6/16/2016 CP poderá poupar cinco milhões com condução económica Tese de Mestrado em Planeamento e Operação de Transportes no IST desenvolve protótipo de sistema de apoio à condução ferroviária que, dando recomendações de condução económica ao maquinista, permite um potencial de poupança energética de 15 por cento. Entre a hora de partida de uma estação até à hora de chegada prevista no horário para a próxima paragem, o maquinista tem disponível um intervalo de tempo para percorrer o trajeto entre as duas estações. Este intervalo de tempo é composto por um tempo mínimo de trajeto, dependendo do desempenho do material motor e das limitações de velocidade da linha, acrescido de uma margem de regularidade: um tempo adicional para prevenir pequenos atrasos que possam ocorrer durante o percurso. O maquinista tem à sua disposição este tempo adicional para gerir, reduzindo a velocidade máxima ou aumentando o tempo de percurso em deriva. É precisamente a gestão otimizada destes tempos adicionais que permite uma poupança energética significativa, que será tanto maior quanto maior a proporção dos tempos adicionais incluídos na marcha do comboio. Apesar da formação dos maquinistas incluir regras básicas de condução económica, como
tirar partido dos declives da via e da circulação em regime de força de tração cortada (em deriva) aproveitando a inércia do comboio, as poupanças energéticas possíveis de atingir por esta via são bastante limitadas. Para a aplicação rigorosa destas regras é necessário conhecer o perfil da linha em pormenor, estar muito familiarizado com o comportamento dinâmico do comboio conduzido, estar ciente a todo o momento da distância e tempo disponível até à próxima estação, para avaliar a velocidade de circulação óptima, além de ter uma vasta experiência de condução com monitorização de consumos energéticos de forma a afinar, empiricamente, a estratégia de condução ao longo do percurso. O domínio de todos estes fatores e a sua aplicação prática, com vista à obtenção consistente de poupanças energéticas expressivas, é impossível de ser atingido pelo ser humano sem meios de auxílio à condução económica. A primeira abordagem das empresas a este tema passa precisamente pela formação dos maquinistas em condução económica mas com resultados muito limitados devido à complexidade do problema. Outra solução é o fornecimento ao maquinista de um plano de condução, com indicações de um perfil de velocidades otimizado que deve ser cumprido durante o trajeto, mas que também se revela pouco eficaz por se tornar inútil quando o maquinista está perante um pequeno atraso e necessita de o recuperar utilizando parte dos tempos adicionais disponíveis. A solução atualmente mais indicada, permitindo atingir as poupanças energéticas mais
significativas, é o uso de sistemas computacionais capazes de calcular a estratégia de condução ótima em função da localização, hora e velocidade a que circula o comboio em cada instante, permitindo, em simultâneo, tratar da complexidade do problema e do ajuste dinâmico da estratégia de condução sempre que necessário. Foi este o objetivo da tese de mestrado desenvolvida no IST, em colaboração com a CP, no âmbito do Mestrado em Planeamento e Operação de Transportes, durante a qual se desenvolveu um protótipo de um sistema de baixo custo para apoio à condução económica. Numa primeira fase deste trabalho, que teve como caso de estudo o serviço regional na linha do Douro, avaliou-se o potencial de poupança energética associado a uma condução económica. Desenvolveu-se um modelo computacional de otimização de consumo energético que calcula, para um dado percurso e horário estabelecido, uma sequência de ações de condução e o perfil de velocidades correspondente, tendo em conta os diversos fatores que influem no consumo, como o perfil da linha e as caraterísticas físicas e de tração dos comboios. Foram então analisados diversos eventos de condução de comboios regulares na linha do Douro, com diferentes maquinistas, comparando os seus desempenhos energéticos com os de uma condução económica, calculada pelo modelo computacional. Esta análise permitiu verificar que, mesmo com maquinistas muito experientes e que demonstram uma grande preocupação em atingir uma condução económica, o potencial de poupança energética chega a atingir os 15 por cento na operação regional da linha do Douro, face à situação atual. No entanto, para a plena concretização destas poupanças, seria necessário que o maquinista tomasse as ações de condução ótimas no momento exato, algo que, pela complexidade dos cálculos envolvidos e do tempo disponível para a tomada de decisão, só é possível com o auxílio de meios tecnológicos computorizados. Este foi o passo seguinte do trabalho: elaborar um protótipo de um sistema de baixo custo para ajudar o maquinista na condução económica. Recorrendo a um vulgar tablet, equipado com receptor de sinal GPS, foi desenvolvido um programa que exibe ao maquinista, além da informação básica sobre a hora actual, posição na via (ponto quilométrico), velocidade e horário a cumprir, a informação sobre o perfil da via e velocidades máximas autorizadas, bem como um perfil de
ações de condução e velocidades ótimas de forma a cumprir o horário de chegada à estação seguinte com um consumo energético mínimo. Mesmo na eventualidade de ocorrência de desvios ao horário durante o percurso, o sistema, ao calcular continuamente o tempo de percurso disponível, apresenta uma estratégia de condução modificada e compatível com o duplo objetivo de cumprimento do horário e minimização do consumo energético. Na reta final do trabalho, foi ainda possível testar o sistema desenvolvido em ambiente real. O protótipo do sistema desenvolvido foi disponibilizado a um maquinista e tendo-lhe sido dada uma breve explicação sobre o seu funcionamento, não lhe foi difícil seguir fielmente as ações de condução sugeridas. A condução apoiada pelo sistema resultou num cumprimento de horário rigoroso e, segundo a opinião do maquinista, com evidentes reduções a nível de força de tração utilizada face ao habitual naquele comboio. Os resultados deste teste preliminar são bastante promissores, sugerindo que é possível, com um baixo investimento, desenvolver uma solução simples e eficaz para a obtenção de poupanças energéticas significativas. A plena realização do potencial de poupança energética calculada neste trabalho representaria uma redução de custos anuais até 240 mil euros na operação ferroviária regional na linha do Douro o que, sendo possível extrapolar estes resultados para toda a operação da CP, representaria uma poupança anual na ordem dos cinco milhões de euros. Como são calculados os tempos de marcha do comboio Para elaborar o horário de um comboio, é calculado o tempo mínimo necessário para o comboio percorrer a distância entre duas paragens sucessivas, cumprindo as limitações de velocidade existentes ao longo da linha, utilizando a máxima capacidade de tração nas acelerações e a desaceleração máxima de conforto para o passageiro nas frenagens. Este tempo mínimo de percurso é chamado de marcha base ou marcha tensa. À marcha base são adicionadas as margens de regularidade, tempos adicionais para absorver os eventuais atrasos devido a influências externas à condução como, por exemplo, um maior tempo de paragem numa estação para entrada e saída de passageiros ou limitações temporárias de velocidade devido a obras. Esta margem de regularidade é normalmente calculada em função do tempo de percurso, adicionando entre cinco a dez por cento de tempo à marcha base do comboio. Por fim, uma vez que os cálculos anteriores são efetuados ao segundo, são ainda adicionados os tempos de arredondamento ao meio minuto imediatamente. Condução económica O principal objetivo do maquinista, além do rigoroso cumprimento dos regulamentos de segurança, é o cumprimento do horário estabelecido. Num percurso cujo horário não possua margens de regularidade, a única estratégia de condução que permitirá o cumprimento rigoroso do horário é a que explora ao limite a potência do comboio e as
velocidades máximas autorizadas, ou seja, uma condução em marcha tensa. Neste caso, o consumo energético será máximo para o trajeto em questão. Como, por norma, existem acréscimos de tempos à marcha base, é possível atingir a velocidades inferiores ou percorrer alguma extensão do percurso em deriva (o equivalente ao ponto-morto no modo rodoviário, que tem com um consumo energético reduzido ou mesmo nulo) e mesmo assim garantir o cumprimento do horário. No entanto, é extremamente difícil, mesmo para maquinistas experientes, deduzir o ponto exato onde cortar a potência de tração sem atrasar nem adiantar o comboio à chegada à estação seguinte. Por: João Vieira e Nuno Moreira Fonte: