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21ª SEMANA DE TECNOLOGIA METROFERROVIÁRIA, PRÊMIO TECNOLOGIA E DESENVOLVIMENTO METROFERROVIÁRIOS Mário Eiras Filho Consultor Interno Engeharia julho / 2015 SIMULAÇÃO DE COMPOSIÇÃO FERROVIÁRIA EM CREMALHEIRA ACIONADA POR MOTORES DE INDUÇÃO E INVERSORES DE FREQUÊNCIA

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21ª SEMANA DE TECNOLOGIA METROFERROVIÁRIA, PRÊMIO

TECNOLOGIA E DESENVOLVIMENTO METROFERROVIÁRIOS

Mário Eiras Filho

Consultor Interno

Engeharia

julho / 2015

SIMULAÇÃO DE COMPOSIÇÃO FERROVIÁRIA EM

CREMALHEIRA ACIONADA POR MOTORES DE INDUÇÃO E

INVERSORES DE FREQUÊNCIA

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Cremalheira

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Cremalheira

i = 10,8 %

i = 10,8 %

i = 10,8 %

i = 10,8 %

780 m

Raiz da Serra

Paranapiacaba

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Cremalheira – Sistema Abt passo 120 mm

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Cremalheira – Operação Otimizada

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Cremalheira – Operação Otimizada

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Cremalheira – O que tínhamos !

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Cremalheira – O que tínhamos !

Velocidades

Características físicas imutáveis da locomotiva, limitação da

potência

Capacidade

Características físicas imutáveis da locomotiva, limitação da

potência

Eficiência

Abosolescência

Confiabilidade declinante

Peças de reposição – mercado

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Cremalheira – O que precisávamos !

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Uma nova Locomotiva !!!!

Mais Capacidade

Mais velocidade

Confiável

Segura

Tecnologia atualizada

Customizada

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

Fmotor = Fmcr + Fmad

Fmad <= Fad

R => Resistências ao avanço

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

Fmad <= Fad

Vt adVt cr

DpR

Vt ad = Vt cr

ω roda x R = ω cr x Dp

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

Motores de Corrente Alternada

Só Vantagens

Menores

Mais Robustos

Mais confiáveis

Inexistência de escovas de carvão

Manutenção Mínima

Simplificação dos sistemas de controle de velocidade por

IF

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

Motores de Corrente Alternada

C = m . I2

e que o fluxo depende da relação V1/f1.

m ~ = V1

f1

m = fluxo de magnetização [Wb]I2 = corrente do rotor [A]V1 = tensão estatórica [V]f1 = freqüência da tensão estatórica [Hz]

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

Motores de Corrente Alternada

Para possibilitar a operação do motor com torque constante para diferentes velocidades,

deve-se variar a tensão V, proporcionalmente com a variação da freqüência f, mantendo

desta forma o fluxo constante. A variação V1 / f1 é feita linearmente até a freqüência base

(nominal) do motor. Acima desta, a tensão que já é a nominal permanece constante e há

então apenas a variação da freqüência que é aplicada ao enrolamento do estator.

Com Isto determina-se uma área acima da freqüência base (nominal) chamada região deenfraquecimento de campo, ou seja, uma região onde o fluxo começa a decrescer e, portanto, otorque também começa a diminuir.

Determinar as características

de troque do MT será crucial

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Simulação Aspectos Técnicos Relevantes

MathLab - SimSacpe

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Simulação - Entradas

Vagões

Lotação 75 ton

Tara 25 ton

PB 100 ton

Peso/eixo 25 ton

Área Frontal 5 m2

Locomotiva

Peso Aderente 120000

Peso por eixo 30

Aderência 26%

Max Fr aderente 31200

Trem

Numero de Locos 2

Peso Composição 990 t

Rampa 10 %

Curva Raio 2000 m

VMA 30 Km/h

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Simulação - Saidas

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Simulação - Saidas

Raio da Roda 565 mmDp Engrenagem de Cremalheira 1031 mmRel. Transmissão Cr 6,32 AdRel. Transmissão Ad 6,91 ad

Outras saídas:

0 500 1000 1500

-500

0

500

1000

ET Total

t

kN

0 500 1000 1500

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

t

Pu

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Simulação – Saidas - Especificação

Outras saídas:

Esforço Trator Máximo Aderência 240 KnEsforço Trator Máximo Cremalheira 540 kNEsforço Trator Máximo Total 780 kNEsforço Trator Continuo Aderência 140 kNEsforço Trator Continuo Cremalheira 400 kNEsforço Trator Continuo Total 540 KNPotencia Máxima Aderência 1540 kWPotencia Máxima Cremalheira 3760 kWPotencia Máxima Total 5300 kWPotencia continua Aderência 1540 kWPotencia continua Cremalheira 3000 kWPotencia Continua Máxima 4540 kWConjugado máximo Motor Aderência 6,8 kN.mConjugado Máximo Motor Cremalheira 15 kN.mTrem Tipo para Tração Dupla 750 Tb

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Simulação x Real

Outras saídas:

0 500 1000 1500

-500

0

500

1000

ET Total

t

kN

0 500 1000 1500

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

t

Pu

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A locomotiva

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A locomotiva

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A locomotiva

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A locomotiva

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A locomotiva

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A locomotiva

Vagão Gerador + Retif

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A locomotiva

ATC da Ansaldo

Registrador Hasler Teloc 1500

RDS

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OBRIGADO !