quarta-feira, 27 de outubro de 2010

Como funcionam as locomotivas a diesel

A locomotiva híbrida a diesel é uma mostra inacreditável de energia e engenhosidade. Ela combina algumas das grandes tecnologias mecânicas, incluindo um enorme motor a diesel 2 tempos de 12 cilindros, a alguns motores elétricos grandes e geradores - e além disso um pouco de tecnologia da computação.
Esta locomotiva de 122.470 kg foi projetada para puxar vagões de passageiros a uma velocidade de até 177 km/h. O motor a diesel produz 3.200 cv, e o gerador pode produzir quase 4.700 ampères de corrente elétrica. Os quatro motores elétricos usam esta eletricidade para gerar 29.030 kg de empuxo. Existe um motor V12 separado e um gerador para fornecer energia elétrica para o resto do trem. Este gerador é chamado de unidade de força da locomotiva. Este gerador pode produzir mais de 560 quilowatts (kW) de energia elétrica.
Esta combinação de motor a diesel, geradores e motores elétricos faz da locomotiva um veículo híbrido



Por que híbrido? Por que diesel?

As locomotivas são híbridas porque isso elimina a necessidade de uma caixa de mudanças como a usada num carro. Vamos entender por que os carros têm caixa de mudanças.

Motor de 3.200 cv que aciona o gerador principal
Seu carro precisa de uma caixa de mudanças por causa da física do motor de combustão interna com pistões, que pode ser a gasolina, a diesel ou a gás natural. Em primeiro lugar, todo motor tem um limite, um número máximo de giros (indicados em rpm, de rotações por minuto), acima do qual o motor não poderia funcionar sem quebrar. Segundo, se você leu Como funciona a potência do motor , então sabe que os motores têm uma faixa estreita de variação de giros, onde os cavalos-vapor e o torque estão no seu máximo. Por exemplo, um motor pode produzir o máximo de cavalos-vapor entre 5.200 e 5.500 rpm. A caixa de mudanças permite a troca da relação de marcha entre o motor e as rodas à medida que o carro acelera e desacelera. Você muda as marchas para que o motor fique abaixo do limite e atinja a faixa de giros em que alcança o melhor desempenho (força máxima).
As 5 ou 6 marchas, na maioria dos carros, permite que eles cheguem a 180 km/h ou mais, com uma faixa de giros do motor entre 500 e 6.000 rpm. O motor, na locomotiva a diesel, tem uma faixa de giros muito menor. A marcha-lenta é 269 rpm e potência máxima é a 904 rpm. Com uma faixa de giros como esta, uma locomotiva precisaria de 20 ou 30 marchas para alcançar 177 km/h.
Uma caixa de marchas como esta teria de ser enorme (teria que lidar com 3.200 cv), complicada e ineficiente. Ela também teria que fornecer força para quatro conjuntos de rodas, o que aumentaria a complexidade.
Usando um conjunto híbrido, o principal motor a diesel pode girar a uma velocidade constante, acionando um gerador de corrente elétrica. O gerador envia corrente elétrica para um motor de tração em cada eixo, que passa força às rodas. Os motores de tração produzem torque adequado a qualquer velocidade, desde quando o trem está parado até 177 km/h, sem a necessidade de mudança de marchas.
Por que diesel?Os motores a diesel são mais eficientes do que os motores a gasolina. Uma locomotiva enorme como esta consome em média 325 litros de diesel a cada 100 km (0,31 km/l) quando está puxando cinco vagões de passageiros. As locomotivas que puxam centenas de vagões de carga totalmente lotados usam muito mais combustível do que isso - assim, mesmo com uma redução de 5 a 10% na eficiência, o aumento no custo do combustível seria expressivo. 

Rodas de aço

Você já imaginou por que os trens têm rodas de aço em vez de pneus como os carros? É para reduzir o atrito de rolamento. Quando seu carro percorre uma estrada, cerca de 25% da força do motor está sendo usada para empurrar os pneus. Os pneus se dobram e se deformam muito quando rodam, utilizando muita energia.
A quantidade de energia usada pelos pneus é proporcional ao peso que está sobre eles. Como o carro é relativamente leve, esta quantidade de energia é aceitável (você pode comprar pneus de baixa resistência de rodagem se quiser economizar um pouco de combustível).
Como um trem pesa milhares de vezes mais do que um carro, a resistência de rolamento é um fator importante ao determinar a quantidade de força usada para puxá-lo. As rodas de aço de um trem rodam em uma pequena área de contato; a área de contato entre cada roda e trilho é do tamanho de uma moeda de 10 centavos.
Ao usar rodas de aço em um trilho de aço, a quantidade de deformação é minimizada, reduzindo a resistência ao rolamento. Na realidade, o trem é a maneira mais eficiente de transportar produtos pesados.
O lado ruim de usar rodas de aço é que elas não têm muita tração.

Tração

A tração nas curvas não é um problema porque as rodas dos trens têm bordas que as mantêm nos trilhos. Porém, tração ao acelerar e frear constitui um problema.
Esta locomotiva pode gerar 29.030 kg de empuxo, mas para que o trem possa usar este empuxo de uma forma eficaz as oito rodas da locomotiva devem ser capazes de aplicar este empuxo aos trilhos sem patinar. A locomotiva usa um truque interessante para aumentar a tração.
Na frente de cada roda existe um bocal que usa ar comprimido para pulverizar areia, que está armazenada em dois tanques da locomotiva. A areia aumenta a tração das rodas motrizes. O trem tem um sistema eletrônico de controle de tração que aciona automaticamente os pulverizadores de areia quando as rodas patinam ou quando o maquinista faz uma parada de emergência. O sistema também pode reduzir a força de qualquer motor de tração cujas rodas estejam patinando.



O motor principal e o geradorO motor 2 tempos V12, superalimentado, e o gerador elétrico produzem a enorme quantidade de energia necessária para puxar cargas pesadas em altas velocidades. Só o motor pesa 13.608 kg, e o gerador pesa 8.029 kg.

CabineA cabine da locomotiva roda sobre seu próprio sistema de suspensão, que ajuda a isolar o maquinista dos solavancos. Os bancos também têm um sistema de suspensão.

Vista da cabine da locomotiva
Dentro da cabine existem dois bancos: um do maquinista (também chamado de condutor) e um do auxiliar. O maquinista tem fácil acesso a todos os controles da locomotiva; o auxiliar tem somente um rádio e um controle de freios. Também dentro do vagão, bem no nariz da locomotiva, existe um banheiro.
TrucksOs trucks são o conjunto completo de dois eixos com rodas, motor de tração, engrenagem, suspensão e freios. Discutiremos esses componentes mais adiante.


Unidade de força da locomotivaA unidade de força da locomotiva consiste em outro motor grande: um Caterpillar V12 a diesel, 4 tempos e biturbo. Este motor é mais potente do que qualquer motor de caminhão semi-reboque. Ele aciona um gerador que fornece 480 volts de corrente alternada trifásica para o trem. Este motor e o gerador fornecem mais de 560 kW de energia elétrica para ser usada em luzes, condicionadores de ar e instalações da cozinha. Usando um motor e um gerador completamente separados para estes sistemas, o trem pode manter os passageiros confortáveis, mesmo se o motor principal enguiçar. Isso também diminui a carga do motor principal.
Tanque de combustívelUm enorme tanque embaixo da locomotiva armazena 8.328 litros de diesel. O tanque é dividido em compartimentos; se qualquer um deles for danificado ou começar a vazar, bombas podem remover o combustível.
BateriasA locomotiva opera em um sistema elétrico nominal de 64 volts. A locomotiva tem 8 baterias de 8 volts, cada uma pesando 136 kg. Estas baterias fornecem a energia necessária para ligar o motor (o trem tem um enorme motor de partida), e também para fazer funcionar os equipamentos eletrônicos da locomotiva. Assim que o motor estiver funcionando, um alternador fornece energia para as baterias e para os eletrônicos.


20 comentários:

  1. Uma locmotiva diesel-elétrica não é um veículo híbrido (nos parâmetro que consideramos um veículo híbrido). Um veículo híbrido, como um automóvel por exemplo é híbrido por ter duas fontes de energia = o motor a combustão e o banco de baterias. Uma locomotiva diesel-elétrica possui apenas uma fonte de energia que é o motor díesel e o gerador/alternador + motores elétricos são sistemas de transmissão da energia do motor díesel às rodas. Locomotivas híbridas existem e são diesel-elétricas que possuem catenária e posem funcionar em linha eletrificadas como se fossem locomotivas elétricas

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    1. Que matéria top. Parabéns ao autor. Só lamento não ter visto antes

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    2. Pelo simples fato de ter um motor elétrico ja o torna híbrido.

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  2. maravilha da tecnologia, mecãnica, das ferrovias mundial.

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  3. as maravilhas da mecânica ferroviária,que eu adoro..

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  4. Olá! Alguem saberia dizer qtos kW/h ela pode gerar com 1 litro de diesel?

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  5. Gosto mto de transporte ferroviário. Pena que nossos governantes não pensam assim.

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  6. Muito bom! Tem motor diesel v16 EFI. Alguem sabe qual é rotação maxima desse motor?

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  7. Pasqual Spinelli,sou ex ferroviario oque lamento muito,foi muito bom a epoca da RFFSA,hoje nao existe mais ferrovia em nosso pais.

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  8. Otima materia e esclarece muito bem o funcionamento da locomotiva.

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  9. Excelente artigo, muito esclarecedor, é uma pena que no Brasil as ferrovias estão relegadas a sua vagarosa extinção.

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  10. Muito bom um ótimo transporte com baixo custo mas no Brasil tudo roda em caminhões não tem investimento na ferrovia como nos estados unidos para pela matéria quero mais

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