RENATA CRISTINA DO CARMO

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1 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

2 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA RENATA CRISTINA DO CARMO PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DE GERENCIAMENTO DO ATRITO EM UMA FERROVIA 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 Prof a. Vânia Barcellos Gouvêa Campos - D.Sc. Rio de Janeiro 2012

3 c 2012 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA Praça General Tibúrcio, 80 Praia Vermelha Rio de Janeiro RJ CEP: 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) 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, p.: il. Dissertação (mestrado) Instituto Militar de Engenharia Rio de Janeiro, 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

4 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA RENATA CRISTINA DO CARMO PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DE GERENCIAMENTO DO ATRITO EM UMA FERROVIA 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. Prof a 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 Prof a 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

5 Dedico este trabalho a Deus, aos meus pais, Mauro e Lúcia, e à minha irmã Paula. 4

6 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. 5

7 SUMÁRIO LISTA DE ILUSTRAÇÕES... 9 LISTA DE TABELAS LISTA DE SÍMBOLOS LISTA DE SIGLAS LISTA DE EQUAÇÕES INTRODUÇÃO Considerações Iniciais Objetivo Justificativa e Relevância Estrutura GERENCIAMENTO DO ATRITO Definição Lubrificante Modificador de atrito Lubrificantes x Modificadores de atrito Objetivos do gerenciamento do atrito Impacto do gerenciamento do atrito Desgaste de trilho Consumo de energia (combustível) Ruído Rolling Contact Fatigue (RCF) Forças Laterais Desgaste de roda Fixação E dormentação Métodos de aplicação Wayside Onboard Locomotiva

8 Vagão Rodoferroviário Métodos de mensuração de resultados Tribômetro manual Tribômetro de alta velocidade L/V Miniprof Espaçamento entre os equipamentos wayside PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DO GERENCIAMENTO DO ATRITO Considerações iniciais Etapas Propostas Fluxograma PROCEDIMENTO DE APLICAÇÃO E ANÁLISE Considerações iniciais Tipo de aplicação Descrição do trecho piloto Localização dos equipamentos Linha de base Aplicação MRS Logística Instalações RESULTADOS Resultados MRS Projeto global Resultados MRS Trecho Piloto Outros Benefícios Esperados CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Conclusões Recomendações

9 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIG 1.2 Trilhos com desgaste, amassamento e formação de fissuras FIG 1.3 Desgaste em trilho externo FIG 2. 1 Índices ideais de COF para o trilho interno e externo FIG 2. 2 Desgaste típico de trilhos externo (Outer) e interno (Inner) em uma curva FIG 2. 3 Redução do ruído com a aplicação de modificador de atrito (TOR friction modifier) FIG 2. 4 Resultado da ação da força lateral FIG 2. 5 Barra aplicadora GF e TOR FIG 2. 6 Exemplo de aplicação TOR em locomotiva FIG 2. 7 Sistema de aplicação TOR montado em vagão de minério na ferrovia Cartier Railway FIG 2. 8 Veículo rodoferroviário utilizado na Spoornet (esquerda) Detalhe do aplicador na face de bitola (direita) FIG 2. 9 Tribômetro manual em operação em uma ferrovia Canadense (esquerda) e na MRS Logística (direta) FIG Tribômetro de alta velocidade engatado em veículo rodoferroviário FIG Site L / V instalado na MRS Logística FIG Miniprof em uso na MRS Logística FIG Tela do Miniprof com medições realizadas, em vermelho, e perfil de comparação, em azul FIG 3. 1 Inspeção dos Possíveis Pontos de Instalação FIG 3. 2 Procedimento de implantação do Gerenciamento do Atrito em uma Ferrovia FIG 4. 1 Comparativo entre os equipamentos Protector IV GF e TOR FIG 4. 2 Produção Anual em Milhões de Toneladas Útil da MRS Logística FIG 4. 3 Esquema de linhas da MRS Logística FIG 4. 4 Esquema da MRS com as subdivisões por Coordenações. Em destaque as Coordenações de Via Permanente de Pinheiral e Barra do Piraí FIG 4. 5 Ponto de instalação no km 139, poste

11 FIG 4. 6 Ponto de instalação no km 139, poste FIG 4. 7 Ponto de instalação no km 136, poste FIG 4. 8 Ponto de instalação no km 131, poste FIG 4. 9 Ponto de instalação no km 131, poste FIG Ponto de instalação no km 126, poste FIG Ponto de instalação no km 122, poste FIG Ponto de instalação no km 122, poste FIG Ponto de instalação no km 119, poste FIG Ponto de instalação no km 115, poste FIG Ponto de instalação no km 115, poste FIG Coeficiente de atrito no trecho em estudo FIG Esquema de posicionamento dos equipamentos FIG Caminhão de linha carregando equipamentos e equipamento posicionado ao lado da linha FIG Exemplo de instalação, com base de dormentes e conduítes plásticos protegendo as mangueiras FIG Aplicador TOR Km 115 P FIG Lubrificador eletrônico Km 115 P FIG Aplicador TOR Km 119 P FIG Aplicador TOR Km 122 P FIG Lubrificador eletrônico Km 122 P FIG Aplicador TOR Km 126 P FIG Aplicador TOR Km 131 P FIG Lubrificador eletrônico Km 131 P FIG Aplicador TOR Km 136 P FIG Aplicador TOR Km 139 P FIG Lubrificador eletrônico Km 139 P 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 FIG 5. 3 Taxa de desgaste vertical por MGT FIG 5. 4 Coeficiente de atrito FIG 5. 5 Comparação do COF na fase sem (abr/11) e com lubrificação (Dez/11)

12 FIG 5. 6 Ângulo máximo de esmerilhamento utilizado na MRS FIG 5. 7 Resultados: Desgaste Lateral FIG 5. 8 Resultado encontrado na Curva do km

13 LISTA DE TABELAS TAB 2. 1 Comparação entre lubrificantes e modificadores de atrito TAB 4. 1 Posicionamento inicial proposto TAB 4. 2 Quadro final com o posicionamento dos equipamentos TAB 4. 3 Curvas monitoradas TAB 4. 4 Resultados da medição com o Miniprof TAB 4. 5 Classificação dos trilhos em função do coeficiente de atrito medido TAB 4. 6 Resultados de medição do COF TAB 4. 7 Data de aplicação dos equipamentos TAB 5. 1 Resultados de medições com o Tribômetro TAB 5. 2 Comparativo dos resultados com e sem gerenciamento do atrito

14 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 A S - Carga por eixo habitual n - Fração de vagões com carga por eixo inferior ou igual ao habitual A M - Máxima carga por eixo V - Velocidade M - Truques desalinhados B R - Frenagem do trem B G - Truques 13

15 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 14

16 LISTA DE EQUAÇÕES EQ 2.1 Número de Koker EQ 2.2 Carga por eixo

17 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. 16

18 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. 17

19 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 18

20 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. 19

21 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). 20

22 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, utilizandose 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. 21

23 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 22

24 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 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; 23

25 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 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 24

26 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 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. 25

27 TAB. 2.1 Comparação entre lubrificantes e modificadores de atrito Fonte: REIFF, 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. 26

28 Estes objetivos foram publicados no Manual AREMA, 2010, seção 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 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: curvas. - Desgaste na face de bitola, geralmente nos trilhos externos de curvas; e - Desgaste no topo do trilho (amassamento), geralmente nos trilhos internos de 27

29 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 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; 28

30 - 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 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 29

31 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) 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. 30

32 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 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 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. 31

33 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. 32

34 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 33

35 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 ONBOARD Nesta modalidade há a aplicação de lubrificantes ou modificador de atrito em equipamentos embarcados em locomotivas, vagões e veículos rodoferroviários 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. 34

36 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 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. 35

37 FIG. 2.7 Sistema de aplicação TOR montado em vagão de minério na ferrovia Cartier Railway (COTTER, 2007) 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. 36

38 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 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. 37

39 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) 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. 38

40 FIG 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) 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). 39

41 FIG 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 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 40

42 ver as diversas medições realizadas em um mesmo ponto, assim como o perfil do trilho novo que serve de referência. FIG Miniprof em uso na MRS Logística. FIG 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: 41

43 - 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. 42

44 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; 43

45 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 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 A S é a carga por eixo habitual; n é a fração de vagões com carga por eixo inferior ou igual ao habitual; e A M 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; B R 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 B G 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 44

46 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. 45

47 3 PROCEDIMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DO GERENCIAMENTO DO ATRITO 3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 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). 46

48 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; 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; Incidência de luz solar para o caso de equipamentos eletrônicos que utilizam energia solar. 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. 47

49 FIG. 3.1 Inspeção dos possíveis pontos de instalação 48

50 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 49

51 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. 50

52 51 FIG. 3.2 Procedimento de implantação do Gerenciamento do Atrito em uma Ferrovia 51

53 4 PROCEDIMENTO DE APLICAÇÃO E ANÁLISE 4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 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 52

54 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 53

55 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 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 54

56 (Figura 4.3). Em 2010 a empresa transportou 144,1 milhões de toneladas contra 128,9 milhões de toneladas em 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 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. 55

57 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: 56

58 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. 57

59 Posição Quilométrica TAB. 4.1 Posicionamento inicial proposto Tipo de Equipamento Trecho/Pátio Km Lubrificador GF Rademaker Volta Redonda Km Aplicador TOR Rademaker Volta Redonda Km Aplicador TOR Inferior de Rademaker Km Lubrificador GF Pinheiral Km Aplicador TOR Pinheiral Km Aplicador TOR Vargem Alegre Pinheiral Km Lubrificador GF Superior de Vargem Alegre Km Aplicador TOR Superior de Vargem Alegre Km Aplicador TOR Waldemar de Brito V. Alegre Km Lubrificador GF Waldermar de Brito Pulverização Km Aplicador TOR Waldermar de Brito Pulverização Km Aplicador TOR Barra do Piraí Km Lubrificador GF Barra do Piraí Km Lubrificador GF Santana de Barra Km Aplicador TOR Santana de Barra Km Aplicador TOR Km Lubrificador GF Mendes Km Aplicador TOR Mendes Km Aplicador TOR Mendes Km Lubrificador GF Humberto Antunes Km Aplicador TOR Humberto Antunes Km Aplicador TOR Paulo de Frontin Km Aplicador TOR Próximo ao Túnel 08 Km Lubrificador GF Próximo ao Túnel 07 Km Aplicador TOR Próximo ao Túnel 06 Km Aplicador TOR Próximo ao Túnel 02 Km Lubrificador GF Mário Belo Km Aplicador TOR Km Aplicador TOR Posto Km 64 58

60 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; 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 (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 Incidência de luz solar para o caso de equipamentos eletrônicos que utilizam energia solar. 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 Poste 10) Lubrificador Local apropriado para a instalação, sem a necessidade de intervenção por parte da Via Permanente (FIG. 4.5). 59

61 FIG. 4.5 Ponto de instalação no km 139, poste 10 - Km (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 Km (136 Poste 22) Aplicador TOR Local com equipamento anteriormente instalado. Necessidade de substituição das barras aplicadoras utilizadas (TOR-XL) pelas barras novas TOR-ML. 60

62 FIG. 4.7 Ponto de instalação no km 136, poste km 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 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. FIG. 4.8 Ponto de instalação no km 131, poste Km 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 Poste 03) 61

63 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. FIG. 4.9 Ponto de instalação no km 131, poste 03 - Km (136 Poste 03) Aplicador TOR Local apropriado para a instalação. Há necessidade de intervenção por parte da Via Permanente para a limpeza do lastro no local. FIG Ponto de instalação no km 126, poste 03 - Km (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. 62

64 FIG Ponto de instalação no km 122, poste 05 - Km (122 Poste 03) Aplicador TOR 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. FIG Ponto de instalação no km 122, poste 03 - Km Aplicador TOR 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 Poste 05) Trecho em tangente em condições para a instalação do equipamento sem a necessidade de intervenções por parte da equipe de Via Permanente. 63

65 FIG Ponto de instalação no km 119, poste 05 - Km 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 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. FIG Ponto de instalação no km 115, poste 18 - Km Aplicador TOR 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 Poste 06) 64

66 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. FIG Ponto de instalação no km 115, poste 06 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. Posição Quilométrica 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 65

67 TAB. 4.3 Quadro final com o posicionamento dos equipamentos (Continuação). Posição Tipo de Fonte de Posição do Instalação Trecho/Pátio Quilométrica Equipamento Energia reservatório 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 87 P2 Aplicador TOR Inferior Túnel 12 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 79 P5 Aplicador TOR Inferior Túnel 06 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 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. 66

68 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, P5 Interno 3,1657 0, P6 Externo 2,8922 3, P6 Interno 3,6926-0, P7 Externo 3,0867 4, P7 Interno 3,4072-0, P2 Externo 1,855 0, P2 Interno 0,3552-0, P2+15 Externo 8,853 0, P2+15 Interno 0,4521-0, P2+30 Externo 8,9702-0, P2+30 Interno 0,4302-0, P16 Externo 2,1477-0, P16 Interno 0,6025 0, P15,5 Externo 1,788-0, P15,5 Interno 1,1669 0, P15 Externo 1,9119-0,

69 TAB. 4.6 Resultados da medição com o Miniprof (Continua). Desgaste Desgaste Local Trilho vertical (mm) Lateral (mm) 134 P15 Interno 0,5666 0, Interno 1,2731 1, Externo 1,3298-0, Externo 1,2618-0, Interno 0,9526 1, Interno 1,1996 0, Externo 1,2291-0, Externo 4,1971 6, Interno 7,3218-0, Externo 4,3107 7, Interno 9,4132 0, Externo 4,245 7, Interno 8,539-0, P14 Externo 5,1104 7, P14 Interno 10,1491 0, P14+15 Externo 4,728 6, P14+15 Interno 7,7632-0, P14+30 Externo 5,1394 9, P14+30 Interno 9,9181-0, P6 Externo 13,0529 8, P6 Interno 11,09-0, P5 Externo 12,7532 7, P5 Interno 11,3412-0, P4 Externo 12,034 7, P4 Interno 11,0317-0, P1 Externo 8,4184-0, P1 Interno 9,1386 2, P25 Externo 9,1382-0, P25 Interno 9,6003 4, P23 Externo 9,3069-0, P23 Interno 9,2828 5, P16,5 Externo 10,5678 5, P16,5 Interno 11,0412-0, P16,75 Interno 10,8916-0, P16,75 Externo 10,5009 4, P16,25 Externo 10,3536 5, P16,25 Interno 10,8319-0, P11 Externo 5,3604 2,

70 TAB. 4.7 Resultados da medição com o Miniprof (Continuação). Desgaste Desgaste Local Trilho vertical (mm) Lateral (mm) 121 P11 Interno 1,5477-0, P11,5 Externo 5,2637 1, P11,5 Interno 1,5721-0, P10,5 Externo 5,2503 2, P10,5 Interno 1,5852-0, Externo 1,3063-0, Interno 10,4903-1, P17 Externo 1,5426-0, P17 Interno 11,8167-0, P16,5 Externo 1,4834 0, P16,5 Interno 11,3898-1, P23 Externo 11,4123 0, P23 Interno -0,1042 0, P23,5 Externo 3,9654 1, P23,5 Interno 3,6014-0, P22,5 Externo -0,107-0, P22,5 Interno 13,7747-0, P16,5 Externo -0,2519-0, P16,5 Interno 11,0075-0, P16 Externo 12,2956 0, P16 Interno -0,3862-0, P14,5 Externo 13,2125-0, 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. 69

71 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 Lubrificação Ótima 0,15 a 0,20 60% a 90% de graxa na face de bitola 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 não foi possível identificar o tipo de trilho utilizado pois não foram encontradas marcações no mesmo. 70

72 TAB. 4.9 Resultados de medição do COF 71

73 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 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. 72

74 FIG Esquema de posicionamento dos equipamentos Para a instalação foram utilizados um caminhão rodoferroviário Volkswagen Worker , 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 FIG Caminhão de linha carregando equipamentos e equipamento posicionado ao lado da linha 73

75 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 Exemplo de instalação, com base de dormentes e conduítes plásticos protegendo as mangueiras 74

76 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 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/

77 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 Aplicador TOR Km 115 P6 76

78 FIG Lubrificador eletrônico Km 115 P18 FIG Aplicador TOR Km 119 P9 77

79 FIG Aplicador TOR Km 122 P3 FIG Lubrificador eletrônico Km 122 P5 78

80 FIG Aplicador TOR Km 126 P3 FIG Aplicador TOR Km 131 P3 79

81 FIG Lubrificador eletrônico Km 131 P7 FIG Aplicador TOR Km 136 P22 80

82 FIG Aplicador TOR Km 139 P8 FIG Lubrificador eletrônico Km 139 P10 81

83 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. 82

84 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 e 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 mm 2 por MGT. O nível de desgaste 83

85 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, 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. 84

86 TAB. 5.1 Resultados de medições com o Tribômetro 85

87 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

88 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. 87

89 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 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. 88

90 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. 89

91 Taxa de Desgaste (mm/100 MTBT) TAB. 5.2 Comparativo dos resultados com e sem gerenciamento do atrito SEM Ger. Atrito COM Ger. Atrito Curvas Apertadas Desgaste Lateral Desgaste Vertical - TE Desgaste Vertical - TI Curvas Moderadas Curvas Suaves Curvas Apertadas Curvas Moderadas Curvas Suaves Curvas Apertadas Curvas Moderadas Curvas Suaves 3,877 3,044 5,634 7,013 7,950 7,641 7,728 7,066 1,704 1,313 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% 6,0 Desgaste Lateral 5,634 5,0 4,0 3,877 3,044 3,0 2,0 1,0 1,313 0,298 0,345 0,0 Curvas Apertadas Curvas Moderadas Curvas Suaves SEM COM Ger. Atrito Ger. 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. 90