de

combustível foram comprovadas em estudos realizados em outras ferrovias,

considerando o tipo de via, o modelo operacional e o tipo de trens utilizados. Os

ganhos alcançados fornecerão bases financeiras para apoiar a expansão do projeto

e / ou utilização desta tecnologia em outras ferrovias.

Medições e levantamentos periódicos dos níveis de fricção na face de bitola, da

relação L/V para medir a efetividade do tratamento no topo do trilho e da redução da

taxa de desgaste dos trilhos precisam ser realizadas. Estudos também devem ser

realizados para determinar o efeito do gerenciamento no modelo de esmerilhamento

utilizado. A interação do Gerenciamento do Atrito x modelo de esmerilhamento em

uso na MRS deve ser avaliada.

Para maior confiabilidade dos resultados de redução da taxa de desgaste dos

trilhos, deve-se estabelecer curvas testes, com geometria semelhante e sem a

aplicação de graxa ou modificador de atrito. Estas curvas devem ter medições

periódicas com o Miniprof do desgaste lateral e vertical. Essa metodologia deverá

ser aplicada para determinar a taxa de desgaste sem o gerenciamento do atrito e

assim fornecer base de comparação mais realista.

Devem ser feitas considerações sobre o efeito do Gerenciamento do Atrito nos

trilhos de alta dureza atualmente em uso nas grandes ferrovias. Estudos realizados

mostram que a combinação de trilhos de alta dureza, estratégia de manutenção

apropriada e gerenciamento do atrito têm um grande potencial de ganhos.

96

O uso do Gerenciamento do Atrito para a redução do nível de ruído foi

comprovado em outras ferrovias, conforme exposto anteriormente. Estudos devem

ser realizados para mensurar o efeito da aplicação desta tecnologia para a redução

do ruído.

Várias são as informações necessárias para manter os equipamentos

funcionando corretamente e atingindo os resultados esperados. Com a utilização de

um sistema de monitoramento remoto, como por exemplo, o Remote Performance

Monitoring (RPM), fabricado pela Portec, pode-se ter um acompanhamento mais

direto das condições dos equipamentos. O RPM é basicamente composto por

sensores que medem parâmetros como o nível de abastecimento, a contagem de

rodas, a voltagem da bateria, se o equipamento está fechado, etc. As informações

podem ser transmitidas via celular para uma base em um site de acompanhamento

onde podem ser verificadas. Onde não há cobertura de celular, pode-se usar um

programa de computador para fazer o download das informações e posteriormente

enviá-las para a base de dados.

Um sistema de monitoramento remoto pode ser muito útil para acompanhar o

funcionamento dos equipamentos, alertar quanto a ocorrência de vandalismo e,

principalmente, auxiliar na programação de abastecimento dos equipamentos. Deve

ser feita uma avaliação do uso desta tecnologia nos equipamentos atuais e de uma

possível expansão do projeto.

97

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