Ajustes e Regulagem de TUEs com foco na Redução do Consumo de Energia

Ajustes e Regulagem de TUEs com foco na Redução do Consumo de Energia 2 de 9

Resumo do Trabalho O principal insumo (e o principal custo) para a operação do transporte ferroviário de passageiros é a energia elétrica. Para reduzir em 5% do consumo de energia elétrica, propusemos um projeto de ajustes e regulagem dos parâmetros do sistema de tração dos TUEs, uma vez que este é responsável por aproximadamente 95% do consumo de energia elétrica. Para atingirmos a meta proposta foi necessário efetuar ajustes nos parâmetros de tração nos TUEs., como por exemplo, a velocidade, aceleração, tensão de linha (catenária), entre outros componentes. O trabalho permite o monitoramento em tempo real dos parâmetros e também que percebamos se há defasagem na tração entre as motrizes, ou seja, por quanto tempo apenas um carro motor do TUE está sendo o responsável por tracioná-lo com um todo, o que acarreta sobremaneira a elevação da corrente de partida e conseqüentemente o consumo. Além da redução do consumo de energia, obtivemos também ganhos associados na eliminação da defasagem de partida entre carros motores que conseqüentemente propicia melhor conforto ao cliente com a erradicação do solavanco, aumento da vida útil de engates e aparelhos de choque e tração e o aumento da confiabilidade com a antecipação de defeitos em equipamentos com o monitoramento destes (manutenção preditiva). 3 de 10

1. Introdução: Nossa operadora de transporte ferroviária possui uma frota de 158 TUEs (trem unidade elétrica) operacionais dos quais são disponibilizados para a operação comercial em média 143 TUEs. Esses 158 TUEs são divididos em 13 séries diferentes, conforme tabela abaixo: Série Ano de Fabricação / Modernização Quantidade de TUEs Formação Mínima Controle de Tração Motor de Tração 9000 1980 / 1998 10 M-R-R-M-M-R-R-M CHOPPER (ADTRANZ) BBC / 311 kw 8000 1980 / 1997 10 M-R-R-M VILLARES / CONTATORES 273 kw ELETRO- 900AR 1980 / 2006 7 M-R-R-M PNEUMÁTICOS - BBC / 311 kw MICROPROCESSADO 900R 1980 / 2003 6 M-R-R-M (SÉCHERON) BBC / 311 kw 400 1964 / 1996 14 R-M-R 500 1977 / 1998 23 M-R-R-M 700 1980 9 M-R-R-M 1000 1954 / 1993 21 R-M-R-R-M-R EIXO DE CAMES (HITACHI) TOSHIBA / 315 Kw 400R 1964 / 2001 17 R-M-R 700AR 1980 / 2003 7 M-R-R-M 700R 1980 / 2001 8 M-R-R-M 900 1980 7 M-R-R-M EIXO DE CAMES (JEUMONT- SCHNEIDER) 2005 2005 20 M-R-R-M VVVF (TOSHIBA) BBC / 311 kw TOSHIBA / 210 kw (CA) Total 159 Tabela 1 Detalhes da frota operacional. A grade horária da nossa operadora contempla 694 viagens em dias úteis, 362 viagens aos sábados e 139 viagens aos domingos. O principal insumo para a operação é a energia elétrica, portanto o principal custo. Para reduzir em 5% do consumo de energia elétrica, propusemos um projeto de ajustes e regulagem dos parâmetros do sistema de tração dos TUEs, uma vez que este é responsável por aproximadamente 95% do consumo de energia elétrica. 4 de 10

2. Desenvolvimento Para atingirmos a meta proposta desenvolvemos um plano de ação a fim de efetuar os ajustes nos parâmetros de tração em 137 TUEs, pois não verificamos a necessidade de atuarmos nos 20 TUEs da série 2005 e em 2 TUEs da série 900AR, de reforma mais recente. Definimos o seguinte escopo de trabalho: Instrumentação do TUE para monitoramento e registro dos parâmetros de tração; Viagem de monitoramento e registro em prefixo comercial com o TUE; Análise dos Registros; Ajuste dos parâmetros não conformes; Viagem de monitoramento e registro com o TUE ajustado; Análise dos registros; Retirada da instrumentação do TUE; Emissão do relatório de ajuste. Definimos os parâmetros a serem monitorados, conforme a seguir: Velocidade Registro a cada 200 milissegundos; Aceleração Registro a cada 200 milissegundos; Tensão de Linha (catenária) Registro a cada 5 milissegundos; Corrente de linha Registro a cada 200 milissegundos; Corrente dos motores Registro a cada 200 milissegundos; Corrente dos Conversores (MA, MCVR, CVS) Registro a cada 200 milissegundos; Pressão do cilindro de freio Registro a cada 200 milissegundos; Pressão da bolsa de ar da suspensão secundária ou da válvula detectora de carga Registro a cada 200 milissegundos; Para a execução do trabalho contratamos uma empresa terceirizada que ficou responsável pela instrumentação, monitoramento, registro, análise dos dados em conjunto conosco e ajustes segundo as orientações pós-análise. Definimos o cronograma de execução de serviço e prevemos seu final para junho/08. 2.1. Instrumentação Programamos o TUE a ser instrumentado para ser desviado em uma de nossas oficinas. Os seguintes equipamentos foram utilizados na instrumentação do TUE: Sensor de roda 120 pulsos com precisão de distância de 2,6 cm, para leitura da velocidade e aceleração. Transdutor de tensão desenvolvido pela empresa terceirizada (foto 1), devido à elevada taxa de amostragem, para medição da tensão de linha; Transdutores com núcleo partidos de modo a facilitar a instalação (foto 2), para leitura dos parâmetros de corrente; Transdutores de pressão para leitura dos parâmetros de pressão de cilindro de freio, bolsa de ar e detectora de carga (foto 3). 5 de 10

Foto 1 Transdutor para monitoramento da tensão de linha (caixa à esquerda) e caixa de distribuição CD1 (caixa à direita). Foto 2 Transdutores para monitoramento e registro da corrente dos motores. Foto 3 Instalação dos transdutores para monitoramento e registro da pressão de bolsa de ar e cilindro de freio Foi desenvolvido pela empresa contratada software de aquisição de dados para coleta e análise dos registros. 2.2. Funcionamento Os parâmetros medidos em cada carro motor e reboque são concentrados em uma caixa de distribuição (CD1 e/ou CD2 foto 1), nesta são convertidos para sinais óticos, que são transmitidos por fibra ótica até a interface (CD) instalada na cabina de operação do TUE, esta interface é responsável pela conversão dos sinais óticos em elétricos, que são enviados às portas 6 de 10

seriais de alta velocidade (RS-232 38.000 kbps) do notebook, no qual está instalado o software de aquisição e análise (foto 4). O software permite o monitoramento em tempo real dos parâmetros e também que percebamos se há defasagem na tração entre as motrizes, ou seja, por quanto tempo apenas um carro motor do TUE está sendo o responsável por tracioná-lo com um todo, o que acarreta sobremaneira a elevação da corrente de partida e conseqüentemente o consumo. Durante o andamento dos serviços deparamos com algumas perdas de dados devido às curvaturas impostas a fibra ótica nas viagens de monitoramento e registro, o que gerou retrabalho, tratamos este problema modificando o encaminhamento da fibra. Estamos testando atualmente a transmissão sem fio (wireless) dos dados dos segundos carros motor e reboque, o que agilizará também a tarefa de instrumentação do TUE. Estamos também instalando cronômetro digital de altíssima precisão (atuação de 0,010s até 9.999,999 ms ) para verificarmos o complemento do fechamento das chaves de partida do TUE (seqüência de tração), o que também nos permite verificar defasagens na tração ente carros motores, que além de impacto no consumo, sobrecarregam engates e aparelhos de choque e tração gerando desconforto ao cliente. Foto 4 Notebook instalado na cabina do TUE para monitoramento e registro dos parâmetros. Após a análise dos dados coletados procedemos aos ajustes necessários (foto 5) e realizamos uma nova viagem monitorada. Foto 5 Regulagem da taxa de aceleração do TUE (ajustes dos resistores para controle de corrente do amplificador magnético). 7 de 10

Analisamos os novos dados coletados e emitimos o relatório final de ajustes, conforme exemplo a seguir. TUE DATA LOCAL DESTINO ANÁLISE DO CONSUMO - TUE 722 RESUMO DOS PERCURSOS QUANT. HORÁRIO HORÁRIO DE CARROS DE SAÍDA CHEGADA MOTORES TRAÇÃO 722 18/6/2008 D.Pedro Bangu 17:18 18:13 713,91 8 68 S / REG Bangu D.Pedro 18:28 19:22 556,3 722 20/6/2008 D.Pedro Bangu 18:07 19:01 660 8 68 REG Bangu D.Pedro 19:14 20:21 522,7 SERVIÇOS EXECUTADOS TAXA DE ACELERAÇÃO CD 1 ODÔMETRO KM TOTAL ENERGIA ENERGIA CONDIÇÃO CONSUMIDA TOTAL KW/h KW/h 1270,21 1182,7 DATA: 19/06/2008 T U E Reformada c/ AR MOD: HORA INICIO HORA TERMINO TRAÇÃO PATINAÇÃO EM TRAÇÃO 58 ma 54,7 58,4 138 ma 142,4 138,3 60 ma 58,3 110 ma 108,5 110,2 RESISTOR FIXO FRENAGEM 26 ma 27,2 26 77 ma 82,5 77,2 OBS: DESLIGAR O DISJUNTOR *DBS* COLOCAR O PUNHO EM FREIO MÁXIMO AJUSTE DA TENSÃO 1A7 / CG2 1A8 / CG2 78 mv 80 78 90 mv 93 RESISTOR FIXO ATUADOR DE CARGA OBS: VERIFICAR OS CARTÕES DOS ATUADORES DE CARGA (Resistências) 7D - 7T 190 R 48 60 a 180 7P - 7Q Emergência Resistência Infinita OBS; VERIFICAR OS APERTO DE TODAS AS PORCAS DO BARRAMENTO E TAMBÉM SE HÁ MAL CONTATOS E OSCILAÇÕES NOS TERMINAIS DOS CIRCUITOS Houve a troca do cartão do atuador e apertos nos bornes de fixação TAXA DE ACELERAÇÃO CD 2 DATA: 19/06/2008 T U E Reformada c/ AR MOD: HORA INÍCIO HORA TÉRMINO TRAÇÃO PATINAÇÃO EM TRAÇÃO 58 ma 51 58,4 138 ma 142,5 138 60 ma 60 110 ma 107,5 110,3 RESISTOR FIXO FRENAGEM 26 ma 25 26,4 77 ma 76 77 OBS: DESLIGAR O DISJUNTOR *DBS* COLOCAR O PUNHO EM FREIO MÁXIMO AJUSTE DA TENSÃO 1A7 / CG2 1A8 / CG2 78 mv 81 78 90 mv 90,5 RESISTOR FIXO ATUADOR DE CARGA OBS: VERIFICAR OS CARTÕES DOS ATUADORES DE CARGA (Resistências) 7D - 7T 190 R 90 a 180 7P - 7Q Emergência Resistência Infinita OBS; VERIFICAR OS APERTO DE TODAS AS PORCAS DO BARRAMENTO E TAMBÉM SE HÁ MAL CONTATOS E OSCILAÇÕES NOS TERMINAIS DOS CIRCUITOS Houve apertos nos bornes de fixação ANÁLISE GRÁFICA EM TRAÇÃO GRÁFICO DO TUE PRÉ-AJUSTES GRÁFICO DO TUE PÓS-AJUSTES Tabela 2 Relatório de ajustes de TUEs 8 de 10

2.3. Modificação no Procedimento de Execução Verificamos que havia a necessidade de acelerarmos a execução do processo, pois caso contrário haveria descumprimento do cronograma, adotamos então um novo procedimento, no qual instrumentaríamos apenas um TUE sem ajustes por série para monitoramento, registro e análise. Definiríamos então os valores de ajuste e os demais TUEs daquela série receberiam estes mesmos ajustes, com isso ganhamos maior velocidade na execução e os resultados mostram-se compatíveis, conforme tabela abaixo: TUE DATA T1 TRECHO CONSUMO T1 (kwh) DATA T2 CONSUMO T2 (kwh) Economia OBS. 711 26/5/2008 -BGU- 730 26/5/2008 -BGU- 719 26/5/2008 -BGU- 722 18/6/2008 -BGU- 716 18/6/2008 -BGU- 1100,3 27/5/2008 1073,8 2,4% 1100,3 2/6/2008 1059,51 3,7% 1100,3 10/6/2008 1064,9 3,2% 1270,21 20/6/2008 1182,7 6,9% 1270,21 27/6/2008 1152,11 9,3% Como referência p/ o teste com TUE sem regular foram utilizados os valores medidos no TUE 711 Como referência p/ o teste om TUE sem regular foram utilizados os valores medidos no TUE 711 Como referência p/ o teste om TUE sem regular foram utilizados os valores medidos no TUE 722 Tabela 3 Resumo de Testes Foi elaborado também um segundo kit de sensores, caixas de distribuição e interfaces, para facilitar a transição de serviço entre um TUE e outro. Com esta modificação do procedimento aumentamos a capacidade de realização de ajustes e conseqüentemente a garantia de cumprirmos o cronograma. 9 de 10

3. Conclusão O trabalho tem se mostrado aderente ao seu foco principal, que é a redução do consumo de energia, conforme a tabela comparativa (tabela 4) de quilowatt-hora consumido por carro-quilômetro realizado bem como seu custo e economia. Notamos nesta tabela que com apenas 19 de 137 TUEs testados e ajustados (14% do total do projeto) já obtivemos uma redução de custo no valor de R$ 342.715,72. Obtivemos também ganhos associados tais como: Eliminação da defasagem de partida entre carros motores que conseqüentemente propicia melhor conforto ao cliente com a erradicação do solavanco Aumento da vida útil de engates e aparelhos de choque e tração pelo mesmo motivo citado no tópico anterior. Aumento da confiabilidade com a antecipação de defeitos em equipamentos com o monitoramento destes (manutenção preditiva). Decidimos pela inclusão deste projeto no plano de manutenção do material rodante com periodicidade anual. Descrição Unidade jan/08 fev/08 mar/08 abr/08 mai/08 jun/08 jul/08 Carro-quilômetro km 4.355.458 4.475.670 4.335.754 4.565.869 4.198.328 4.511.375 4.743.092 Quilowatt-hora/Carroquilômetro Valor do Quilowatthora/Carro-quilômetro em reais em Reais (R$) TUEs Regulados (p/ mês) Variação de Consumo (kwh / Carro.km) Variação de Consumo (kwh / Carro.km) em relação a janeiro/08 kwh/km 3,650395 3,614897 3,622798 3,634956 3,593214 3,509551 3,373921 R$ 0,8935 0,8878 0,8893 0,8824 0,9618 0,9209 0,8928 TUE - - - 3 5 8 3 kwh/carro.km - 0,97% -0,22% -0,34% 1,15% 2,33% 3,86% kwh/carro.km - 0,97% 0,76% 0,42% 1,57% 3,86% 7,57% Custo do kwh médio R$ 0,2448 0,2456 0,2455 0,2427 0,2677 0,2624 0,2646 Custo da energia consumida Economia do custo de energia (Acumulado) R$ 3.891.791,89 3.973.319,31 3.855.731,92 4.028.746,85 4.038.131,45 4.154.644,12 4.234.507,61 R$ - 81.527,42-36.059,97 136.954,96 146.339,56 262.852,23 342.715,72 Tabela 4 Comparativo de Consumo e Custo. 10 de 10