Apostila Mecânica de Locomotivas - PUC

5/22/2018 Apostila Mec nica de Locomotivas - PUC

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Mecnica deLocomotivas

Belo Horizonte - MG

2011


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Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais

IEC - Instituto de Educao Continuada

Mecnica de Locomotivas

Elaborado por:

Jos Luiz Borba

Coordenadores do Programa:

Jos Heleno Ferracioli Nunes

Paulo C. Barroso Magalhes

Belo Horizonte - MG

Maro 2011


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Prefcio

Feliz aquele que transfere o que

sabe e aprende o que ensina.

Cora Coralina


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Ps-Graduao em Engenharia Ferroviria Mecnica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: Jos Luiz Borba I

Sumrio

1 Dinmica Ferroviria ................................................................................... 11.1 Aderncia.................................................................................................... 21.1.1 Teoria da aderncia superficial .................................................................... 31.1.1.1 Fora de aderncia ...................................................................................... 51.1.1.2 Trao por aderncia .................................................................................. 91.1.1.3 Equao de Coulomb ................................................................................ 121.1.1.4 Patinagem ................................................................................................. 131.1.1.4.1 Causas da patinagem ................................................................................ 141.1.1.5 Demanda de aderncia na trao .............................................................. 151.1.2 Mecnica do contato roda-trilho ................................................................ 171.1.2.1 Geometria do contato roda-trilho .............................................................. 181.1.2.2 Clculo da rea de contato ........................................................................ 211.1.2.2.1 Exemplo .................................................................................................... 221.1.2.3 Aderncia disponvel ................................................................................. 231.1.2.4 Fatores que afetam o coeficiente de aderncia .......................................... 241.1.2.4.1 Efeito de cabragem ................................................................................... 261.1.2.4.1.1 Exemplo .................................................................................................... 281.1.2.4.2 Variao do coeficiente de aderncia com a velocidade ............................. 291.1.2.5 Efeitos da perda de aderncia na trao .................................................... 331.1.2.6 Aumento da aderncia .............................................................................. 341.1.2.6.1 Micro-escorregamentos - Creep............................................................... 361.2 Resistncia ao movimento ......................................................................... 391.2.1 Resistncias normais ................................................................................. 411.2.1.1 Atrito nos mancais .................................................................................... 421.2.1.2 Atrito de rolamento da roda ...................................................................... 431.2.1.3 Atrito proveniente das deformaes da via permanente ............................ 441.2.1.4 Resistncia do ar ....................................................................................... 451.2.1.5 Atrito nos aparelhos de choque e trao ................................................... 461.2.1.6 Efeitos das resistncias normais ................................................................ 481.2.1.6.1 Exemplo .................................................................................................... 501.2.1.7 Distncia percorrida por um veculo at parar ........................................... 511.2.1.7.1 Exemplo 1 ................................................................................................. 521.2.1.7.2 Exemplo 2 ................................................................................................. 53


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PUC MINAS - IEC / FCA Professor: Jos Luiz Borba II

1.2.1.8 Resistncia na partida ............................................................................... 541.2.1.9 Frmulas de Davis ..................................................................................... 561.2.2 Resistncias ocasionais ............................................................................. 611.2.2.1 Resistncia de rampa ................................................................................ 621.2.2.1.1 Exemplo .................................................................................................... 641.2.2.2 Sensibilidade ao perfil ............................................................................... 651.2.2.3 Resistncia de curvatura ............................................................................ 671.2.2.3.1 Solidariedade entre rodas e eixo ............................................................... 681.2.2.3.2 Rigidez dos truques .................................................................................. 701.2.2.3.3 Superlargura ............................................................................................. 731.2.2.4 Perfil compensado ..................................................................................... 741.2.2.4.1 Exemplo 1 ................................................................................................. 751.2.2.5 Rampa compensada .................................................................................. 761.2.2.5.1 Exemplo 2 ................................................................................................. 771.2.2.6 Perfil equivalente....................................................................................... 781.2.2.6.1 Exemplo .................................................................................................... 791.2.2.7 Superelevao ........................................................................................... 801.2.2.8 Resistncia devido acelerao do trem .................................................... 821.2.2.9 Movimentos parasitas ............................................................................... 841.2.2.9.1 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos X ........................................ 851.2.2.9.2 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos Y ........................................ 861.2.2.9.3 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos Z ........................................ 871.2.2.10 Comportamento mecnico dos veculos sobre os trilhos ........................... 881.2.2.11 Clculo do esforo resistente de um trem ................................................. 911.2.2.11.1 Exemplo .................................................................................................... 921.3 Fora de trao ....................................................................................... 1031.3.1 Fora de trao desenvolvida por uma locomotiva diesel-eltrica ............. 1061.3.1.1 Exemplo 1 ............................................................................................... 1091.3.1.2 Exemplo 2 ............................................................................................... 1101.3.1.3 Exemplo 3 ............................................................................................... 1111.3.1.4 Exemplo 4 ............................................................................................... 1121.3.2 Fora de trao na partida ....................................................................... 1131.3.2.1 Exemplo .................................................................................................. 1141.3.3 Curvas de esforo de trao de uma locomotiva diesel-eltrica ................ 1151.3.4 Fora de trao em marcha ..................................................................... 1191.3.4.1 Exemplo 1 ............................................................................................... 121


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PUC MINAS - IEC / FCA Professor: Jos Luiz Borba III

1.3.4.2 Exemplo 2 ............................................................................................... 1251.4 Fora de frenagem .................................................................................. 1291.4.1 Dinmica da frenagem ............................................................................ 1311.4.2 Fora de frenagem .................................................................................. 1331.4.3 As leis do atrito aplicadas frenagem ..................................................... 1351.4.4 Demanda de aderncia na frenagem ....................................................... 1362 Estrutura das locomotivas diesel-eltricas ............................................... 1372.1 Locomotivas diesel-eltricas .................................................................... 1382.2 Truques .................................................................................................. 1422.2.1 Conjunto motor/rodeiro .......................................................................... 1432.2.1.1 Eixo do rodeiro ....................................................................................... 1442.2.1.2 Rodas ..................................................................................................... 1452.2.1.3 Mancais .................................................................................................. 1462.2.1.4 Engrenamento ......................................................................................... 1492.2.1.4.1 Engrenagem ............................................................................................ 1502.2.1.4.2 Pinho .................................................................................................... 1512.2.1.4.3 Caixa de engrenagens ............................................................................. 1552.2.1.5 Mancal de apoio do motor de trao ....................................................... 1572.2.1.6 Tipos de Conjunto motor/rodeiro ........................................................... 1602.2.2 Estrutura do truque ................................................................................. 1612.2.3 Travessa flutuante (Bolster) ..................................................................... 1622.2.4 Travessa flutuante intermediria (Span bolster) ....................................... 1642.2.5 Montagem do conjunto motor/rodeiro no truque .................................... 1652.2.5.1 Amortecedor de nariz e queixo do motor de trao ................................. 1662.2.6 Suspenso .............................................................................................. 1672.2.6.1 Suspenso primria ................................................................................. 1682.2.6.2 Suspenso secundria ............................................................................. 1702.2.7 Timoneria de freio .................................................................................. 1712.2.7.1 Freio manual ........................................................................................... 1722.2.8 Areeiros .................................................................................................. 1732.2.9 Tipos de Truques .................................................................................... 1742.2.10 Classificao das locomotivas ................................................................. 1792.3 Plataforma .............................................................................................. 1812.3.1.1 Dutos de ar dos motores de trao ......................................................... 1862.3.2 Testeiras ................................................................................................. 187


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2.3.2.1 Caixa do aparelho de choque e trao ..................................................... 1882.3.2.2 Limpa Trilhos .......................................................................................... 1892.3.2.3 Engates ................................................................................................... 1902.3.2.4 Tomadas jumper ..................................................................................... 1922.3.3 Escadas ................................................................................................... 1932.4 Cabinas ................................................................................................... 1942.4.1 Cabina principal ...................................................................................... 1952.4.2 Cabina do motor diesel ........................................................................... 1972.4.3 Cabina do radiador de resfriamento ........................................................ 1982.4.4 Nmero de ordem ................................................................................... 1992.4.5 Faris ...................................................................................................... 2002.4.6 Tanque de combustvel ........................................................................... 2012.4.7 Reservatrio de ar ................................................................................... 2032.4.7.1 Secador de ar .......................................................................................... 2042.4.8 Buzina e sino .......................................................................................... 2052.5 Dimenses da locomotiva ....................................................................... 2062.5.1 Caractersticas da locomotiva .................................................................. 2082.5.2 Gabarito da ferrovia ................................................................................ 2092.5.2.1 Gabarito do corredor centro da FCA ........................................................ 2102.5.2.2 Gabarito da EFVM .................................................................................... 2113 Motor Diesel Ferrovirio .......................................................................... 2133.1 Introduo .............................................................................................. 2143.2 Princpio de funcionamento ..................................................................... 2153.3 Caractersticas ........................................................................................ 2173.3.1 Exemplos ................................................................................................ 2203.4 Partes principais ...................................................................................... 2213.4.1 Bloco ....................................................................................................... 2233.4.2 Crter ..................................................................................................... 2253.4.3 Eixo de manivelas eixo virabrequim ...................................................... 2263.4.4 Eixo de comando de vlvulas ................................................................... 2283.4.5 Conjunto de fora ................................................................................... 2303.4.5.1 Bielas ...................................................................................................... 2323.4.5.2 Pisto ...................................................................................................... 2333.4.5.3 Anis ...................................................................................................... 235


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PUC MINAS - IEC / FCA Professor: Jos Luiz Borba V

3.4.5.4 Camisa .................................................................................................... 2363.4.5.5 Cabeote ................................................................................................. 2383.4.5.6 Vlvulas .................................................................................................. 2403.4.5.7 Balancins ................................................................................................ 2413.4.5.8 Ponte de vlvulas .................................................................................... 2423.5 Ciclos de trabalho ................................................................................... 2433.5.1 Motor de quatro tempos ......................................................................... 2453.5.2 1 tempo Admisso .............................................................................. 2473.5.3 2 tempo Compresso .......................................................................... 2493.5.4 3 tempo - Expanso ou tempo motor ..................................................... 2513.5.5 4 tempo Escape ................................................................................... 2523.5.6 4 tempo Lavagem................................................................................ 2543.5.7 Motor de dois tempos ............................................................................. 2563.5.7.1 1 Tempo - Admisso e lavagem ............................................................. 2583.5.7.2 1 Tempo Compresso ......................................................................... 2593.5.7.3 2 tempo - Combusto ............................................................................ 2603.5.7.4 2 Tempo Escape .................................................................................. 2623.6 Sistemas do motor diesel ........................................................................ 2633.6.1 Sistema de leo lubrificante .................................................................... 2653.6.1.1 Lubrificao ............................................................................................ 2663.6.1.2 Funo do lubrificante ............................................................................ 2673.6.1.3 Funcionamento do sistema de leo lubrificante ....................................... 2683.6.2 Sistema de arrefecimento ........................................................................ 2733.6.2.1 Funcionamento ....................................................................................... 2743.6.3 Sistema de ar de admisso ...................................................................... 2823.6.3.1 Motores soprados ................................................................................... 2833.6.3.2 Motores turbo alimentados ..................................................................... 2843.6.3.2.1 Descrio ................................................................................................ 2853.6.3.3 Sistema de lubrificao do turbo alimentador .......................................... 2913.6.4 Sistema de exausto ............................................................................... 2933.6.5 Sistema de combustvel ........................................................................... 2943.6.5.1 Injetores de combustvel ......................................................................... 2983.6.5.2 Governador e controle da rotao do motor diesel .................................. 3013.6.5.3 Equipamentos de proteo do motor diesel ............................................. 3083.6.5.4 Conjunto detector de baixo nvel de gua e baixa presso no crter ....... 3133.6.5.5 Sistema de injeo eletrnica .................................................................. 316


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4 Sistema de Transmisso Eltrica .............................................................. 3194.1 Introduo .............................................................................................. 3204.2 Tipos de locomotivas diesel-eltricas ...................................................... 3294.2.1 Gerador de trao ................................................................................... 3304.2.2 Circuito de controle de excitao e potncia ........................................... 3314.3 Locomotiva diesel-eltrica do tipo DC-DC gerador principal .................. 3364.3.1 Gerador principal .................................................................................... 3384.4 Locomotiva diesel-eltrica do tipo DC-DC excitatriz+gerador ................ 3424.4.1 Excitatriz ................................................................................................. 3434.4.2 Gerador principal .................................................................................... 3444.4.3 Circuito de controle de excitao e potncia ........................................... 3454.5 Locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC excitatriz+alternador ............ 3474.5.1 Alternador principal ................................................................................ 3484.5.2 Retificador .............................................................................................. 3514.6 Locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC alternador+alternador ........... 3574.6.1 Alternador auxiliar .................................................................................. 3584.6.2 Gerador de trao em corrente alternada ................................................ 3604.6.3 Sistema de proteo por rel de terra ...................................................... 3614.7 Locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC microprocessada ..................... 3634.7.1 Circuito microprocessado de controle de excitao e potncia ................ 3644.7.2 Microcomputadores principais ................................................................ 3674.7.3 Painis de display do operador ................................................................ 3714.7.4 Governador eletrnico e injeo eletrnica .............................................. 3734.8 Locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC-AC ........................................... 3745 Motores Eltricos de Trao .................................................................... 3775.1 Introduo .............................................................................................. 3785.2 Motores em corrente contnua ................................................................. 3815.2.1 Estator .................................................................................................... 3825.2.2 Rotor ....................................................................................................... 3865.2.3 Motor em corrente contnua com excitao srie ..................................... 3915.2.3.1 Conjugado no eixo do motor................................................................... 3925.2.3.2 Esforo de trao no rodeiro ................................................................... 3965.2.3.3 Esforo de trao da locomotiva .............................................................. 398


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5.2.4 Sentido de rotao do motor de trao .................................................... 4015.2.5 Ligao dos motores de trao ................................................................ 4025.2.5.1 Ligao dos motores de trao em paralelo ............................................. 4035.2.5.2 Ligao dos motores de trao em srie-paralelo .................................... 4045.2.5.3 Transio ................................................................................................ 4055.3 Frenagem eltrica ................................................................................... 4115.3.1 Frenagem regenerativa ............................................................................ 4125.3.2 Frenagem dinmica ................................................................................. 4135.3.3 Fora de frenagem dinmica ................................................................... 4165.3.4 Frenagem dinmica de faixa estendida .................................................... 4215.4 Perfil trmico dos motores de trao ....................................................... 4245.5 Motores em corrente alternada ............................................................... 4285.5.1 Motor de induo .................................................................................... 4305.5.1.1 Estator .................................................................................................... 4315.5.1.2 Rotor ...................................................................................................... 4325.5.1.3 Campo magntico girante ....................................................................... 4335.5.1.4 Velocidade Sncrona ................................................................................ 4365.5.1.5 Escorregamento ...................................................................................... 4375.5.1.5.1 Exemplo .................................................................................................. 4385.5.1.6 Curva conjugado x velocidade ................................................................. 4395.5.2 Controle de velocidade do motor de induo .......................................... 4405.5.3 O inversor ............................................................................................... 4455.5.3.1 Inversor trifsico em ponte ..................................................................... 4475.5.3.2 Sequncia de acionamento das chaves estticas ...................................... 4485.5.3.3 Escolha do modo de comando das chaves estticas ................................. 4555.5.4 Chaves estticas eletrnicas .................................................................... 4625.5.4.1 Comparao dos dispositivos semicondutores de potncia ..................... 4645.5.4.2 O IGBT .................................................................................................... 4665.5.4.2.1 Estrutura fsica ........................................................................................ 4685.5.4.3 IGBT comercial ........................................................................................ 4695.5.5 Aplicao do IGBT no inversor de tenso imposta.................................... 4725.5.6 Motor de induo trifsico alimentado por um inversor ........................... 4745.5.6.1 Acionamento do motor de induo com inversores de tenso

constante ................................................................................................ 4765.5.7 Controle vetorial ..................................................................................... 482


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5.5.8 Sentido de rotao .................................................................................. 4855.5.9 Frenagem dinmica ................................................................................. 4865.5.10 Motor em corrente contnua ou em corrente alternada? ........................... 4915.5.10.1 Porque no se adota o motor de trao em corrente alternada ................ 4925.5.10.2 Porque se deve adotar o motor em corrente alternada ............................. 4936 Modos de Trao ..................................................................................... 4976.1 Tipos de servio ...................................................................................... 4986.2 Locomotivas de manobra ........................................................................ 4996.2.1 Locomotivas hbridas .............................................................................. 5006.2.1.1 Vantagens ............................................................................................... 5026.2.2 Locomotivas adaptadas ........................................................................... 5036.2.2.1 Definies ............................................................................................... 5046.2.2.2 Composio ............................................................................................ 5066.2.2.3 Vantagens ............................................................................................... 5086.2.2.4 Consideraes gerais .............................................................................. 5096.3 Operao em trao mltipla................................................................... 5116.3.1 Operao em trao mltipla com locomotivas de diferentes tipos .......... 5126.3.2 Exemplo .................................................................................................. 5136.4 Controlador automtico de potncia CAP .............................................. 5146.4.1 Descrio do funcionamento ................................................................... 5166.4.2 Vantagens e desvantagens ...................................................................... 5196.4.3 Algoritmo de controle ............................................................................. 5206.5 Trao distribuda ................................................................................... 5226.5.1 Como funciona ........................................................................................ 5286.5.2 Trao mltipla x Trao distribuda ....................................................... 5296.5.3 Performance da trao distribuda ........................................................... 5316.5.3.1 Ganhos em curvas ................................................................................... 5326.5.3.2 Ganhos em rampas ................................................................................. 5336.5.3.3 Ganhos no Desmembramento ................................................................. 5346.5.3.4 Ganhos nos tempos de operao ............................................................. 5356.5.3.5 Ganhos nos custos de operao .............................................................. 5366.5.3.6 Ganho no consumo de combustvel ......................................................... 5376.5.4 Processo de Linkagem .......................................................................... 5386.5.4.1 Operao em tneis ................................................................................ 5406.5.4.2 Problemas ............................................................................................... 541


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6.5.5 Locotrol .................................................................................................. 5436.5.5.1 Descrio funcional ................................................................................. 5446.5.5.2 Descrio operacional ............................................................................. 5467 Referncia Bibliogrficas ......................................................................... 5477.1 Livros ...................................................................................................... 5487.2 Apostilas e notas de aula ........................................................................ 5507.3 Cursos e seminrios ................................................................................ 5527.4 Monografias e Teses ............................................................................... 5537.5 Artigos .................................................................................................... 555

7.6

Informaes tcnicas .............................................................................. 557

7.7 Manuais .................................................................................................. 5587.8 Instrues de manuteno - MI ................................................................ 5607.9 Normas Tcnicas ..................................................................................... 5637.10 Sites ........................................................................................................ 565


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FigurasFigura 1.1 Rodas de ao que rolam sobre trilhos de ao ............................................ 2Figura 1.2 Superfcie rugosa ...................................................................................... 3Figura 1.3 Corpo metlico em repouso sobre uma superfcie horizontal .................... 3Figura 1.4 Pontos de contato ..................................................................................... 3Figura 1.5 A roda metlica cilndrica desliza sobre uma superfcie horizontal ............ 5Figura 1.6 A velocidade linear de cada partcula da roda ............................................ 5Figura 1.7 A roda metlica cilndrica rola sobre uma superfcie horizontal ................. 6Figura 1.8 A roda est girando em torno de um eixo perpendicular ........................... 6Figura 1.9 Velocidade linear de cada partcula da roda............................................... 6Figura 1.10 Fora de atrito cintico.............................................................................. 7Figura 1.11 Fora de aderncia .................................................................................... 7Figura 1.12 Efeito do deslizamento da roda ................................................................. 8Figura 1.13 Roda apoiada sobre o trilho no ponto de contato ................................... 9Figura 1.14 equilibrado pela reao de apoio ................................................... 9Figura 1.15 Aplicao do conjugado motor .......................................................... 10Figura 1.16 Decomposio do conjugado motor ........................................................ 10Figura 1.17 Sentido de deslocamento ........................................................................ 11Figura 1.18 Fora resistente .................................................................................. 11Figura 1.19 Fora de aderncia .................................................................................. 11Figura 1.20 Fora de trao capaz de colocar o rodeiro em movimento ..................... 13Figura 1.21 Heinrich Rudolf Hertz .............................................................................. 17Figura 1.22 Elipse de Hertz ........................................................................................ 18Figura 1.23 Contato roda-trilho ................................................................................. 18Figura 1.24 Roda em contato com o trilho sem nenhuma carga ................................. 19Figura 1.25 Roda em contato com o trilho com carga ................................................ 19Figura 1.26 Deslocamento da rea de aderncia ........................................................ 20Figura 1.27 Locomotiva estacionria .......................................................................... 26Figura 1.28 Locomotiva puxando o trem.................................................................... 26Figura 1.29 Distribuio de carga nos eixos .............................................................. 27Figura 1.30 Contato roda-trilho com a roda em movimento ....................................... 29Figura 1.31 Variao da aderncia com a velocidade segundo Parodi ......................... 30Figura 1.32 Variao da aderncia com a velocidade segundo Curtius e Kniffler ........ 31Figura 1.33 Variao da aderncia com a velocidade segundo a ABA ......................... 32Figura 1.34 Calo de roda ........................................................................................... 33


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Figura 1.35 Desgastes anormais nos trilhos ............................................................... 33Figura 1.36 Sistema de areeiros ................................................................................. 34Figura 1.37 Bico do areeiro ........................................................................................ 34Figura 1.38 Areia utilizada no sistema de areeiros ..................................................... 35Figura 1.39 Deslocamento da rea de aderncia at o centro da superfcie de

contato ................................................................................................... 36Figura 1.40 Deslocamento da rea de aderncia aps ultrapassar o centro da

superfcie de contato ............................................................................... 37Figura 1.41 Curvas de creep sob vrias condies dos trilhos.................................. 37Figura 1.42 Resistncia ao movimento ....................................................................... 39Figura 1.43 Foras aplicadas sobre os mancais .......................................................... 42Figura 1.44 Foras aplicadas sobre os rolos do rolamento ......................................... 42Figura 1.45 Deformao do trilho devida a carga no eixo ........................................... 43Figura 1.46 Deformao do trilho entre dois dormentes ............................................ 44Figura 1.47 Deformao do trilho causada pela resilincia do leito ferrovirio ........... 44Figura 1.48 Volume de ar a ser deslocado .................................................................. 45Figura 1.49 Engates ligando duas locomotivas e ligando uma locomotiva e um

vago ...................................................................................................... 46Figura 1.50 Pinagem do engate no aparelho de choque e trao ................................ 46Figura 1.51 Trao animal com tren ......................................................................... 48Figura 1.52 Trao animal com carroa...................................................................... 48Figura 1.53 Plano inclinado ........................................................................................ 62Figura 1.54 Plano inclinado ........................................................................................ 65Figura 1.55 Trem se deslocando num trecho em curva .............................................. 67Figura 1.56 Ataque de um rodeiro aos trilhos na curva .............................................. 68Figura 1.57 Truque rgido .......................................................................................... 70Figura 1.58 Ataque do truque rgido aos trilhos na curva ........................................... 70Figura 1.59 Dimenses dos truques rgidos ............................................................... 70Figura 1.60 Ataque do truque rgido aos trilhos na curva ........................................... 71Figura 1.61 Ataque do truque de inscrio radial aos trilhos na curva ........................ 71Figura 1.62 Perfil da ferrovia sob o trem .................................................................... 79Figura 1.63 Via ferroviria estabelecida num plano horizontal ................................... 80Figura 1.64 Superelevao ......................................................................................... 80Figura 1.65 O vago e os trs eixos de liberdade ....................................................... 84Figura 1.66

Movimento de auto-excitao de um rodeiro ........................................... 88

Figura 1.67 Curvas dos esforos normais do trem com vago vazio ........................... 97


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Figura 1.68 Curvas dos esforos normais do trem com vago carregado ................... 97Figura 1.69 Curvas de esforos ocasionais do trem com vago carregado .................. 99Figura 1.70 Deslocamento do corpo provocado por uma fora ............................. 103Figura 1.71 Fora de trao aplicada ao eixo de um rodeiro .................................... 104Figura 1.72 Fora de trao ..................................................................................... 104Figura 1.73 Cadeia de transferncia da potncia disponvel ..................................... 106Figura 1.74 Curva de esforo de trao x velocidade ............................................... 115Figura 1.75 Curvas de esforo de trao x velocidade .............................................. 116Figura 1.76 Curvas de esforo de trao x Velocidade por ponto de acelerao ....... 117Figura 1.77 Limite estabelecido pela aderncia disponvel ....................................... 118Figura 1.78 Curvas de esforo de trao e de resistncia ao movimento .................. 119Figura 1.79 Pontos notveis ..................................................................................... 120Figura 1.80 Grficos da trajetria e dos pontos de acelerao da locomotiva ........... 121Figura 1.81 Operao do trem ................................................................................. 122Figura 1.82 Curva de velocidade desenvolvida pela locomotiva ................................ 124Figura 1.83 Grficos da trajetria e dos pontos de acelerao da locomotiva ........... 125Figura 1.84 Operao do trem ................................................................................. 126Figura 1.85 Curva de velocidade desenvolvida pela locomotiva ................................ 128Figura 1.86 Fora de frenagem .................................................................................... 129Figura 1.87 Sistema de freio pneumtico ................................................................. 129Figura 1.88 Fora de inrcia .................................................................................... 131Figura 1.89 Fora de frenagem ................................................................................ 131Figura 1.90 Calo de roda ......................................................................................... 134Figura 2.1 Locomotiva diesel-mecnica .................................................................. 138Figura 2.2 Distribuio percentual da frota mundial de locomotivas diesel ............ 139Figura 2.3 Locomotiva de passageiros Zephyr ........................................................ 140Figura 2.4 Locomotiva diesel-eltrica ..................................................................... 140Figura 2.5 Locomotiva diesel-eltrica em corte ...................................................... 141Figura 2.6 Eixo do rodeiro ..................................................................................... 144Figura 2.7 Rodas ................................................................................................... 145Figura 2.8 Processo de usinagem da roda num torno de subsolo ........................... 145Figura 2.9 Caixa do Rolamento .............................................................................. 146Figura 2.10 Gaiola e rolos cilndricos ....................................................................... 146Figura 2.11 Rolamento tipo cartucho ....................................................................... 147Figura 2.12 Vista em corte do rolamento tipo cartucho ............................................ 147Figura 2.13 Vista parcial do rolamento tipo cartucho ............................................... 147


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Figura 2.14 Caixa do rolamento ............................................................................... 148Figura 2.15 Pinho e engrenagem ............................................................................ 149Figura 2.16 Engrenagem .......................................................................................... 150Figura 2.17 Mtodo de medio da folga da engrenagem ........................................ 150Figura 2.18 Pinhes de 18 e de 13 dentes ............................................................... 151Figura 2.19 Pinho instalado na ponta do eixo do motor de trao .......................... 151Figura 2.20 Desgastes dos dentes do pinho por falta de lubrificao ..................... 152Figura 2.21 Pinhes com dente quebrado ................................................................ 152Figura 2.22 Pinho cortado devido ao travamento do rolamento do motor ............... 152Figura 2.23 Pinho trincado ..................................................................................... 153Figura 2.24 Pinho avariado ..................................................................................... 153Figura 2.25 Eixo do motor quebrado ....................................................................... 153Figura 2.26 O pinho possui dentes ligeiramente cnicos ........................................ 154Figura 2.27 Pinho integrado ................................................................................... 154Figura 2.28 As duas metades da caixa de graxa ....................................................... 155Figura 2.29 Caixa de graxa completa ....................................................................... 155Figura 2.30 Anel de vedao da caixa de graxa ........................................................ 155Figura 2.31 Motor com mancais de apoio de frico ................................................ 157Figura 2.32 Alojamento do mancal de apoio de frico ............................................ 157Figura 2.33 Casquilhos dos mancais de apoio de frico .......................................... 157Figura 2.34 Escova de lubrificao do mancal .......................................................... 158Figura 2.35 Reservatrio de leo ............................................................................. 158Figura 2.36 Motor com mancal de rolamentos ......................................................... 158Figura 2.37 Tubo U .................................................................................................. 159Figura 2.38 Montagem de um conjunto de frico ................................................... 160Figura 2.39 Montagem de um conjunto de rolamentos ............................................ 160Figura 2.40 Estrutura de um truque ......................................................................... 161Figura 2.41 Formas de truque .................................................................................. 162Figura 2.42 Chapas de desgaste .............................................................................. 162Figura 2.43 Prato ..................................................................................................... 163Figura 2.44 Spanbolster ........................................................................................... 164Figura 2.45 Ampara-balano do spanbolster ............................................................ 164Figura 2.46 Conjunto motor/rodeiro montado no truque ......................................... 165Figura 2.47 Nariz e queixo do motor de trao ........................................................ 166Figura 2.48

Amortecedor do nariz e queixo ............................................................. 166

Figura 2.49 Motor detrao apoiado sobre o coxim ................................................. 166


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Figura 2.50 Suspenso primria ............................................................................... 168Figura 2.51 Amortecedores telescpicos .................................................................. 169Figura 2.52 Molas helicoidais e coxins de borracha e ao ........................................ 170Figura 2.53 Ampara-balano do bolster ................................................................... 170Figura 2.54 Cilindro e timoneria de freio ................................................................. 171Figura 2.55 Ajustador de freio da locomotiva........................................................... 171Figura 2.56 Freio de mo ......................................................................................... 172Figura 2.57 Corrente diretamente ligada ao mecanismo de freio .............................. 172Figura 2.58 Caixa de areia ....................................................................................... 173Figura 2.59 Areia soprada atravs do bico do areeiro............................................... 173Figura 2.60 Bico do areeiro ...................................................................................... 173Figura 2.61 Truque B ............................................................................................... 174Figura 2.62 Truque C ............................................................................................... 174Figura 2.63 Truque D .............................................................................................. 174Figura 2.64 Truque D .............................................................................................. 175Figura 2.65 Truque rgido ........................................................................................ 175Figura 2.66 Truque articulado ................................................................................. 175Figura 2.67 Truque de alto desempenho para locomotiva DC .................................. 176Figura 2.68 Truque de alto desempenho para locomotiva AC ................................... 176Figura 2.69 Truque de alto desempenho para locomotiva chinesa ........................... 177Figura 2.70 1- Pino central; 2- Pino luva de trao; 3- Pino juno de trao; 4-

Haste do lao da trao; 5- Castanha..................................................... 177Figura 2.71 Truque de alta performance .................................................................. 178Figura 2.72 Truque radial ........................................................................................ 178Figura 2.73 Locomotiva B ........................................................................................ 179Figura 2.74 Locomotivas C ...................................................................................... 179Figura 2.75 Locomotiva D ........................................................................................ 179Figura 2.76 Locomotiva BoBo ................................................................................... 180Figura 2.77 Plataforma ............................................................................................ 181Figura 2.78 Detalhes da viga principal ..................................................................... 182Figura 2.79 Detalhes da plataforma ......................................................................... 183Figura 2.80 Conjunto prato pio .............................................................................. 184Figura 2.81 Viga agulha ........................................................................................... 184Figura 2.82 Olhais de iamento e utilizao dos macacos ........................................ 185Figura 2.83

Descarga de locomotivas no porto ........................................................ 185

Figura 2.84 Sada para o duto dear .......................................................................... 186


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Figura 2.85 Duto de ar ............................................................................................. 186Figura 2.86 Testeiras ............................................................................................... 187Figura 2.87 Equipamentos instalados na testeira ..................................................... 187Figura 2.88 Aparelho de choque e trao ................................................................. 188Figura 2.89 Bolsa do aparelho de choque e trao ................................................... 188Figura 2.90 Limpa-trilhos ......................................................................................... 189Figura 2.91 Engates ................................................................................................. 190Figura 2.92 Chapa de desgaste do engate ................................................................ 190Figura 2.93 Acoplamento de uma locomotiva a um vago ........................................ 190Figura 2.94 Curva de raio muito pequeno e levantamento da roda ........................... 191Figura 2.95 Cabo jumper ......................................................................................... 192Figura 2.96 Tomada jumper ..................................................................................... 192Figura 2.97 Escadas ................................................................................................. 193Figura 2.98 Cabina principal .................................................................................... 195Figura 2.99 Pedestal de controle lateral ................................................................... 196Figura 2.100 Pedestal de controle frontal ................................................................... 196Figura 2.101 Cabina do motor diesel ......................................................................... 197Figura 2.102 Capota da cabina do motor diesel ......................................................... 197Figura 2.103 Cabina dos radiadores de resfriamento ................................................. 198Figura 2.104 Nmero de ordem ................................................................................. 199Figura 2.105 Faris .................................................................................................... 200Figura 2.106 Ditch light ............................................................................................. 200Figura 2.107 Tanque de combustvel localizado entre os truques .............................. 201Figura 2.108 Tanque de combustvel ......................................................................... 201Figura 2.109 Visor de nvel ........................................................................................ 201Figura 2.110 Quebra ondas ....................................................................................... 202Figura 2.111 Dreno do tanque de combustvel ........................................................... 202Figura 2.112 Janelas de inspeo do tanque de combustvel ...................................... 202Figura 2.113 Cilindro de freio instalado sobre e a frente do tanque de

combustvel .......................................................................................... 203Figura 2.114 Secador de ar ........................................................................................ 204Figura 2.115 Buzina ................................................................................................... 205Figura 2.116 Sino ...................................................................................................... 205Figura 2.117 Vistas lateral, frontal e traseira de uma locomotiva ............................... 206Figura 2.118

Dimenses da locomotiva ..................................................................... 207

Figura 2.119 Dispositivo de verificao de inscrio no gabarito ................................ 209


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Figura 2.120 Gabarito do Corredor Centro da FCA ..................................................... 210Figura 2.121 Gabarito da EFVM .................................................................................. 211Figura 3.1 Motor patenteado por Rudolf Diesel ...................................................... 214Figura 3.2 Motor de pequeno porte em corte ......................................................... 221Figura 3.3 Motor de dois tempos em corte ............................................................ 222Figura 3.4 Motor de quatro tempos em corte ......................................................... 222Figura 3.5 Bloco em chapas de ao soldadas.......................................................... 224Figura 3.6 Bloco em ferro fundido cinzento ........................................................... 224Figura 3.7 Tipos de crter ...................................................................................... 225Figura 3.8 Eixos virabrequim de duas sees ......................................................... 226Figura 3.9 Mancais fixos ........................................................................................ 226Figura 3.10 Casquilho com desgaste ....................................................................... 227Figura 3.11 Excntricos do eixo de comando de vlvulas ......................................... 228Figura 3.12 Segmentos de eixos de comando de vlvulas ........................................ 228Figura 3.13 Componentes do conjunto de fora....................................................... 230Figura 3.14 Conjunto de fora completo de um motor de dois tempos .................... 230Figura 3.15 Conjunto de fora em corte de um motor de quatro tempos ................. 231Figura 3.16 Conjuntos de fora sendo montados no bloco de um motor .................. 231Figura 3.17 Biela mestra e biela articulada ............................................................... 232Figura 3.18 Biela garfo e biela faca .......................................................................... 232Figura 3.19 Vista da saia e da coroa do pisto ......................................................... 233Figura 3.20 Vista da saia e da coroa do pisto ......................................................... 233Figura 3.21 Carregador............................................................................................ 234Figura 3.22 Posicionamento dos anis de segmento ................................................ 235Figura 3.23 Camisa de um motor de dois tempos .................................................... 236Figura 3.24 Camisa de um motor de quatro tempos ................................................ 237Figura 3.25 Vista das partes superior e inferior do cabeote .................................... 238Figura 3.26 Vista interna do cabeote ...................................................................... 238Figura 3.27 Fixao dos conjuntos de fora no bloco ............................................... 239Figura 3.28 Vlvulas ................................................................................................ 240Figura 3.29 Balancins .............................................................................................. 241Figura 3.30 Ponte de vlvulas .................................................................................. 242Figura 3.31 Ponte vlvulas instalada no motor ......................................................... 242Figura 3.32 Diagrama presso x volume do ciclo de trabalho de um motor diesel

ideal ..................................................................................................... 243Figura 3.33 Ciclo de trabalho de um motor de quatro tempos ................................. 245


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Figura 3.34 Esquemtico do cilindro de um motor de quatro tempos ....................... 245Figura 3.35 ngulos de giro do eixo virabrequim de um motor de quatro tempos ... 246Figura 3.36 O pisto est em seu movimento descendente a do PMI .................. 247Figura 3.37 O pisto atingiu seu PMI ........................................................................ 247Figura 3.38 O pisto est em seu movimento ascendente a do PMI .................... 248Figura 3.39 A vlvula de admisso fechada ........................................................... 249Figura 3.40 O pisto comprime a ar contido no cilindro ........................................... 249Figura 3.41 O injetor pulveriza combustvel no cilindro ........................................... 250Figura 3.42 Nos motores com EFI a injeo do combustvel se d a partir de

antes do PMS ........................................................................................ 250Figura 3.43 O combustvel queima-se espontaneamente .......................................... 251Figura 3.44 Os gases expandem-se e empurram o pisto para baixo ....................... 251Figura 3.45 A vlvula de escape aberta a do PMI ............................................. 252Figura 3.46 O pisto inicia um novo movimento ascendente .................................... 252Figura 3.47 O pisto em seu movimento ascendente expulsa os gases residuais

da combusto ....................................................................................... 253Figura 3.48 A vlvula de admisso aberta a antes do PMS ............................... 254Figura 3.49 Os resduos da combusto so expulsos para fora do cilindro ............... 254Figura 3.50 Novo ciclo de trabalho iniciado ........................................................... 255Figura 3.51 Ciclo de trabalho de um motor de dois tempos ..................................... 256Figura 3.52 Esquemtico do cilindro de um motor de dois tempos .......................... 256Figura 3.53 ngulos de giro do eixo virabrequim de um motor de dois tempos ....... 257Figura 3.54 O pisto est no PMI ............................................................................. 258Figura 3.55 As janelas so fechadas e o ar comea a ser comprimido ...................... 259Figura 3.56 O combustvel pulverizado ................................................................. 260Figura 3.57 O combustvel queima-se espontaneamente .......................................... 260Figura 3.58 Os gases expandem-se e empurram o pisto para baixo ....................... 261Figura 3.59 As vlvulas de escape so abertas ......................................................... 262Figura 3.60 Novo ciclo de trabalho iniciado ........................................................... 262Figura 3.61 Sistemas do motor diesel ...................................................................... 263Figura 3.62 Esquemtico do sistema de leo lubrificante ......................................... 268Figura 3.63 Vareta de medio do nvel de leo no crter ........................................ 268Figura 3.64 Esquemtico do circuito de leo lubrificante ......................................... 269Figura 3.65 Esquemtico do sistema de arrefecimento ............................................. 274Figura 3.66

Bomba centrfuga .................................................................................. 274

Figura 3.67 Bancos de radiadores de resfriamento ................................................... 275


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Figura 3.68 Cabina dos Radiadores de resfriamento ................................................ 275Figura 3.69 Banco de radiadores com venezianas operadas automaticamente ......... 276Figura 3.70 Ventilador com acoplamento eletro-hidrulico ....................................... 277Figura 3.71 Ventilador com acoplamento eletromagntico ....................................... 278Figura 3.72 Ventilador acionado por motor eltrico ................................................. 279Figura 3.73 Conjunto de chaves termostticas ......................................................... 279Figura 3.74 Sensor de temperatura em estado slido ............................................... 280Figura 3.75 Controle eletrnico de acionamento dos ventiladores............................ 280Figura 3.76 Gradadores de tenso ........................................................................... 281Figura 3.77 Soprador e turbo alimentador ............................................................... 282Figura 3.78 Soprador de ar de admisso .................................................................. 283Figura 3.79 Rotor do soprador ................................................................................. 283Figura 3.80 Esquemtico do sistema de ar de admisso de um motor turbo

alimentado ............................................................................................ 284Figura 3.81 Filtro de inrcia ..................................................................................... 285Figura 3.82 Tubo purificador de ar .......................................................................... 285Figura 3.83 Filtros sacola ......................................................................................... 286Figura 3.84 Conjunto do rotor ................................................................................. 287Figura 3.85 Turbina acionada por um sistema de engrenagens ................................ 288Figura 3.86 Conjunto da carcaa do soprador .......................................................... 289Figura 3.87 Resfriador intermedirio ....................................................................... 289Figura 3.88 Colmeia do resfriador intermedirio ...................................................... 290Figura 3.89 Esquemtico do circuito de lubrificao da turbina ................................ 291Figura 3.90 Sistema de escape ................................................................................. 293Figura 3.91 Esquemtico do sistema de combustvel ............................................... 295Figura 3.92 Bomba de transferncia de combustvel ................................................ 295Figura 3.93 Visor de retorno .................................................................................... 296Figura 3.94 Bicos injetores e bombas injetoras ........................................................ 297Figura 3.95 Injetor de combustvel .......................................................................... 298Figura 3.96 Vista interna do injetor de combustvel ................................................. 298Figura 3.97 Governador de locomotivas GE e EMD ................................................... 301Figura 3.98 Diagrama interno do governador........................................................... 303Figura 3.99 Diagrama simplificado do governador ................................................... 304Figura 3.100 Solenoides A, B, C e D e o solenoide de sobre passagem O ................... 305Figura 3.101

Conjunto do servomotor e o potencimetro .......................................... 306

Figura 3.102 Conjunto detector de baixo nvel de gua e baixa presso no crter ..... 313


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Figura 3.103 Diagrama bsico do sistema EFI de uma locomotiva Dash ..................... 316Figura 3.104 Painel eletrnico do sistema EFI ............................................................ 317Figura 3.105 Sensores de rotao e posio do eixo virabrequim............................... 318

Figura 4.1 Sistema Ward-Leonard ........................................................................... 320Figura 4.2 Sistema Ward-Leonard acionado por um Motor Diesel ........................... 322Figura 4.3 Locomotiva diesel-eltrica ..................................................................... 322Figura 4.4 Cadeia de transmisso de energia de uma locomotiva diesel-eltrica ..... 323Figura 4.5 Curvas de conjugado e potncia ............................................................ 324Figura 4.6 Malha mecnica .................................................................................... 325Figura 4.7 Malha eltrica ........................................................................................ 325Figura 4.8 Potncia x Velocidade da locomotiva ..................................................... 326Figura 4.9 Esforo de Trao x Velocidade da locomotiva ...................................... 327Figura 4.10 Curvas de Esforo de Trao x Velocidade de uma locomotiva diesel-

mecnica de quatro marchas ................................................................. 327Figura 4.11 Caracterstica tenso-corrente do gerador de trao .............................. 331Figura 4.12 Caracterstica tenso-corrente do motor diesel ...................................... 332Figura 4.13 Relacionamento entre as curvas do gerador de trao e do motor

diesel .................................................................................................... 332Figura 4.14 Curva volts-amperes resultante do gerador de trao ............................ 333Figura 4.15 Caracterstica volts-amperes do gerador de trao da locomotiva .......... 334Figura 4.16 Potncia x Velocidade da locomotiva ..................................................... 335Figura 4.17 Esforo de trao x velocidade da locomotiva ........................................ 335Figura 4.18 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo DC-DC ................... 336Figura 4.19 Circuito eltrico do gerador principal .................................................... 338Figura 4.20 Vista do estator e dos enrolamentos de campo do gerador principal ..... 339Figura 4.21 Rotor de um gerador principal............................................................... 339Figura 4.22 Porta-escovas e seu posicionamento no gerador principal ..................... 339Figura 4.23 Suspenso do eixo do gerador principal ................................................ 340Figura 4.24 Diagrama do circuito de controle de excitao e potncia ..................... 341Figura 4.25 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo DC-DC

excitatriz+gerador principal .................................................................. 342Figura 4.26 Excitatriz + gerador principal ................................................................ 342Figura 4.27 Circuito eltrico da excitatriz ................................................................ 343Figura 4.28 Gerador principal .................................................................................. 344Figura 4.29 Circuito eltrico do gerador principal .................................................... 344Figura 4.30 Suspenso do eixo do gerador principal ................................................ 344


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Figura 4.31 Diagrama esquemtico do circuito de controle de excitao epotncia ................................................................................................ 345

Figura 4.32 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC excitatriz+alternador............................................................................. 347

Figura 4.33 Circuito eltrico do alternador principal ................................................. 348Figura 4.34 Bobinas de campo do alternador principal ............................................. 348Figura 4.35 Anis coletores do campo do alternador principal ................................. 349Figura 4.36 Controle do circuito de campo de excitao do alternador principal ...... 349Figura 4.37 Estator do alternador principal ............................................................... 350Figura 4.38 Princpio de funcionamento do alternador de trao ............................... 350Figura 4.39 Retificador ............................................................................................. 351Figura 4.40 Posicionamento dos fusveis ................................................................... 351Figura 4.41 Posicionamento dos supressores de transientes ..................................... 352Figura 4.42 Retificador com seis diodos em paralelo por brao ................................. 352Figura 4.43 Bancada retificadora ............................................................................... 352Figura 4.44 Alternador com cinco enrolamentos de armadura ................................... 353Figura 4.45 Ligao em paralelo ............................................................................... 354Figura 4.46 Bancadas retificadoras ............................................................................ 354Figura 4.47 Ligao em srie .................................................................................... 355Figura 4.48 Chave de ligao srie/paralelo dos retificadores .................................. 356Figura 4.49 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC

alternador+alternador ........................................................................... 357Figura 4.50 Circuito eltrico do alternador auxiliar .................................................. 358Figura 4.51 Alternador auxiliar e bobinas do enrolamento de campo ....................... 358Figura 4.52 Bobinas de campo do alternador auxiliar ............................................... 359Figura 4.53 Anis coletores do alternador auxiliar ................................................... 359Figura 4.54 Enrolamentos da armadura do alternador auxiliar ................................. 359Figura 4.55 Gerador de trao em corrente alternada com alternador auxiliar ......... 360Figura 4.56 Circuito de proteo por rel de terra ................................................... 361Figura 4.57 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC

microprocessada ................................................................................... 363Figura 4.58 Diagrama do circuito microprocessado de controle de excitao e

potncia ................................................................................................ 366Figura 4.59 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC

microprocessada com injeo eletrnica ............................................... 373

Figura 4.60 Diagrama de uma locomotiva diesel-eltrica do tipo AC-DC-AC ............. 374


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Figura 5.1 Motor de trao DC e motor de trao AC ............................................. 378Figura 5.2 Pinho e engrenagem ............................................................................ 378Figura 5.3 Rodeiro completo .................................................................................. 379Figura 5.4 Soprador do motor de trao ................................................................ 379Figura 5.5 Representao em corte de um motor de trao em corrente

contnua ................................................................................................ 381Figura 5.6 Carcaa do motor .................................................................................. 382Figura 5.7 Contorno octogonal da carcaa ............................................................. 382Figura 5.8 Polo de excitao .................................................................................. 383Figura 5.9 Plo de comutao ................................................................................ 383Figura 5.10 Escovas e porta-escovas ........................................................................ 384Figura 5.11 Fixao dos porta-escovas na carcaa.................................................... 384Figura 5.12 Montagem dos polos, dos interpolos e dos porta-escovas no interior

da carcaa ............................................................................................. 385Figura 5.13 Armadura .............................................................................................. 386Figura 5.14 Eixo do motor de trao ........................................................................ 386Figura 5.15 Lmina, pacote laminado e montagem das bobinas da armadura .......... 387Figura 5.16 Comutadores ........................................................................................ 387Figura 5.17 Detalhes do comutador ......................................................................... 388Figura 5.18 Detalhe da fixao das barras do comutador ......................................... 389Figura 5.19 Esquemtico do rodeiro acionado por um motor de trao de

corrente contnua com ligao de campo srie ...................................... 392Figura 5.20 Curvas conjugado x corrente dos motores GM D31 e GE 761 ANR ......... 395Figura 5.21 Curvas esforo de trao x Corrente dos motores GM D31 e GE 761

ANR5 .................................................................................................... 397Figura 5.22 Curvas de esforo de trao x velocidade de uma locomotiva diesel-

eltrica de 3.000 hp com seis motores de trao GE 761 ANR5 ............. 399Figura 5.23 Ligao do circuito de campo para definio do sentido de rotao ....... 401Figura 5.24 Chave reversora e chave P ..................................................................... 401Figura 5.25 Ligao dos motores de trao em paralelo ........................................... 403Figura 5.26 Ligao dos motores de trao em srie-paralelo .................................. 404Figura 5.27 Curva tenso x corrente ........................................................................ 405Figura 5.28 Curva de esforo de trao x velocidade com transio ......................... 407Figura 5.29 Ligao em paralelo e ligao em srie dos retificadores ....................... 409Figura 5.30

Curva de esforo de trao x velocidade com Power Match.................... 410

Figura 5.31 Funcionamento como motor e como gerador ........................................ 412


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Figura 5.32 Funcionamento como motor e em frenagem dinmica .......................... 413Figura 5.33 Grades de freio dinmico ...................................................................... 414Figura 5.34 Ventilador do soprador de resfriamento dos resistores de freio

dinmico ............................................................................................... 414Figura 5.35 Circuito de freio dinmico ..................................................................... 415Figura 5.36 Chave P e chave BKT ............................................................................. 415Figura 5.37 Esquemtico do motor durante a frenagem dinmica ............................ 416Figura 5.38 Manpulo do freio dinmico ................................................................... 417Figura 5.39 Curva de esforo de frenagem .............................................................. 418Figura 5.40 Modo de controle de corrente de campo ............................................... 419Figura 5.41 Modo de controle de corrente de grade ................................................. 420Figura 5.42 Freio dinmico de faixa estendida ou ampliada ..................................... 421Figura 5.43 Ligao das grades em faixa estendida ................................................. 422Figura 5.44 Freio dinmico de faixa estendida com controle de corrente de

campo .................................................................................................. 423Figura 5.45 Freio dinmico de faixa estendida com controle de corrente de

grade .................................................................................................... 423Figura 5.46 Registro da temperatura nos motores de trao .................................... 427Figura 5.47 Motor de induo utilizado como motor de trao ................................ 430Figura 5.48 Estator do motor de induo ................................................................. 431Figura 5.49 Rotor gaiola de esquilo ......................................................................... 432Figura 5.50 Fluxo magntico ................................................................................... 433Figura 5.51 Alimentao dos trs enrolamentos do motor ....................................... 433Figura 5.52 Representao dos trs campos ............................................................ 434Figura 5.53 Curva conjugado x velocidade ............................................................... 439Figura 5.54 Variao da velocidade pelo nvel de tenso aplicada ............................ 440Figura 5.55 Variao da velocidade pela frequncia da tenso aplicada ................... 441Figura 5.56 Variao da velocidade com a relao tenso/frequncia constante ...... 442Figura 5.57 Variao da velocidade com potncia constante .................................... 442Figura 5.58 Variao da velocidade com fluxo constante ......................................... 443Figura 5.59 Regies das curvas conjugado x velocidade .......................................... 443Figura 5.60 Diagrama de blocos de um inversor ...................................................... 445Figura 5.61 Diagrama de blocos de um inversor de Corrente Imposta - CSI .............. 445Figura 5.62 Diagrama de blocos de um Inversor de Tenso Imposta - VSI ................ 446Figura 5.63

Circuito bsico de um Inversor de Tenso Imposta Trifsico emPonte .................................................................................................... 447


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Figura 5.64 Trs chaves estticas ligadas num mesmo perodo ................................ 448Figura 5.65 Seqncia de operao das chaves estticas .......................................... 449Figura 5.66 Carga trifsica resistiva pura ligada em estrela ...................................... 450Figura 5.67 Seqncia de ligao das chaves uma carga em estrela ...................... 451Figura 5.68 Formas de onda das tenses de linha e de fase na carga em estrela ...... 453Figura 5.69 Onda de tenso quase quadrada ........................................................... 455Figura 5.70 Fundamental da onda quase quadrada .................................................. 456Figura 5.71 Onda de tenso quase quadrada recortada por pulsos de largura ....... 456Figura 5.72 Forma de onda modulada por largura de pulso ..................................... 457Figura 5.73 Formao dos instantes de disparo para onda modulada por 5

pulsos ................................................................................................... 458Figura 5.74 Modulao de 3 pulsos ......................................................................... 459Figura 5.75 Inversor alimentando uma carga trifsica resistiva pura ligada em

estrela ................................................................................................... 459Figura 5.76 Formas de onda modulada por largura de pulso para um inversor

trifsico ................................................................................................ 460Figura 5.77 Smbolo do IGBT canal N ....................................................................... 468Figura 5.78 Estrutura fsica do IGBT canal N ............................................................. 468Figura 5.79 Invlucro do IGBT .................................................................................. 469Figura 5.80 Estrutura fsica do IGBT canal N ............................................................. 470Figura 5.81 Montagem de um mdulo de fase com IGBT .......................................... 470Figura 5.82 Soprador dos inversores ....................................................................... 471Figura 5.83 Inversor de tenso imposta utilizando o IGBT como chave esttica ........ 472Figura 5.84 Montagem do inversor .......................................................................... 472Figura 5.85 Motor de induo ligado a um inversor de tenso imposta .................... 474Figura 5.86 Circuito equivalente de um motor de induo trifsico ligado em

estrla ................................................................................................... 474Figura 5.87 Esquemtico da ligao de um motor de induo trifsico em estrela

a um inversor de tenso imposta........................................................... 474Figura 5.88 Controle com tenso varivel ................................................................ 475Figura 5.89 Acionamento com inversor utilizando IGBT ........................................... 475Figura 5.90 Circuito bsico de um inversor de tenso imposta de onda quase

quadrada alimentando um motor de induo ........................................ 476Figura 5.91 Formas de onda bsicas das tenses de linha e de fase ......................... 477Figura 5.92

Formas de onda da tenso e da corrente na fase a.............................. 478

Figura 5.93 Correntes nos componentes do mdulo de fase a ................................. 478


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Figura 5.94 Forma de onda da corrente na entrada do inversor ............................... 479Figura 5.95 Formas de onda da tenso e da corrente na fase a modulada............. 480Figura 5.96 Relao entre a frequncia da onda triangular e a da onda de

referncia ............................................................................................. 480Figura 5.97 Faixas de frequncia por regio de operao......................................... 481Figura 5.98 O circuito equivalente e seu diagrama fasorial ...................................... 482Figura 5.99 Diagrama de blocos de um sistema de controle vetorial ........................ 483Figura 5.100 Sentido de rotao horrio .................................................................... 485Figura 5.101 Sentido de rotao anti-horrio ............................................................. 485Figura 5.102 Caracterstica conjugado x velocidade completa a uma frequncia

fixa ....................................................................................................... 486Figura 5.103 Fluxo reverso de potncia atravs de um inversor trifsico .................... 486Figura 5.104 O inversor se torna um simples retificador ............................................ 487Figura 5.1

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Apostila Mecânica de Locomotivas - PUC