Parametrização de Alarmes Hot Wheel

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1 Parametrização de Alarmes Hot Wheel 1º Fellipe Castro Barbosa Costa*, 2ºNilton de Freitas Gerencia de Engenharia de Material Rodante, Avenida Brasil, Juiz de Fora - MG 1º fellipe.castro@mrs.com.br 2º nilton.freitas@mrs.com.br Resumo Este artigo visa a interpretação e a análise dos casos de alarme Hot Wheel a fim de parametrizá-los de maneira eficiente, indicando somente os casos críticos sem abrir mão da segurança da operação. O foco está em copiar a assinatura de casos específicos onde tal parâmetro seria capaz de evitar a ocorrência. Palavras-Chaves: Vagões, Alarme, Hot Wheel, Roda 1. INTRODUÇÃO Devido às inúmeras variáveis existente no trecho ferroviário como subidas e descidas de serra, vagões vazios e carregados, bem como as peculiaridades do material rodante faz-se necessário a utilização de equipamentos capazes de monitorar as diferentes condições dos veículos ferroviários. Assumindo como sendo um ponto crítico o monitoramento da temperatura das rodas de vagões, este estudo busca uma maior eficiência na indicação de casos de rodas aquecidas. Atualmente a MRS Logística S.A. conta com 9 equipamentos Hot Wheel distribuídos estrategicamente ao longo dos 1643 km de malha capazes de monitorar a temperatura das rodas dos vagões. Este monitoramento é comumente usado de forma pontual, onde a indicação de aquecimento é singular e muitas vezes compromete o tráfego ferroviário. Com base em estudos caso a caso dos alarmes Hot Wheel, de posse de novos equipamentos ao longo da via, constatou-se que os parâmetros até então utilizados poderiam ser alterados de forma segura. Após análises estatísticas dos casos, foi adotado um aumento dos parâmetros. Tal atitude aumentou a disponibilidade do tráfego ferroviário, uma vez que foram reduzidas em 66% as paradas imediatas devido a alarmes. Todo processo se tornou efetivo por poder ser sustentado por um maior acompanhamento dos casos com a aquisição de novos equipamentos. A exposição das rodas a temperaturas pouco acima da adotada até então, por curtos períodos, não gera impactos nocivos à sua estrutura. Com as novas parametrizações, o tratamento dos casos alarmados continuam existindo, porém gerando um menor impacto na disponibilização do tráfego, sem comprometer a integridade do material rodante. 2. DESENVOLVIMENTO A aplicação de freio em vagões ferroviários proporciona o aumento da temperatura das rodas, provocando o aparecimento do fenômeno conhecido como Hot Wheel. Tal fenômeno é detectado por sensores instalados na via, com 2 pirômetros, que ficam dentro de um scanner, que medem a radiação infravermelha emitida pelos rodas. Esta radiação é codificada em temperatura. A figura 1 mostra um exemplo de equipamento Hot Wheel:

2 vagões tanto vazios quanto carregados (ponto verde). Dependendo das características operacionais de cada ferrovia, a temperatura de alarme Hot Wheel pode sofrer variações. Algumas referências mostram que não há distinção na parametrização dos alarmes Hot Wheel dos vagões vazios e carregados. Pode ser observado na tabela 1 os parâmetros utilizados nos diferentes casos: Tabela 1. Parâmetros Hot Wheel por ferrovia Referência Vazio Carregado Ferrovia A 273 C 273 C Ferrovia B 285 C 285 C Fig. 1 Equipamento de Hot Wheel instalado ao longo da via. Caso exista algum aquecimento anormal, é gerado um alarme, que é enviado tanto para o maquinista quanto para o CCO (Centro de Controle de Operações), para que as devidas ações sejam tomadas. Na figura 2 está representada a malha da MRS com destaque nos pontos onde existem equipamentos que monitoram a temperatura das rodas dos vagões: ARR 260 C a 315 C 260 C a 315 C Manual HW 233,8 C 233,8 C Experiâncias 210 C a 400 C 210 C a 400 C ABA 340 C 340 C MRS 201 C 340 C Nota-se pela tabela 1 que a MRS distingue os parâmetros de alarme Hot Wheel entre Vazio e Carregado. Com base em sua operação, a MRS viu a oportunidade de tratar de forma diferenciada esses parâmetros ao longo da malha, visando otimizar o processo dos alarmes. 1 P1-10/P P2-11/P Mário Belo L1 4 Mário Belo L2 5 Demétrio Ribeiro 6 Andrade Pinto 7 Paraibuna 8 Mantiqueira 9 Taubaté N 2.1 Parametrização dos alarmes no trecho Carregado O trecho por onde os vagões passam carregados na malha da MRS é mais crítico, devido a fatores como: Tempo de aplicação de freio Tipo de aplicação de freio Velocidade de operação Carga sobre a roda A média de temperatura das rodas de vagões em viagens carregadas estão descritas na tabela 2: Fig 2: Equipamentos Hot Wheel distribuídos ao longo da malha da MRS Atualmente a MRS conta com 9 equipamentos distribuídos estrategicamente ao longo da malha, sendo 5 no trecho vazio (pontos azuis), 3 no trecho carregado (pontos vermelhos) e 1 que atende a operação de Tabela 2. Temperatura média Vagões Carregados Site Temperatura Média 1 45 C 2 98 C C

3 As médias descritas dos vagões Carregados da MRS se deve ao fato da aplicação contínua de freio na descida de serra. Como para vagões carregados a carga sobre a roda é maior, o que dificulta o travamento da mesma devido a excesso de frenagem, a MRS adotou 340 C como parâmetro de alarme Hot Wheel Carregado visto que é igual à Air Brake Association e experiências relatam que temperaturas até 400 C não colocam em risco a estrutura da roda. 2.3 Métodos de Parametrização A exposição das rodas a altas temperaturas pode ser gerenciada caso exista um acompanhamento constante da elevação e permanência em tais temperaturas. O material de fabricação das rodas não devem atingir temperaturas em funções de tempo capazes de alterar sua microestrutura. O gráfico da figura 3 demonstra como é o comportamento do alívio das tensões da roda, dada uma temperatura em função de um tempo: 2.2 Parametrização dos alarmes no trecho Vazio O trecho da malha da MRS que concentra as viagens vazias dos vagões é um trecho de subida, não fazendo necessária a utilização de freios. Portanto, a temperatura das rodas nos sites 4, 5, 6, 7 e 8 deveriam ser a ambiente. No entanto também existem ocorrências de aquecimento de roda nesse trecho da malha. No caso de vagões vazios, o aquecimento pode trazer consequências maiores que comparado à vagões carregados: a força Normal que incide sobre as rodas é bem menor e, num possível caso de freio não aliviando, pode acarretar um calejamento da roda e consequentemente um descarrilamento. Este fato motiva a distinção dos parâmetros utilizados para vagões vazios e carregados. A temperatura de 150 C como parâmetro de alarme Hot Wheel de vagões vazios foi utilizada pela MRS durante alguns anos. Recentemente foi implementado o parâmetro de 201 C para alarmes de vagões vazios. Tal alteração só pode ser implementada graças à sustentação dada pela sequência de equipamentos no trecho: atualmente temos em média um equipamento a cada 50 quilômetros. Os equipamentos 4 e 8 foram parametrizados com a temperatura de 201 C. Já os equipamentos 5, 6 e 7 possuem o mesmo valor adotado no carregado. Esta atitude foi tomada para que estes três sites não alarmem Hot Wheel, e sim sirvam de suporte para os sites 4 e 8, dando um maior controle da elevação da temperatura. Equipamentos sequenciados de maneira estratégica podem sinalizar uma tendência de aquecimento, tornando as indicações mais precisas e bem monitoradas, facilitando o planejamento da parada sem impacto na operação. Fig 3: Curvas de alívio da Tensão Residual Porém, como medida de aumentar a disponibilidade do tráfego ferroviário, foi adotada a atitude de flexibilização de alguns casos de alarmes no carregado: Para temperaturas entre 340 C e 375 C no site 2, o vagão segue viagem para ser atendido em Barra do Piraí (78km) Para temperaturas entre 340 C e 375 C no site 3, o vagão segue viagem para ser atendido em Brisamar (44km) O site 1 não é flexibilizado pois não existe monitoramento próximo e, de acordo com a tabela 2 do item 2.1, devido a temperatura média ser baixa, a chance de um vagão alarmar em P1-10/P1-11 (1) é menor que nos outros sites. Como a distância entre os sites 1 e 2 é grande (aproximadamente 200km), o tempo de percurso é em média de 6 horas, o risco de se ter um alívio da tensão residual da roda é grande. Seis horas a uma temperatura constante de 350 C ocorreria o alívio de 50% da tensão, podendo acarretar na propagação de uma trinca até a fratura da roda. Este fato não nos permite flexibilizar o alarme do site 1 (340 C). Este mesmo motivo é o que torna

4 viável seguir viagem até o próximo pátio nos outros dois casos. Vale salientar que na MRS toda roda que atinge 340 C é removida após vazio e sucateada, visto que o tempo de exposição da roda a temperaturas elevadas é acumulativo em relação ao alívio das tensões. Desta forma é eliminado o risco do alívio completo das tensões em viagens posteriores ao aquecimento Parametrização Pré-alarme Hot Wheel Mantiqueira (8) O site de Mantiqueira obteve a instalação do equipamento de Hot Wheel em 03/2009. Nesta data a temperatura adotada como parâmetro de alarme foi de 150 C. Posteriormente em 04/2012 foi criado o conceito de Pré-alarme: maneira de sinalizar um pré-aquecimento de roda onde o atendimento se dá somente no carregamento. Neste momento o Pré-alarme foi parametrizado em 68 C a 150 C. Ao mesmo tempo criou-se o conceito de flexibilização de alarmes Hot Wheel onde alarmes até 200 C não necessitavam de atendimento no local da ocorrência. Em 11/2013, devido alguns registros de ocorrênciasos, alarmes até 200 C seguiam para etendimento em Conselheiro Lafaiete e até 230 C tinham seu atendimento realizado em Pedra de Sino. Acima de 230 C a parada do trem era realizada e o atendimento era feito no local, gerando impacto na circulação. Devido ao grande número de Pré-alarmes desde sua implantação, em 05/2015 foi realizado um estudo buscando o melhor parâmetro para este caso. Foi analisado 34 casos de Pré-alarmes no mês de Abril/2015 com o intuito de verificar uma relação entre a quantidade de alarmes e a temperatura referente. Como resultado obteve-se o gráfico da figura 4: Observou-se que, a partir de 99 C a quantidade de eventos varia muito pouco em função da temperatura e a acertividade do alarme segue no mesmo patamar. Neste momento o novo parâmetro utilizado foi a temperatura de 99 C até 150 C. Esta alteração reduziria em 74% o número de eventos. Após 5 meses desta alteração no Pré-alarme (de 68 C a 150 C para 99 C a 150 C), foi feito um novo estudo e verificou-se a necessidade de diminuir a quantidade de Pré-alarmes. Uma nova opção de parâmetro seria 151 C, visto que esta temperatura já vem sendo utilizada como parâmetro de Pré-alarme no site de Mário Belo vazio (conforme será explicado no item 2.3.3) o que nos possibilita a alteração, tendo em vista que tal temperatura é utilizada como parâmetro mínimo desde a implantação do Hot Wheel em Mário Belo vazio. Não há registro de ocorrências que causaram risco operacional. Além disso, terá como resultado a padronização dos parâmetros de Pré-alarmes vazio, facilitando o acompanhamento dos casos, diminuindo a possibilidade de interpretações equivocadas dos mesmos. Tal temperatura não afeta a estrutura da roda. Os casos onde a temperatura das rodas se encontra mais alta no decorrer da viagem, já são detectados pelo Alarme de Tendência (HWD2) onde o acompanhamento da elevação de temperatura no vagão é mais efetivo. O conceito de Pré-alarme em Mantiqueira teve início em 11/04/2012, quando o parâmetro do alarme Hot Wheel era de 150 C, ou seja, até esta data os vagões com rodas até 150 C passavam por Mantiqueira sem sinalizar. Neste período não foi encontrado registro de ocorrência impedindo o tráfego de vagões com temperaturas até 150 C. Com esta alteração, obteve-se a padronização dos Pré-alarmes vazio em 150 C a 201 C. A redução planejada foi de 72% no número de Pré-alarmes Parametrização alarme Hot Wheel Mantiqueira (8) Fig 4: Quantidade de Pré-alarmes x Temperatura No mês de Junho de 2015, o mesmo conceito utilizado no Pré-alarme - Mantiqueira foi utilizado para alterar o parâmetro de alarme Hot Wheel. Tem-se o resultado no gráfico da figura 5:

5 Fig 5: Quantidade de Pré-alarmes x Temperatura Observou-se que, a partir de 201 C a quantidade de eventos varia muito pouco em função da temperatura e a acertividade do alarme chega a 100%. Neste momento o novo parâmetro utilizado foi a temperatura de 201 C. Com esta alteração, dos 17 alarmes de Janeiro a Junho de 2015, apenas 2 continuariam alarmando Hot Wheel. Uma redução de 88% no número de aventos. A nova faixa de abrangência do Pré-alarme Hot Wheel passou de 99 C até 150 C para 99 C até 201 C Parametrização Alarme Hot Wheel Mário Belo Vazio (4) Tomando como base o site de Mantiqueira, onde o parâmetro para alarme de Hot Wheel vazio é para temperaturas superiores a 201 C, torna-se possível adotar o mesmo parâmetro para vagões vazios que passam por Mário Belo. Historicamente a temperatura de 230 C já foi utilizada como flexibilização para este site, constatando que não há necessidade do trem parar no ato do alarme até tal temperatura. Esta flexibilização libera o vagão para que seja atendido até Aristides Lobo (43km). Outro fato que reforça a integridade da proposta é que atualmente a malha possui 4 sites com equipamentos posteriores ao de Mário Belo (Demétrio Ribeiro (5), Andrade Pinto (6), Paraibuna (7) e Mantiqueira (8)) distantes aproximadamente 50 km um do outro, com exceção de Mantiqueira que dista 112 km de Paraibuna. Estes sites garantem o monitoramento dos vagões indicando, caso necessário, uma possível falha liberada com a alteração. O aumento no número de equipamentos não resulta necessariamente num maior número de alarmes. O estudo da parametrização desses equipamentos pode trazer como resultado uma indicação mais acertiva e, com o aumento do monitoramento, a liberação de alguns casos torna-se viável. Com a mudança do parâmetro, vagões que alarmariam no critério atual, não deixariam de alarmar no novo critério, pois a janela de temperatura de C mudaria de Alarme Hot Wheel para Pré-Alarme Hot Wheel. A diferença está no rigor do alarme e consequentemente no atendimento. Pré-Alarmes permitem um tempo maior de monitoramente antes da ação e garantem uma maior disponibilidade do tráfego ferroviário, sem comprometer sua integridade. Como resultado desta parametrização o número de alarmes Hot Wheel teria uma queda de 49%, gerando menos paradas imediatas de trem e dando mais tempo para a programação da parada sem gerar impacto na operação Parametrização Pré-alarme Hot Wheel Mário Belo Carregado (3) Na busca por medidas preventivas capazes de eliminar eventos geradores de impacto na disponibilidade de tráfego, foi feito um levantamento dos casos de alarme Hot Wheel do mês de Agosto de 2015 tentando identificar indícios de que tais alarmes ocorreriam. De posse desses alarmes Hot Wheel, foi feita uma análise onde se verificou que dois vagões (GDU e GDT ) possuíam um potencial de aquecimento das rodas antes das respectivas ocorrências. Segue na tabela 3 os dados referentes ao Alarme Hot Wheel dos vagões: Tabela 3. Alarme Hot Wheel vagões GDU e GDT Méd Méd Site Data Rodeiro Roda Roda Roda Roda D E Trem Vagão Vagão GDU /8/ ,01 310,25 2 8/8/ ,01 310,25 2 8/8/ ,01 310,25 2 8/8/ ,01 310,25 Vagão GDT /8/ , /8/ , /8/ , /8/ , Taxa * Na tabela 4 estão demonstradas as situações com que os vagões passaram carregados por Mário Belo em viagens anteriores ao alarme onde houve aquecimento, porém abaixo dos níveis de alarme Hot Wheel: 3,68 3,78

6 Tabela 4. Constatação de aquecimento em Mário Belo carregado Méd Méd Site Data Rodeiro Roda Roda Roda Roda D E Trem Vagão Vagão GDU /6/ ,3 195,25 2,99 Vagão GDT /7/ ,3 194,88 2,87 Foi copiada a assinatura da passagem do vagão GDT (tabela 4) a fim de criar um parâmetro capaz de sinalizar vagões com potencial de alarme Hot Wheel. Essa metodologia de criação de parâmetros garante que outro caso com as mesmas características gere um Pré-alarme. Desta forma, o critério com múltiplos parâmetros para o Pré-alarme Mário Belo Carregado ficou da seguinte maneira: Tabela 5. Parâmetros Pré-alarme Mário Belo - Carregado Site Sentido Roda Trem Roda Vagão 3 Sul 93,3 194,88 2,87 Desta maneira, para que o vagão seja capaz de gerar um Pré-alarme, é necessário que ele atenda a todos os parâmetros descritos na tabela 5 numa mesma passagem pelo site. A descrita nas tabelas 3, 4 e 5 se dá pela fórmula abaixo: (1) Caso o critério proposto estivesse em vigor desde Junho de 2015, ele seria responsável pela eliminação de 2 THP e 1 alarme Hot Wheel Parametrização Pré-alarme Hot Wheel P2-12/P2-13 Carregado (2) Tabela 6. Constatação de aquecimento em P2-12/P2-13 carregado Site Data Rodeiro Méd Méd Roda Roda Roda Roda D E Trem Vagão Vagão GDT /7/ ,22 150, /7/ ,22 150, /7/ ,22 150, /7/ ,22 150,87 Taxa 3,45 A parametrização se deu da seguinte maneira: Tabela 7. Parâmetros Pré-alarme P2-12/P2-13 Carregado (08/2014) Site Sentido Roda Trem 2 Sul 76 3,2 Como este critério possui uma grande tolerância em relação ao vagão utilizado como critério base, foi possível ajustá-lo de maneira com que se tornasse mais restritivo, assemelhando ainda mais à assinatura da passagem, porém não liberando tal ocorrência. Desta maneira, a nova parametrização ficou da seguinte forma: Tabela 8. Parâmetros Pré-alarme P2-12/P2-13 Carregado (atual) Site Sentido Roda Trem Roda Vagão 2 Sul ,87 3,45 Esta proposta de parametrização gera uma redução de 68% no numero de alarmes e um aumento de 16% na acurácia. 3. RESULTADOS O gráfico da figura 6 relata o histórico de alarmes Hot Wheel na MRS de Janeiro de 2011 a Outubro de 2015, bem como as alterações de parâmetros feitas neste período. Visando uma forma de sinalizar de maneira preditiva um possível alarme Hot Wheel, o Pré-alarme P2-12/P2-13 foi criado em Agosto de 2014 utilizando como base a passagem do vagão GDT pelo site em 11/07/2014. Este vagão gerou um THP em 14/07/2015 devido a um Alarme Hot Wheel, onde foi constatado aquecimento da roda com temperatura de 395 C. Segue na tabela 6 os dados da passagem anterior à ocorrência do Alarme Hot Wheel: Fig 6: Histórico de alarmes Hot Wheel na MRS

7 Observa-se que após as primeiras alterações em 2012 já apresentou uma redução no número de alarmes Hot Wheel e a média mês a mês manteve-se baixa por um período relativamente alto. Porém de Maio a Julho de 2014 houve uma tendência em aumento do número de alarmes o que alavancou novas análises e parametrizações, as quais foram bem sucedidas pois reduziu a média mês a mês apartir de Agosto de Em Setembro de 2014 houve a aquisição de novos equipamentos, os quais ficaram 3 mêses (Setembro a Dezembro de 2014) apenas coletando dados para um melhor entendimento das temperaturas das rodas dos vagões vazios. De Janeiro a Março foi desenvolvido um algoritimo denominado de HWD2 implantado em abril de 2015 que possibilitou um melhor acompanhamento das ocorrências de aquecimento de roda e a partir de Abril de 2015 foram feitas várias parametrizações consecutivas visto que as rodas ganharam maior monitoramento. Também possibilitou melhor entendimento do aquecimento da roda ao longo da malha. Nota-se que o aumento no número de equipamentos não aumenta o número de alarmes necessariamente. O monitoramento se torna mais efetivo possibilitando a liberação de ocorrências que antes não era possível. Os casos de aquecimento de roda continuam sendo tratados, porém de maneira mais estratégica, aumentando a disponibilidade do tráfego sem abrir mão da segurança. Ao se comparar a quantidade de alarmes Hot Wheel que impactaram a circulação antes e pós as parametrizações, observa-se uma redução de 66% do número de alarmes. padronização facilita o acompanhamento dos alarmes. 5. REFERÊNCIAS [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, [2] HARMON, Micro Hot Wheel Detector. System Manual. 4. CONCLUSÃO As alterações de parâmetros adotadas na MRS só puderam ser sustentadas graças ao maior monitoramento proporcionado pela disposição dos equipamentos. O aumento no número de equipamentos não aumenta o número de alarmes necessariamente. O monitoramento se torna mais efetivo possibilitando a liberação de ocorrências que antes não era possível. Com as alterações de parâmetros dos alarmes Hot Wheel realizadas até antão na MRS, obteve-se a padronização dos Pré-alarmes Vazio em 150 C a 201 C e dos alarmes Hot Wheel Vazio em 201 C. Esta