A Engenharia Mecânica e os transportes coletivos Transportes ferroviários
Projeto FEUP 1ºano – MIEM Coordenadora do Projeto FEUP no MIEM: Prof. Teresa Duarte
Equipa 1M8_2 Supervisor: Abílio de Jesus Monitor: Paula Pinto
Estudantes & Autores: José Miguel Alves Pires – up201606775
Ricardo André Nunes Borges – up201606584 Rui Afonso Patrício Sá Marques – up201606497
Susana Moura Neves – up201606499 Telma Casimira Silva Porto Araújo Ferreira – up201606662
1 A ENGENHARIA MECÂNICA E OS TRANSPORTES COLETIVOS. TRANSPORTES FERROVIÁRIOS.
Índice
1. Introdução
2. História do Transporte Ferroviário
3. Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”: ◦ 3.1. Passado
◦ 3.2. Atualidade
◦ 3.3. Futuro
4. A Engenharia Mecânica e o transporte ferroviário
5. Conclusões
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História do Transporte Ferroviário
Antiguidade
• Carruagens puxadas por animais como meio de transporte coletivo;
• São os "antepassados" dos comboios;
• Lentas mas confortáveis.
1698
• Thomas Savery desenvolve o primeiro motor a vapor.
• Desvantagem – Possibilidade de explosões.
1712
• Nova tecnologia - Pistão de Newcomen.
• Desvantagem – Necessidade de grandes quantidades de vapor.
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História do Transporte Ferroviário
1769
• James Watt e Roebuck desenvolvem um motor totalmente funcional. Revolução do motor a vapor;
• Desvantagem – Velocidade reduzida.
Por volta de1819
• Circulam por toda a Europa milhares de comboios com motores semelhantes a este.
1830
• George Stephenson- Desenvolve o Rocket.
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Fig.1 - Motor a vapor de James Watt
Fig.2 - Rocket
História do Transporte Ferroviário
1850
• Segunda revolução industrial;
• Vantagens – Transporte rápido de pessoas e mercadorias e evolução económica.
• Desvantagens - Poluição e aumento do trabalho infantil.
1930
• Surgem motores a diesel e elétricos;
• Vantagens – Mais rápidos e ecológicos.
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Fig.3 - Comboio a vapor – um dos causadores da segunda revolução industrial
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
PASSADO
Motor a vapor – vapor (da água em ebulição) era retido até ultrapassar pressão atmosférica, para depois ser injetado nos cilindros do motor e produzir movimentos.
Motor a dois tempos – teoria desenvolvida por Nicolas Diogo Léonard Sadi Carnot em 1824; patente reclamada por Samuel Morey em 1826, nos EUA.
Ciclo de Otto Ciclo de Diesel
- Motores de ignição por faísca.
-Motores de ignição por compressão
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Fig.4 – Motor a dois tempos.
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
ATUALIDADE
Motor diesel a 4 tempos
Motor elétrico Descoberta da indução magnética - relação entre ímanes e corrente elétrica. Vantagens: maior eficiência, custos por utilização e de manutenção mais reduzidos, maior capacidade de travagem e aceleração e o facto de não se ter que transportar combustível a bordo do comboio para o funcionamento do mesmo.
Motor monofásico Motor trifásico
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Fig. 5 – Motor diesel a 4 tempos
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
ATUALIDADE
Motor Locomotiva
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Passado Lugar para
armazenamento do carvão
Atualidade Locomotivas
diesel-mecânicas
Transmissão de energia do motor às todas por caixa de
velocidades
Fig.6 - Locomotiva de Richard Trevithick
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
OUTRAS TECNOLOGIAS USADAS NO COMBOIO:
• Indicadores de defeitos nos carris – evitam descarrilamentos;
• Sistemas de monitorização, em tempo real, do estado das rodas;
• Rail Corridor Risk Management System (RCRMS) – transporte seguro de cargas de alto risco.
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Fig.7 - Comboio atual
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
FUTURO
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Levitação magnética
Eletrodinâmica (por repulsão)
Eletromagnética (por atração)
Supercondutora (por indução)
Comboio que não toca no chão, sendo propulsionado por forças atrativas e repulsivas, através do uso de supercondutores. Principal projeto: MagLev.
Fig. - 8Maglev
Principal desvantagem: ALTO CUSTO
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
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FUTURO ◦ Levitação eletrodinâmica (por repulsão):
- Bobinas com capacidades supercondutoras (resistência elétrica muito baixa);
- Interação entre campos magnéticos contrários gera uma força repulsiva
que permite a levitação.
Vantagens: •Reduzido gasto de energia; •Não utilização de combustíveis fósseis; •Altas velocidades (já que o veículo se desloca sem existir contacto com as linhas ferroviárias).
Desvantagens: •Necessidade de sistema de refrigeração para as bobinas supercondutoras. Fig. 9 – Aplicação do princípio de levitação
por repulsão magnética
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
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Futuro: Levitação Eletromagnética (por atração): -Interação entre um eletroíman e um corpo ferromagnético origina a suspensão do corpo; -Peso e força magnética em equilíbrio – o comboio levita.
Vantagens: • Não emite poluentes; • É capaz de efetuar subidas com elevado grau de
inclinação, devido ao seu motor; • Não emite ruído; • Alta velocidade; • Com este tipo de levitação é possível a
existência de trilhos elevados, o que possibilita a sua construção em áreas com plantações ou animais.
Desvantagens: • Grande instabilidade; • Necessidade de circuitos que
controlem a distância entre a pista e o suporte.
Fig. 10 – Eletroímanes no veículo elevam-no.
Tecnologias usadas nos comboios – “Do passado à atualidade e pequena visão sobre o futuro”
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Futuro: Levitação Supercondutora (por Indução): -Em cada vagão existem cadeias de Halbach; -Nos trilhos existem bobinas isoladas.
Vantagens: • Sistema mais simples e mais económico
relativamente aos outros dois tipos de levitação.
Desvantagens: • Antes de ser atingida a velocidade a que é
possível a levitação, é necessário o uso de rodas.
Fig. 10 – Funcionamento da cadeia de Halbach.
Fig. 11 – Levitação por indução no comboio Indutrack.
A Engenharia Mecânica e o Transporte Ferroviário
A engenharia mecânica desempenha um papel fulcral no desenvolvimento dos comboios, já que os engenheiros mecânicos são responsáveis por várias partes do bom funcionamento dos comboios: Desenvolvimento da área relativa ao transporte de mercadorias;
Desenvolvimento das partes mecânicas dos comboios tais como ar condicionados, ventilação, controlo da poluição e sistemas de segurança;
Estabelecimento de normas para a inclusão de certos materiais essenciais para o desenvolvimento e aproveitamento deste tipo de transporte.
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Fig.12 - Descarrilamento.