XX Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI 2012-22 a 26 de outubro Rio de Janeiro - RJ - Brasil Augusto Teixeira de Albuquerque Alexandre de Barros Teixeira Universidade Federal do Ceará Universidade Federal de Minas Gerais augusto.albuquerque@ufc.br alexandre.tex@gmail.com Desenvolvimento de defensas acopladas aos postes de distribuição Palavras-chave Defensas Postes sistema de amortecimento Resumo Encontra-se disponível no meio técnico uma grande variedade de sistemas de amortecimento de impacto, tais como defensas para rodovias, piers, e, autódromos, porém não há um sistema de defensa específico para os postes de distribuição de energia elétrica. Todos os meses 22 postes, em média, são abatidos na cidade de Fortaleza, por acidentes automobilísticos, causando sérios danos aos passageiros dos veículos e um grande prejuízo para a qualidade da transmissão de energia. Há também uma série de perdas econômicas envolvidas, desde os sistemas de saúde pública, os custos diretos com a reposição dos postes e os custos indiretos devidos à cessão de fornecimento. Diante disso desenvolveu-se uma defensa plástica, preenchida com uma mistura de Poliuretano e raspa de pneu, acoplada ao poste que reduz em média 30% do impacto do carro, mitigando os danos físicos e materiais dos condutores e dos postes. A defensa apresenta fácil montagem e tem importante papel ecológico devido aos materiais utilizados. Neste trabalho apresentam-se todas as etapas de desenvolvimentos e os testes em campo. 1. Introdução Observa-se um crescente aumento no número de colisões (Tabela 1), por veículos desgovernados, contra os postes de transmissão de energia, principalmente após o ano de 2004, quando foram desativados na cidade de Fortaleza vários equipamentos de controle de velocidade. Essas colisões resultam em uma baixa na qualidade de fornecimento considerável, além de danos físicos aos passageiros dos veículos, muitos inclusive fatais. Ressalta-se ainda que a cessão de fornecimento temporária causa danos materiais aos consumidores residenciais e comerciais, e, prejudica a atividade de setores fundamentais do estado como hospitais, escolas, indústrias, semáforos etc, com custos indiretos não mensuráveis, como a perda de uma 1/9
paciente hospitalar eletro-dependente. Diante disso a COELCE produziu uma defensa anelar de concreto (Figura 1), preenchida com areia, para criar um amortecimento no ato da colisão, de forma que protegesse o poste e salvaguardasse o motorista produzindo desacelerações mais compatíveis ao corpo humano. Essas defensas foram instaladas em pontos estatisticamente reconhecidos como críticos da cidade e apresentaram um excelente resultado, diminuindo a parada de fornecimento e reduzindo a gravidade dos danos físicos dos passageiros dos veículos acidentados. (a) Defensa instalada (b) Poste com Defensa original após batida Figura 1 Defensa de concreto preenchida com areia Para buscar um respaldo teórico no funcionamento da defensa idealizada, a COELCE contratou uma empresa de engenharia, especializada em ensaios, para fazer testes de avaliação de desempenho, que constataram um amortecimento de aproximadamente 30% no impacto para veículos trafegando a uma 2/9
velocidade de 60 km/h. Ocorre que desde o ano de 2008 a Companhia vem sendo questionada por órgãos da prefeitura sobre os impactos estéticos e de acessibilidade, redução do passeio público, que as defensas de concreto estão provocando. A fim de solucionar o problema a COELCE sugere o desenvolvimento de uma defensa com menores dimensões, e, feita de material plástico, preenchida com material amortecedor, de forma que se continue garantindo o amortecimento das colisões, mas eliminem-se os impactos ambientais. Para isso formou-se um grupo de trabalho envolvendo a Universidade Federal do Ceará, através do departamento de Engenharia de Estruturas e Construção Civil Centro de Tecnologia, a Impacto Protensão, empresa detentora de várias patentes principalmente com materiais plásticos, e, a equipe de manutenção da COELCE, responsável pelo desenvolvimento da defensa de concreto e profunda conhecedora da logística dos postes. A COELCE possui na cidade de Fortaleza 139.592 postes instalados, dos quais apenas 2.000 têm defensas instaladas, com isso acredita-se que o desenvolvimento da defensa proposta neste projeto será de grande utilidade pública. Tem-se como objetivo deste projeto o desenvolvimento de uma defensa, de material reciclável, que tenha um mecanismo de amortecimento para reduzir os danos nos postes e os danos no veículo. Esta defensa deverá apresentar uma eficiência igual ou superior à defensa de concreto existente, do ponto de vista de proteção ao poste e aos passageiros, mas obedecendo as restrições de não causar impactos visuais e de acessibilidade nos passeios. É idéia deste projeto utilizar a defensa em material plástico com formato inovador, preenchido com material elástico, que implemente o mesmo efeito do amortecimento obtido com a defensa de concreto, porém com pequena intervenção urbana do ponto de vista da redução do passeio público. Para a redução da poluição visual procurou-se um design de forma mais harmônica possível, para perfeita integração com a cidade. Desenvolveu-se ainda uma lixeira acoplada a cada defensa, que será de grande utilidade pública. 2. Desenvolvimento Realizou-se inicialmente uma revisão bibliográfica sobre mecanismos de defensa, para rodovias e piers de atracação, contemplando também sistemas de amortecimento para a indústria automobilística, tais como air bag e desenvolvimento de para choques. 3/9
A segunda etapa do processo foi a imersão da equipe em reuniões de análise do problema e suas condições de contorno para indicação de possíveis soluções, onde foram levantadas várias idéias, que tiveram suas vantagens e desvantagens enumeradas (técnicas, econômicas e funcionais). Neste momento nenhuma idéia foi descartada e a junção das vantagens serviu como guia para a convergência de uma solução de consenso. Paradigma da modificação? projeto produzido a partir da combinação de espaço de busca conhecido, por meio de geração aleatória (ALTSHULLER, Criatividade em problemas de Engenharia ) Na seqüência desenvolveu-se um modelo matemático (Figuras 2 e 3) para simular o comportamento da alternativa escolhida. Nesta etapa foi feito o dimensionamento dos materiais, bem como a caracterização mecânica de algum deles. Image not readable or empty file:///c:\docume~1\almirb~1\config~1\temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.png Figura 2 Alternativa 1 modelada 4/9
Image not readable or empty file:///c:\docume~1\almirb~1\config~1\temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.png Figura 3 Alternativa 2 modelada Para simplificação da modelagem matemática, a análise dinâmica foi substituída por uma análise estática. Utilizou-se o software ABAQUS, e, traçaram-se gráficos de força e trabalho versus deformação, calculandose os esforços internos para verificar a resistência dos materiais da defensa. Após o dimensionamento da defensa serão construídos protótipos para testes em laboratório de ensaios mecânicos da UFC, e, após estes resultados preliminares serão montados os ensaios definitivos em postes instalados seguindo a mesma metodologia dos ensaios feitos originalmente para as defensas em concreto. ENSAIOS Para o ensaio considerou-se um automóvel de 1Tf a uma velocidade de 60km/h, que através das equações de conversão de energia, e, das equações de cálculo de velocidade para caracterização de acidentes, chegaramse aos seguintes valores para ensaios (Figura 4): a. Pêndulo de 2 tf; b. Altura de queda de 3,8 m; c. Pêndulo pendurado e içado a partir de 2 caminhões munck. 5/9
Figura 3 Montagem Ensaio Foram realizados ensaios para o poste sem defensa (Fig. 4), com a defensa original e com a defensa proposta. A defensa proposta foi montada com camada externa plástica e preenchida com PU e raspa de pneu 50% (Fig. 5). Mistura esta que se mostrou bastante eficiente devido à resistência implementada à defensa, conforme os ensaios de caracterização mecânica. (a) Poste sem defensa após batida 6/9
(b) Montagem defensa proposta Figura 4 Postes sem defensa após batidas, e, defensa proposta em montagem Observa-se que o poste sem defensa perde seu eixo, apresentando um deslocamento de aproximadamente 60 cm, e, tem a base destruída deixando as armaduras expostas, de forma que o poste só não tombou devido aos cabos de transmissão presos aos postes vizinhos. O poste com defensa em concreto, preenchida com areia, apresenta avarias, mas não perde seu eixo, nem sofre exposição das armaduras. Ressalta-se que no caso da ausência de defensa todo o impacto é absorvido pelo poste, enquanto com a defensa ocorre uma absorção de energia pela defensa, o que diminui o impacto para os passageiros. (a) Defensa proposta preenchida 7/9
(b) Defensa proposta após batida Figura 5 Defensa Proposta Percebe-se que a defensa proposta forneceu proteção semelhante à defensa de concreto (original), em que o poste apresenta avarias, mas não apresenta perda do eixo do postes, de forma que comprova que parte do impacto foi absorvido pelo mecanismo de amortecimento, implementado pela defensa. 3. Conclusões A defensa proposta atende aos requisitos ambientais e aos códigos de obras do Município, respeitando os passeios conforme orientação de acessibilidade. Apresentou uma capacidade de amortecimento adequada ao impacto estipulado, através do preenchimento de PU com raspa de pneu, que se mostrou o material mais adequado entre todas as misturas testadas previamente pela equipe de caracterização mecânica. A camada plástica externa garantiu uma boa resitência à tração, confinando bem o material de preenchimento. Observa-se ainda que a defensa é de fácil montagem e reposição, é confeccionada com plástico reciclado e raspa de pneu, que proporciona excelente desempenho ambiental, e, possui uma boa integração urbanística. 4. Referências bibliográficas CANDIAN, L. M. (2007).Estudo do polietileno de alta densidade reciclado para uso em elementos estruturais; http://www.makeitfrom.com/compare/?left=eva&right=gpps&prop=poissons_ratio; www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo10.pdf+modulo+de+elasticidade+borrachas+sint%c3%a9ticas; http://www.ctb.com.pt/?page_id=1596. 8/9
J. B. Azevedo et al/ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.4.1 (2009) 38-44; WRIGGERS, P. (2006) Computational Contact Mechanics. Springer. 9/9