CWDB – Alarme de Deficiência de Frenagem em Vagão
1º Eduardo Campolina Martins Siano*, 2º Nilton de Freitas
Gerência de Engenharia de Material Rodante, Av. Brasil, 2001, 36060-010, Juiz de Fora, Minas
Gerais
e-mail: 1º [email protected], 2º [email protected]
Resumo Em vista das ocorrências de falhas nas aplicações de freio durante a operação dos trens
surgiu a necessidade da criação de um parâmetro que diagnosticasse quais vagões estariam
contribuindo para esses eventos. Assim, desenvolveu-se o CWDB (Cold Wheel Deficiency Braking),
um alarme que, através dos valores de temperatura obtidos pelos equipamentos de HOT WHEEL já
existentes na malha da MRS, é capaz de determinar se um vagão apresenta ou não deficiência de
frenagem. Isso se torna possível com o cálculo do percentual entre a temperatura média das rodas
de um vagão e a temperatura média das rodas dos vagões do trem em que o mesmo está contido,
este percentual esta diretamente relacionado à deficiência de frenagem de um vagão em relação a
composição, o percentual foi utilizado como critério. As temperaturas para a obtenção desses
percentuais serão obtidas de equipamentos situados em trechos que exigem aplicação contínua e
prolongadas de freio da composição (ou seja, trechos de rampas descendentes). Caso um vagão
apresente valores inferiores ao critério estabelecido durante um determinado número de passagens
subseqüentes, ele será classificado como deficiente em frenagem e é então emitido um alarme via
e-mail contendo as informações necessárias para que seja criada uma solicitação para que o
mesmo seja retirado de trem e então passe por testes e correções em oficina. Assim, o CWDB não
só aumenta a segurança nas operações de trens como também evita a interrupção do tráfego
ferroviário por composições que atinjam os parâmetros de RODA FRIA vigentes na MRS, ou seja,
quando o trem estiver com cinco porcento ou mais dos vagões sem aplicação de freio. Outro ganho
a ser considerado é a redução de falhas (como, por exemplo, “shelling” e trincas térmicas) oriundas
da exposição das rodas a altas temperaturas de trabalho, já que, com a melhoria na eficiência de
frenagem dos vagões, há uma aplicação de freio mais homogênea em toda composição, o que irá
provocar uma diminuição da temperatura média e, principalmente, máxima das rodas dos vagões.
Palavras-Chaves: 1ª Vagões; 2ª Deficiência de Frenagem, 3ª Freio e 4ª Cold Wheel
1. INTRODUÇÃO
A aquisição de equipamentos Hot Wheel pela
MRS teve como principal motivação o
monitoramento das rodas que apresentavam
superaquecimento e cujas causas estavam em
quase sua totalidade ligadas a defeitos no
sistema de freio (tanto pneumático quanto
mecânico) que contribuíam para um aumento
na taxa de frenagem dos vagões além de
desgastes excessivos e prematuros de
sapatas, calejamento de rodas, entre outros.
Porém, após alguns anos de utilização desses
equipamentos e do estudo dos dados
coletados ao longo do tempo, atentou-se
também
para
aqueles
veículos
que
apresentavam temperaturas inferiores às dos
demais vagões da composição.
A figura 1 mostra um exemplo de equipamento
Hot Wheel, que é composto basicamente por
sensores instalados na via, com dois
pirômetros, que ficam dentro do scanner,
capazes de medir a radiação infravermelha
emitida pelas rodas e, em seguida, codificam a
radiação em temperatura.
Fig. 1 Equipamento de Hot Wheel instalado ao
longo da via.
A figura 2 nos mostra de que maneira as
temperaturas se distribuem ao longo da
superfície da roda, além de indicar a região na
qual é feita a leitura pelo scanner do
equipamento (2,5 polegadas acima do ponto
de contato entre a roda e o trilho).
cinco porcento ou mais dos vagões sem
aplicação de freio).
O alarme de Deficiência de Frenagem –
CWDB constitui em uma análise estatística
das médias de temperaturas de roda de um
vagão, comparando-as
as com os valores
valo
de
temperatura média dos vagões
va
da composição
em que se encontram. A partir daí,
acompanha-se
se o comportamento dos vagões
críticos (ou seja, aqueles que apresentam
temperaturas
inferiores
à
do
limite
pré-estabelecido)
estabelecido) até que atinjam
at
um número
de passadas consecutivas com baixas
temperaturas de roda tal que esse histórico de
temperaturas seja capaz de classificar o
veículo como deficiente em frenagem. Caso o
veículo seja classificado como deficiente, um
alarme será emitido por e-mail
e
contendo as
seguintes informações: vagão, o prefixo do
trem, local e data do alarme, o sentido do trem
e qual a posição do veículo na composição.
Também são informados quais foram os
parâmetros utilizados para configuração do
alarme incluindo o histórico
histór
de temperaturas
alarmantes neste vagão, que em seguida é
marcado para, após descarga, passar por uma
analise de freio para verificar o motivo pelo
qual foi classificado como deficiente em
frenagem, evitando que o trem atinja os
parâmetros de RODA FRIA.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 OBJETIVO
Fig. 2 Perfil de distribuição de temperatura ao
longo da superfície da roda e região em que são
coletados os dados pelo equipamento de Hot
Wheel.
Portanto, a análise dos dados obtidos pelos
equipamentos de Hot Wheel mostrou-se
mostrou
uma
ferramenta importante no estudo das
condições de frenagem doss vagões a partir
das temperaturas de suas rodas (temperaturas
(tempera
baixas – pouco freio; temperaturas altas –
excesso de freio). Logo, torna-se
se possível a
criação de um parâmetro que envolva a
temperatura das rodas de cada veículo
ve
a fim
de que vagões que apresentem
presentem deficiência de
frenagem
sejam
diagnosticados
separadamente e, com isso, não se atinja os
parâmetros de RODA FRIA já
á estabelecidos
na MRS (ou
ou seja, quando o trem estiver com
• Detectar deficiência de frenagem através da
comparação estatística entre a temperatura
média do vagão e a temperatura média do
trem, ou seja:
(1)
Mv
(2)
Mt
∑
Rv
∑
Rt
Em que:
TMv = temperatura média das rodas do vagão;
TMt = temperatura média das rodas do trem;
∑TRv = somatório
rio das temperaturas das rodas
do vagão;
∑TRt = somatório
rio das temperaturas das rodas
do trem;
V = número de vagões no trem.
• Utilizar os equipamentos de Hot Wheel já
existentes para colher as informações;
• Evitar interrupção de tráfego uma vez que os
parâmetros de RODA FRIA não serão
atingidos.
Ao comparar a TMv com a TMt observa-se uma
grande diferença quando este esta submetido
a frenagem e um ou mais vagões não estão
freando corretamente, o que pode ser
observado na figura 3. Ou seja, num trecho em
que o trem trafega com uma aplicação de freio
por um período de tempo considerável,
temperaturas de roda muito baixas evidenciam
falhas no sistema de freio do veículo em
questão. Exemplo abaixo:
(do momento em que se inicia a descida até ser
realizada a leitura pelo equipamento de Hot
Wheel
tem-se
uma
distância
de
aproximadamente 16km em que toda a
composição se encontra com os freios
aplicados por uma redução entre 8 e 10psi a
uma velocidade de 36km/h, o que nos dá em
média cerca de 25 a 30 minutos com os freios
aplicados).
Fig. 4 Perfil longitudinal km 70 a km 72
Vagão com possível
deficiência de
frenagem.
Fig. 3 Gráfico de dispersão com todas as
temperaturas de roda de um trem.
Sendo assim, para criar um critério do CWDB
deve-se levar em consideração a razão entre a
temperatura média do vagão e a temperatura
média do trem. Ou seja:
(3)
Mv
Mt
em que X é um valor dado em porcentagem.
Em seguida, é feito um acompanhamento do
comportamento de cada vagão até que algum
veículo apresente um número consecutivo de
passagens com temperaturas de rodas
relativamente inferiores a toda composição.
Por se tratar de um trecho de rampa
descendente (inclinação média de 1,7% com
pontos chegando a até 2,5%) por onde passam
os trens de minério da MRS, formados em sua
grande maioria por tabelas de 2 locomotivas e
134 vagões carregados, a escolha do
equipamento de Hot Wheel instalado em Mario
Belo para parametrização do alarme surge
como adequada vistas as condições
operacionais no trecho serem tais que temos
uma aplicação de freio contínua e prolongada
A partir disso, para chegar aos valores
satisfatórios, utilizou-se um trem que segundo
o maquinista apresentou dificuldades durante a
aplicação dos freios em vários momentos e
fizemos um estudo das temperaturas coletadas
pelo Hot Wheel de Mario Belo (Linha 1) durante
várias
passagens
pelo
site.
Assim,
detectaram-se os vagões mais críticos da
composição
(ou
seja,
aqueles
que
apresentaram, durante várias passagens,
temperaturas relativamente mais baixas do que
os demais veículos) e a partir disso
obtiveram-se os dados da tabela 1:
Tabela. 5 Histórico de temperatura da composição
em estudo e seus destacando os vagões mais
críticos
A partir dessa tabela 1, criou-se o gráfico
(figura 5) que mostra que num período de 3
(três) meses o vagão GDT-613205-7
apresentou as primeiras 10 (dez) passagens
com X acima de 8% e as últimas 10 (dez)
passagens com X abaixo desse percentual.
2.2 CRIAÇÃO DE UM NOVO ALARME
(CWDB)
Tabela. 2 Definição do Alarme
Nº Ocorrências Nº Passagens
5
7
Critério
0,08 ≥
Mv
Mt
3. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Fig .5 Gráfico que mostra o comportamento da
temperatura média do vagão GDT-613205-7 nas
últimas 20 passagens.
Com a tabela 1, criou-se mais um gráfico
(figura 6) que mostra o comportamento do
vagão GDT-613030-5 durante o mesmo
período de tempo. Este, por sua vez,
apresentou inúmeras passagens com X abaixo
do percentual de referência e, além disso, suas
5 (cinco) últimas passagens consecutivas
apresentaram tal comportamento.
O novo alarme foi posto em produção em Julho
de 2015 e possibilitou um melhor entendimento
dos percentuais de roda fria medidos pela
MRS. Tais percentuais (mostrados na figura 7)
são acompanhados diariamente através das
informações coletadas pelos equipamentos de
Hot Wheel e servem de ferramenta para o
monitoramento das composições que circulam
ao longo da Ferrovia do Aço.
Fig. 7 Gráfico com os percentuais de roda fria dos
trens ao longo do mês de Julho de 2015
Fig. 6. Gráfico que mostra o comportamento da
temperatura média do vagão GDT-613030-5 nas
últimas 20 passagens.
O fato de termos um número consecutivo de
passagens com temperaturas abaixo da linha
de referência é um potencial indicativo de que o
vagão não está freando corretamente. O valor
da linha de referência foi determinado
empiricamente a fim de ser criterioso ao ponto
de ser capaz de diagnosticar, entre os veículos
em análise, o vagão com maior deficiência de
frenagem e, além disso, determina um número
de passagens consecutivas suficientes para a
confirmação da falha.
Assim, surgem os seguintes critérios para
considerar um vagão deficiente em frenagem:
1) Razão X inferior ao valor de referência (ou
seja, Tmv inferior a 8% da TMt);
2) Vagão apresentar, em 7 (sete) passagens
consecutivas, no mínimo 5 (cinco) ocorrências
com temperatura suficientemente baixa para
não atingir o valor de referência.
Com a chegada do CWDB conseguiu-se
enxergar além dos veículos que já estão
sinalizados no sistema como “isolados”, ou
seja,
visualizar
quais
vagões
estão
apresentando algum tipo de defeito de modo
que os mesmos não estejam aplicando freio de
forma eficiente. Tal segregação se torna
importante para que se possam indicar de fato
quais vagões precisam ser encaminhados à
oficina e que até então não haviam sido
sinalizados, conforme ilustrado na figura 8.
Fig. 8 Gráfico de acompanhamento diário das
indicações feitas pelo CWDB.
Após os primeiros meses de implementação do
alarme e o tratamento daqueles vagões
deficientes em frenagem, foi possível identificar
reduções não só nos percentuais de roda fria
como também uma diminuição da temperatura
média das rodas dos trens (figura 9), visto que
o aumento do número de veículos freando na
composição permitiu a aplicação de menores
taxas de frenagem pelo operador em trechos
de inclinação descendente, como no caso de
Mario Belo.
Fig. 10 Histograma das temperaturas de rodas dos
trens NEL0160 e NEL0356
Fig. 9 Gráfico de temperatura média do trem e
percentual de rodas frias após implementação do
novo alarme.
Outro ganho que pode ser citado é a
diminuição da temperatura máxima de roda.
Isso se deve pelo fato de que a dissipação da
energia cinética através do atrito entre sapatas
e rodas em forma de calor, com a diminuição
do percentual de rodas frias, irá ocorrer de
maneira mais homogênea, ou seja, melhor
distribuída em toda composição, evitando a
sobrecarga de frenagem de alguns veículos e
até mesmo um possível superaquecimento das
rodas. Isso fica claro no exemplo abaixo, em
que analisando a mesma tabela em dois
momentos diferentes, um em que foi
constatado 6,72% de rodas frias (trem
NEL0160) e outro em que o percentual foi de
0,00% (trem NEL0356) é possível perceber que
quanto menor é o percentual de rodas frias,
tem-se menores temperaturas máximas de
roda (tabela 3) além de uma menor variância
das temperaturas encontradas ao longo do
trem (figura 10).
Tabela. 3 Dados da tabela EXP28
Outro ganho, que ainda não pode ser
mensurado, refere-se à redução do rejeito por
imperfeições oriundas de exposições da
superfície de rolamento das rodas às altas
temperaturas ao longo do tempo, tudo isso
tendo em vista a redução das temperaturas
médias das rodas dos trens, conforme dito
anteriormente. Alinhado à essa redução, pode
ser citado também um menor desgaste de
sapata e/ou caldeamento das mesmas devido
sobrecargas nos sistemas de freio, porém,
assim como os efeitos na vida útil das rodas,
tais ganhos só poderão ser percebidos após
um longo período de utilização do alarme de
deficiência de frenagem.
4. CONCLUSÃO
Após a análise das informações coletadas ao
longo da implementação do CWDB – Alarme
de Deficiência de Frenagem em Vagão
pode-se concluir que, além do ganho em
segurança operacional através da garantia de
uma maior confiabilidade no sistema de freio
dos vagões quando solicitados em trechos de
inclinações descendentes onde são exigidas
frenagens contínuas e prolongados, vale a
pena ressaltar também às reduções nas
temperaturas médias de roda do trem e na
temperatura máxima de roda dos vagões
devido à redução no percentual de rodas frias
dos trens e de uma aplicação de freio mais
homogênea em toda composição.
Alinhada à redução da temperatura média e
máxima, a diminuição da carga térmica durante
as aplicações de freio possibilitará ganhos a
longo prazo tais como um menor rejeito de
rodas por imperfeições causadas pelas
exposições das suas superfícies de rolamento
às altas temperaturas por um longo período de
tempo, bem como um menor desgaste de
sapata e/ou caldeamento das mesmas devido
sobrecargas nos sistemas de freio.
5. BIBLIOGRAFIA
[1] Gestão de parada de trem em função da
modelagem matemática do fenômeno Hot
Wheel aplicada em vagões ferroviários,
VIII Prêmio AmstedMaxion de Tecnologia
Ferroviária, São Paulo, Brasil, 2010.
[2] HARMON, 2000. Micro Hot Box Detector.
System Manual.