Ferrovias: Simulação 3D com foco na aerodinâmica e economia de energia.
Você sabia que um trem nas ferrovias brasileiras se move a cerca de 27 km/h? Infelizmente, essa não é uma marca alta e está bem abaixo das registradas em outros países como os Estados Unidos, por exemplo, onde os trens circulam, em média, a 45 km/h.
Segundo os dados da ANTT (Agência Nacional de Transportes Terrestres), até 2016 a queda da velocidade dos trens variou entre 5% e 76%, ou seja, os números comprovam uma inconsistência avassaladora na operação.
Há uma série de problemas técnicos e gerenciais que podem ser apontados para explicar essa realidade. Um dos maiores problemas que podemos citar, e que nos colocam em posição de desvantagem, são as nossas estradas de ferro. Elas possuem uma série de gargalos que atrapalham a produtividade do transporte nacional.
Além disso, a falta de investimento na qualidade dos trilhos, curvas acentuadas marcadas pelo excesso de aclives e declives, invasões de faixas com a construção de moradias às margens das linhas férreas, cruzamentos exigidos pela urbanização com a passagem de nível e a falta de contornos ferroviários, que levam trens de carga e de passageiros a dividirem os mesmos trilhos, são algumas das problemáticas enfrentadas pelas empresas que operam no ramo da ferrovia no Brasil.
No entanto, existem melhorias ligadas ao conceito da indústria 4.0 que empresas do setor podem implementar e que são capazes de melhorar a performance e resultados finais de custos.
Redução do gasto energético
Certamente um engenheiro da área de ferrovias tem como uma de suas maiores preocupações a redução do gasto energético no transporte de cargas ou passageiros. Estudos como o da Southeastern Pennsylvania Transportation Authority demonstram que o investimento em soluções para melhoria da eficiência energética é necessário, pois a cada 500 milhões de quilowatt-hora produzidos, 8% são usados para energizar os trens e, deste total, 60% são gastos com energia cinética (movimento).
Na realidade dos metrôs esse assunto se tornou um importante tema de pesquisa, considerando que vagões que transportam passageiros no nosso país têm a maior superlotação do mundo, com média diária de 4,4 milhões de passageiros. O consumo de energia mensal médio é de 46,4 milhões de kWh/mês, sendo que 76,3% equivalem à operação de trens. Segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o número se equipara ao consumo médio mensal de 250 mil residências.
Buscando reduzir esse alto consumo, a Companhia do Metropolitano de São Paulo tem feito investimentos altíssimos, como a aquisição de motores de tração em corrente alternada que substituem o modelo de corrente contínua. Segundo as informações da companhia, a recuperação de energia gerada pela frenagem gera uma economia que varia de 25 a 30%.
Estudo de Aerodinâmica e análise de escoamento para trem de carga
A Tau Flow realizou um estudo para o setor ferroviário onde o requisito era melhorar a aerodinâmica através de defletores em locomotivas e vagões. O projeto teve como premissa reduzir os coeficientes de arrasto da composição.
A simulação computacional 3D gerou um diagnóstico mais preciso, permitindo uma análise detalhada do cenário e ajudou a direcionar melhor os investimentos que tinham foco no aumento de velocidade e otimização energética.
O ponto de partida do estudo foi a análise individual dos defletores (frontal, lateral e final), criando a partir daí 4 cenários de simulações, com e sem os defletores. Após essa avaliação inicial, foram realizadas mais 6 simulações em cenários compostos por diferentes configurações geométricas e de disposição dos defletores, levando em consideração as características técnicas dos itens inseridos, do ambiente e as características do ar.
Por fim, foi desenvolvido o modelo matemático que descreveu as características e padronizações adotadas que possibilitaram extrair as informações do coeficiente de arrasto gerado por cada defletor.
Com o sucesso nos resultados, outro estudo também pôde ser aplicado, porém com foco em ensaios aerodinâmicos em túnel de vento para composição ferroviária. Com a análise de escoamento nos túneis de vento foi possível melhorar os índices energéticos.
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