ENERGIA NOS TRANSPORTES Transportes Ferroviários 2008 Evolução dos transportes Infra-estruturas - Navios Ausência de infra-estruturas construídas pelo homem Inicialmente à vela, o vapor surge no séc. XIX Transporte de carga e passageiros Navio de carga grego séc. II A.C. Great Eastern séc. XIX Nau portuguesa séc. XV 1
Evolução dos transporte Mercadorias Terrestres - Comboios Reino Unido século XIX revolução industrial Invenção da máquina a vapor (final do séc. XVIII), o fim da dependência da natureza para a geração de potência O comboio torna-se o meio preferido para transporte de carga (carvão) e passageiros Evolução dos transporte Mobilidade Aviões e automóveis Necessidade de liberdade e transporte individual automóvel Maior rapidez nas deslocações a grandes distâncias avião Ford T 1909 Handley Page HP 42 1930 Volkswagen 1939 De Havilland Comet 1951 2
Concorrência Passageiros Curta distância (D<50Km) Automóvel Mais versátil Congestionamentos / Estacionamento Poluição? Custo? Autocarro Sem limitações de rede Barato Baixa velocidade comercial Navio Lento Depende de condições naturais Motociclo Muito ágil Só dá para transporte individual Concorrência Passageiros Média distância (50Km<D<300Km) Automóvel Conforto (de origem ao destino num só veículo) Custo? Autocarro Maior cobertura Conforto Avião Rapidez?? Custo 3
Concorrência Passageiros Longa distância (D>300Km) Navio Exclusivamente para turismo Avião Velocidade Custo Concorrência Mercadorias Rodoviário Versatilidade Da origem ao destino num só modo Navio Grande capacidade de carga Baixa velocidade 4
Parte II Perspectiva Histórica Evolução da Tecnologia Os Canais 5
Evolução da Tecnologia Tracção animal Evolução da Tecnologia Vapor 1829 - Rocket George Stephenson Bitola: 1435mm Tipo: 0-2-2 Pressão: 3.45 bar Peso: 4,318 kg 6
Evolução da Tecnologia Vapor 1935 - A4 Mallard Bitola: 1435mm Tipo: 4-6-2 Pressão: 17.2 bar Peso: 169,680 kg Velocidade: 202.8 km/h Esforço de tracção: 15,175 kg 1941 UP Big Boy Bitola: 1435mm Tipo: 4-8-8-4 Pressão: 20.7 bar Peso: 372,864 kg Velocidade: 129 km/h Esforço de tracção: 61,405 kg Evolução da Tecnologia Electrificação 1890 Electric Locomotive No. 1 Tube (UK) Tipo: B Alimentação: terceiro carril, 200 V DC? Potência: 2 x 50 CV Peso: 12,000 kg Esforço de tracção: 1,360 kg Velocidade: 40 km/h 1934 GG1 (US) Bitola: 1435mm Tipo: 2-C+C-2 (4-6-6-4) Alimentação: 11000 V, 25Hz Potência: 4620 CV Peso: 215,456 kg Velocidade: 160 km/h Esforço de tracção: 29,710 kg 7
Evolução da Tecnologia Diesel 1925 Alco / General Electric / Ingersoll-Rand (US) Bitola: 1435mm Tipo: B+B Potência: 300 CV (Motor Diesel) Peso: 60,000 kg Velocidade: 48 km/h 1949 GM EMD F7 (US) Bitola: 1435mm Tipo: B+B Potência: 1500 CV (Motor Diesel) Peso: 104,326 kg Velocidade: 164/104 km/h Esforço de tracção: 26,081 kg Evolução da Tecnologia Alta velocidade 1964 Comboio Bala (Japão) Bitola: 1435mm Tipo: Automotora Alimentação: 25000 V, 60Hz Potência: 4 Motores de 185 KW por carruagem Peso: 16 x 59 = 934,000 kg Velocidade: 200/220 km/h Passageiros: 1337 (16 carruagens: 132 + 1205) 1981 TGV (França) Bitola: 1435mm Tipo: 1M + 8P + 1M Alimentação: 25000 V, 50Hz Potência: 2 x 5900 CV Peso: 368,000 kg (motoras + carruagens) Velocidade: 300 km/h (Operação) Passageiros: 377 8
Evolução da Tecnologia Necessidades do séc. XXI Mais Velocidade Maglev 500 km/h Melhor Integração Estações Multimodais Parte III Infra-Estruturas Ferroviárias 9
A Via Carris Séc. XVII Reino Unido Madeira Usado em minas A Via Carris Séc. XIX Reino Unido Usado em minas Carril metálico assente em pedras Séc. XIX Reino Unido Usado em minas Carril metálico assente em travessas 10
A Via Carris Carril metálico Travessas de madeira União rebitada/aparafusada A Via Carris Carril contínuo soldado Travessa de cimento/madeira 11
A Via Sinalização A Via Corte transversal Valores usados no Reino Unido 12
Rede Ferroviária Nacional Evolução Histórica Em 1856 Até 1865 Até 1880 Até 1900 Até 1910 Até 1930 Depois de 1930 Rede Ferroviária Nacional Situação Actual Pendular Vméd=102.3km/h 13
Rede Ferroviária Nacional Situação Actual Intercidades Vméd=89.3km/h Rede Ferroviária Nacional Situação Actual Inter-Regional Vméd=71.9km/h 14
Rede Ferroviária Nacional Situação Actual Regional Vméd=55.6km/h Rede Ferroviária Nacional Situação Actual Completa 15
Rede ferroviária Nacional Extensão e comparação Rede ferroviária Nacional Extensão e comparação 16
Rede ferroviária Nacional Extensão e comparação Rede ferroviária Nacional Projectos para o futuro Modernização da Linha do Norte permitir velocidades de 220 km/h em toda a extensão permitir cargas por eixo de 22.5 ton. Modernização Linha da Beira Baixa Electrificação Aumentar velocidades médias para 90 km/h RAVE - Rede Ferroviária de Alta Velocidade Construção de via que permita velocidades superiores a 250 km/h Ligação a Espanha O percurso ainda não está decidido (T deitado?, Π deitado?) 17
Parte IV Material Circulante Tipos de Material Rolante Tipo de serviço Locomotivas Manobras (shunter) Automotoras Obras / Manutenção Carruagens Fonte de energia Eléctricas (rede) Diesel Turbina Vapor Tipo de Tracção Eléctrica Mecânica Hidráulica Vários tipos de combinações possíveis!!! 18
Tipos de Material Rolante Terminologia Bitola: distância entre os carris Tipos de Material Rolante Terminologia Tipo: Arranjo de eixos em bogies e número de bogies Eixos motores letras: A B C Eixos não motores números 1 2 3 Motores independentes para cada eixo adiciona um o Bogies independentes do corpo da locomotiva adiciona uma plica 19
Tipos de Material Rolante Terminologia Bogie estrutura que suporta a locomotiva e onde estão fixos os eixos e os motores Tipos de Material Rolante Terminologia 20
Tipos de Material Rolante Terminologia Potência Motor diesel/turbina Rodas (ou motores eléctricos) Tipos de Material Rolante Terminologia Alimentação (eléctricas) AC ou DC Voltagem Frequência (rede) Peso Em ordem de marcha (inclui combustível) Automotoras Tara Carga máxima 21
Tipos de Material Rolante Terminologia Velocidade Máxima para a relação final de transmissão usada Limitada pelo tipo de linha e operação Esforço de tracção Força disponível para puxar o comboio Arranque Máximo contínuo À velocidade máxima Tipos de Material Rolante Locomotivas Diesel-eléctricas As mais difundidas, fazem todos o tipo de serviços 22
Tipos de Material Rolante Locomotivas Diesel-eléctricas 1981 Alstom CP 1930 Bitola: 1668mm Tipo: Co Co Potência: 3000 CV (motor diesel) 2260 CV (rodas) Peso: 116,500 kg Velocidade: 120 km/h Esforço de tracção: 25,600 kgf Tipos de Material Rolante Locomotivas Eléctricas 23
Tipos de Material Rolante Locomotivas Eléctricas 1993 Siemens LE 5600 (CP) Bitola: 1668mm Tipo: Bo Bo Potência: 7600 CV (rodas) Alimentação: 25,000V, 50Hz Peso: 87,300 kg Velocidade: 220 km/h Esforço de tracção: 25,493 kgf Tipos de Material Rolante Locomotivas Alimentação - Terceiro carril Normalmente DC: 750-1500V Metropolitano (Lisboa) Comboios no Reino Unido 24
Tipos de Material Rolante Locomotivas Alimentação - Catenárias DC: até 3000V AC: 15,000-25,000V; 50-60Hz O padrão na Europa Turbinas Tipos de Material Rolante Locomotivas 2002 Bombardier Bitola: 1435mm Tipo: Bo Bo Potência: 5000 CV (turbina) 4400 CV (rodas) Peso: 90,750 kg Velocidade: 240 km/h Esforço de tracção: 25,600 kgf 25
Tipos de Material Rolante Manobras Diesel-mecânicas Tipos de Material Rolante Manobras Diesel-mecânicas 1950 Class 03 BR Shunter Bitola: 1435mm Tipo: 0-6-0 ou D Potência: 204 CV (Motor Diesel) Peso: 31,000 kg Velocidade: 45 km/h Esforço de tracção: 5,035 kgf 26
Tipos de Material Rolante Manobras Diesel-hidráulicas Tipos de Material Rolante Manobras Diesel-hidráulicas 1996 DMS/Voith (Dinamarca) Bitola: 1435mm Tipo: B Potência: 435 CV (motor Diesel) Peso: 40,000 kg Velocidade: 70 km/h Esforço de tracção: 8.000 kgf 27
Tipos de Material Rolante Manobras Diesel-eléctricas 1952 BR Class 08 Bitola: 1435mm Tipo: C Potência: 350 CV (motor Diesel) Peso: 50,800 kg Velocidade: 24 km/h Esforço de tracção: 15,876 kgf Tipos de Material Rolante Automotoras Diesel-hidráulicas Alstom/Voith Bitola: 1435mm Tipo: 1A - A1 Potência: 2 x 350 CV (motor Diesel) Peso: 47,000 kg Velocidade: 120 km/h Esforço de tracção: 6,000 kgf 28
Tipos de Material Rolante Automotoras Eléctricas 1993 UQE 2300 (CP) Bitola: 1668mm Tipo: Bo +Bo +2 2 +2 2 +Bo +Bo Potência: 4200 CV (rodas) Alimentação: 25,000V, 50Hz Peso: 180,000 kg Velocidade: 120 km/h Esforço de tracção: 17,590 kgf Tipos de Material Rolante Automotoras Eléctricas (Alta velocidade) 1999 Siemens / Fiat Ferroviaria Bitola: 1668mm Tipo: 1A+A1+1A+A1+2 +2 +2 +2 +1A+A 1+1A+A1 Potência: 5400 CV (rodas) Alimentação: 25,000V, 50Hz Peso: 298,300 kg Velocidade: 220 km/h Esforço de tracção: 21,414 kgf 29
Tipos de Material Rolante Obras / Manutenção Tipos de Material Rolante Material Rebocado Passageiros 30
Carga Tipos de Material Rolante Material Rebocado Granel - rações Automóveis Carga Tipos de Material Rolante Material Rebocado Contentores Granel - Cimento 31
Parte V CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS Características Dinâmicas Resistência ao avanço 1. Fricção (independente da velocidade) entre roda e carril, rolamentos, etc. Depende do peso, forma e tipo de superfície R = C x Peso 2. Perdas função da velocidade (fricção na flange, movimento de lacete) 32
Características Dinâmicas Resistência ao avanço 3. Resistência do ar, varia com o quadrado da velocidade. Depende da área, forma, comprimento do veículo 4. Pendente, subir ou descer uma encosta, independente da velocidade R=(Peso x G) / 100 Características Dinâmicas Resistência ao avanço 5. Resistência de curva (contacto das flanges com o interior do carril): 0.36 kgf por tonelada por grau de curvatura. Carro de 100 ton., curva de 2º: F=72 kgf Resistência total R = K 1 + K 2 x V + K 3 x V 2 + (Peso x G) / 100 Equação de Davis, os coeficientes dependem da aplicação 33
Características Dinâmicas Resistência ao avanço Exemplo, comboios de mercadorias (US) Rt = (1.3wn+29n) + bwnv + CAV 2 + 20wn*G Rt = força resistente (em libras...) w = peso por eixo (em tons: 1 ton=907kg) n = n.º de eixos V = velocidade (em mph) b = coeficiente de fricção: 0.03 locomotivas; 0.045 vagões C = Coeficiente de resistência aerodinâmica: 0.0017 locomotivas aerodinâmicas; 0.0025 locomotivas; 0.0005 vagões de carga; 0.00034 carruagens de passageiros A = Área frontal (pés quadrados): 120 locomotivas, 90 vagões de carga, 120 carruagens de passageiros G = Gradiente em % Características Dinâmicas Acelerações e desacelerações Típicas Coeficiente de fricção roda-estrada: 0,75 Coeficiente de fricção roda carril (metal-metal): 0,25 ->Taxas de aceleração muito mais baixas Intercidades~0,5m/s2 ->Pequenos declives Normalmente inferiores a 1% (2.5% em zonas montanhosas) 34
Características Dinâmicas Acelerações e desacelerações Típicas Baixa velocidade Comboio suburbano Vmáx~120km/h; Acelerações~0,6m/s 2 ; Declives<3.5%; Vméd~48km/h Metro (subterrâneo) Vmáx~100km/h; Acelerações~1,2m/s 2 ; Declives<4%; Vméd~36km/h Metro ligeiro de superfície Vmáx~80km/h; Acelerações~1,3m/s 2 ; Declives<5%; Vméd~20km/h Características Dinâmicas Acelerações e desacelerações Típicas Média/Alta velocidade 35
Características Dinâmicas Cargas por eixo Limitados pelas infra-estruturas da linha e tipo de serviço: Alta velocidade < 17ton Carga < 30ton EMU/DMU~20ton Parte VI Desempenho Energético e Ambiental 36
Consumos e Emissões Desempenho em situações reais Efeito global do uso de combustíveis Emissões atmosféricas Em função da taxa de ocupação kwh/km kwh/km.lugar kwh/km.passageiro kwh/ton.km Consumos e Emissões Urbanos e Suburbanos kwh Por km Por hora por 1000 lugar.km por 1000 passageiro.km Suburbano 7.9 321 48 300 Metro 4.8 179 38 202 Metro ligeiro 7 161 62 339 37
Consumos e Emissões Mercadorias Consumos e Emissões Média e Alta Velocidade 38
Consumos e Emissões Média e Alta Velocidade Potências, Consumos e Emissões E a produção de electricidade? 39
Integração dos Transportes Ferroviários na Europa Diferentes bitolas Europa central, alta velocidade: 1435 mm Península Ibérica: 1668 mm Métrica: 1000 mm Gabarit Sinalização Alimentação DC 750-3000 V AC 15000-25000 V, 50-60hz 40