INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LUIZ GUILHERME RIVA TONINI
ESTUDO DA TRANSFORMAÇ...
LUIZ GUILHERME RIVA TONINI
ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMO...
LUIZ GUILHERME RIVA TONINI
ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMO...
DECLARAÇÃO DO AUTOR
Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que
este Trabalho de Conclusã...
AGRADECIMENTOS
Agradeço à mineradora Vale S.A. por disponibilizar sua infraestrutura e
pessoal para a realização deste tra...
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de automatização do
governador, componente responsável pela ...
ABSTRACT
This work aims to develop a project of automation for the diesel engine governor,
responsible component of the fu...
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard ............................................................................
FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água ........................................ 51
FIGURA 32 - Circuito d...
FIGURA 62 – Instalação dos eletrodutos da caixa de passagem de cabos na locomotiva
Dash 8 modificada.........................
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Lista de cabos a serem removidos da conexão governador-EXC...............62
TABELA 2 - Lista d...
LISTA DE SIGLAS
AC – Alternating Current
AFR – Alternator Field Regulation
ANFT – Associação Nacional de Transportadores F...
IFD – Integration Function Display
IOF – Imposto sobre Operação Financeira
LCP – Load Controlled Pot
MAPS – Manifold Air P...
LISTA DE SÍMBOLOS
(a+ - a-) – Largura da base [Segue a grandeza da medida]
aIRF – Alíquota de IRF [%]
c – Coeficiente de s...
pc – Valor do combustível [R$]
q – Valor da amostra [Segue a grandeza da medida]
q̅ – Média das amostras [Segue a grandeza...
ubtrian
– Incerteza tipo B para distribuição triangular [Segue a grandeza da medida]
u1 e u2 – Exemplos de incertezas [Seg...
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................
4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO ....................................... 61
4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS ...............
6.1.4 Incerteza expandida ...................................................................................... 86
6.1.5 ...
19
1 INTRODUÇÃO
1.1 MOTIVAÇÃO
Segundo o jornalista Luiz G. Gerbelli no artigo “Seis produtos são responsáveis por
metade d...
20
9M, modelo eletrônico Lucas Bryce, do fabricante GE (General Electric), apresentava
baixa eficiência decidiram alterá-l...
21
O capítulo 2 trata do sistema ferroviário, em especial o brasileiro, discorrendo sobre
sua evolução, importância e elem...
22
2 O SISTEMA FERROVIÁRIO
2.1 INTRODUÇÃO
A revolução industrial, que teve início em partes da Europa a partir do século X...
23
Tais medidas refletiram na construção da estrada de ferro Mauá, que permitiu a
integração das modalidades de transporte...
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FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard
Motor ccGrupo Motor-Gerador Gerador cc
Motor ac
Gerador
Auxiliar
M
Volante
M
Fonte de
c...
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de controle de excitação e o motor DC de motor de tração, como mostrado na Figura
3.
FIGURA 3 – Conjunto de tração dies...
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Como a potência é o produto do conjugado pela velocidade tem-se que para um
esforço elevado em alta velocidade , a potê...
27
FIGURA 7 – Malha de controle do motor diesel
Potência
elétrica
Energia
elétrica
Energia
mecânica
Gerador de
Tração
Circ...
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FIGURA 8 – Malha de controle do motor diesel
3
2
1
Região de tensão
excessiva
Curva do gerador
de tração
Curva do
motor...
29
FIGURA 10 – Curva de operação tensão-corrente do gerador de tração
Fonte: BORBA, 2012.
Manipulando o gráfico acima de f...
30
Por tal figura observa-se que na região de limite de corrente, a potência cresce
linearmente, enquanto no limite da ten...
31
partir de então uma das principais fornecedoras de locomotivas fora dos Estados
Unidos da América.
O modelo U26C foi de...
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um controle muito mais preciso de acordo com as diversas condições operacionais,
tornando-se logo um grande sucesso de ...
33
FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES)
Fonte: Elab. Autor, 2013.
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3 O SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
3.1 O MONITORAMENTO DO MOTOR DIESEL
3.1.1 Sistema de injeção mecânica
A finalidad...
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ação de um limitador de combustível. Uma foto do governador fora da locomotiva é
mostrada na Figura 16.
FIGURA 16 - Gov...
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FIGURA 17 - Governador mecânico em corte
Fonte: GE, 1989.
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Os componentes de tais sistemas estão evidenciados na Figura 18 abaixo.
FIGURA 18 - Governador mecânico (em evidência o...
38
O pistão de força movimenta a cremalheira de controle do injetor através do eixo
rotativo do governador e das articulaç...
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FIGURA 19 - Esquemático do funcionamento do governador mecânico
Fonte: GE, 1989.
3.1.1.1.1 Diminuição da Carga ou acele...
40
que a pressão no lado direito. Essas pressões são ligadas às áreas situadas por
cima e por baixo do pistão receptor de ...
41
posição central, pois, durante este espaço de tempo, a rotação do motor volta ao seu
normal.
3.1.1.1.3 Sistema de exces...
42
3.1.2 Sistema de injeção eletrônica
A finalidade desse sistema é entregar sequencialmente uma quantidade certa de
combu...
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gerencia um sensor de rotação para a carga imposta. A Figura 23 mostra o EGU
isolado (DENARDI, 2011).
FIGURA 23 - Fotog...
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zero. Os componentes que se comunicam com o EGU estão demonstrados no
diagrama abaixo, Figura 24.
FIGURA 24 - Diagrama ...
45
Motor), além de receber os sinais de realimentação de tensão e corrente desses e
de vários relés, contadores e válvulas...
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diagnóstico de falhas. Abaixo na Figura 26 tem-se uma fotografia do EXC instalado
numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 26 - ...
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FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC
Fonte: Elab. Autor, 2013.
3.2 SISTEMAS AUXILIARES DO MOTOR DIESEL
3.2.1 Siste...
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O processo de injeção do ar se inicia com o ar externo sendo admitido através das
telas em V e em seguida pelos filtros...
49
O óleo diesel fica armazenado no tanque de abastecimento de combustível da
locomotiva, o qual está localizado entre os ...
50
FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante
Fonte: ROMANHA, 2012.
Na galeria principal, o óleo passa através dos coletore...
51
FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água
Fonte: ROMANHA, 2012.
Quando a temperatura da água de arrefecim...
52
O extensor é um resistor composto por uma fina camada de material condutor,
depositado sobre um composto isolante que é...
53
3.2.5.1.2 FIOP
O FIOP é um sensor de pressão de óleo lubrificante para injeção de combustível.
Sua função é fornecer ao...
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3.2.5.1.5 MAPS
O sensor MAPS (Manifold Air Pressure Sensor ou Sensor de Pressão do Ar de
Admissão) é responsável por en...
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RT e RT0 são as resistências na temperatura real e de referência respectivamente,
expressa em Ohms (Ω)
Temp e T0 são as...
56
3.2.5.2.2 FIEWT
O FIEWT (Fuel Injection Engine Water Temperature ou Sensor da Injeção Eletrônica
de Temperatura da Água...
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FIGURA 40 - Componentes internos do sensor de rotação
Fonte: DENARDI, 2011
A variação devida à passagem dos dentes e do...
58
FIGURA 42 - Sensor EPS
Fonte: ROMANHA, 2012.
3.2.5.3.2 CNK1 e CNK2
Os sensores de manivela enviam para o governador um ...
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3.2.5.3.3 DSS
O sensor DSS (Diesel Speed Sensor ou Sensor de Velocidade de Rotação do Motor)
é responsável por enviar s...
60
3.3.2 Turboalimentador
O turboalimentador é o componente do sistema de ar de admissão responsável por
pressurizar o ar ...
61
4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO
4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS
Tendo em vista comparações entre os os diagramas elé...
62
O circuito modificado fica:
FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado
Fonte: Elab. Au...
63
4.1.2 Remoção e adaptação dos cabos da conexão do governador mecânico
com circuito de controle de velocidade de rotação...
64
FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado
Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000.
E a...
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4.1.3.1 Ligação da tomada A do EGU
A tomada A é responsável pela conexão do EGU ao módulo de diagnóstico,
presente no A...
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NKTW EGU-A14 ECA-P – E
NKTB EGU-A15 ECA-P – D
OPW EGU-A19 FIS-S – E
OPB EGU-A20 FIS-S – F
OPS EGU-A21 MALHA
WPN EGU-A23...
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4.1.3.2 Ligação da tomada B do EGU
A tomada B do governador eletrônico é responsável pela conexão deste as bombas
injet...
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LPNC EGU-B16 FIP-S – C
LPNG EGU-B17 FIP-S – G
LPND EGU-B18 FIP-S – D
LPNH EGU-B19 FIP-S – H
LPNF EGU-B20 FIP-S – F
LPNB...
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4.1.3.3 Ligação da tomada C do EGU
A tomada C do governador eletrônico é responsável pela conexão deste ao sistema
de c...
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4EN1 EGU-C14 TB1L – V
1YB1 EGU-C15 TB1L – T
34EP1 EGU-C18 TB1N – L
P0PR EGU-C19 FIS-S – L
1ET1 EGU-C21 TB1P – G
1EY1 EG...
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MPAR1 971-A TB1M – J FIS-W TB1M – J
MPAW1 971-B TB1M – K FIS-V TB1M – K
MPAB1 971-C TB1H – L FIS-U TB1H – L
MPAS TB1P T...
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4.1.6 Adaptação do circuito do DSS
O sensor DSS, assim como os outros acima, tem sua conexão trocada do terminal
971 pa...
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FIGURA 58 – Diagrama da caixa de sensores
Fonte: GE, 2000.
Tal sistema na locomotiva Dash 8 será instalado em um bloco ...
74
4.1.8 Instalação e confecção da caixa de passagem de cabos
Buscando melhorar o aspecto estético e diminuir o número de ...
 ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
 ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
 ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
 ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
 ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
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ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8

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Este trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de automatização do governador, componente responsável pela injeção de combustível, do motor diesel (MD) das locomotivas modelo Dash 8 da Fabricante General Electric, englobando desde o estudo de viabilidade econômica às modificações elétricas e mecânicas.
Tal modificação visa aumentar a rentabilidade da máquina tendo em vista a economia de combustível gerada pela mudança. Os resultados previstos na conversão serão obtidos comparando o consumo da máquina em questão com sua sucessora, Dash 9W, cujo governador já é automatizado. Nestes testes serão aplicadas técnicas de metrologia garantindo maior nível de confiança nos dados obtidos.
Em seguida se realizará um estudo literal de viabilidade econômica levando em consideração a taxa interna de retorno, valor presente futuro e a comparação a um investimento em fundos de capital.
A próxima fase trata do projeto da adaptação dos componentes elétricos e mecânicos para o funcionamento do novo governador como, por exemplo, os sensores dos sistemas de supervisão e o suporte do governador, respectivamente.
Por fim, se analisará os resultados obtidos das medições dos testes de consumo se e identificará as características que uma malha ferroviária deve apresentar que torne o projeto viável.

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ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8

  1. 1. INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA ELÉTRICA LUIZ GUILHERME RIVA TONINI ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8 VITÓRIA 2013
  2. 2. LUIZ GUILHERME RIVA TONINI ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8 Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenadoria de Engenharia Elétrica do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do título de Graduação em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. M.e. Marcelo Brunoro VITÓRIA 2013
  3. 3. LUIZ GUILHERME RIVA TONINI ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8 Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenadoria do Curso Superior em Engenharia Elétrica do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção de título de Graduação em Engenheiro Elétrica. Aprovado em 13 de Agosto de 2013.
  4. 4. DECLARAÇÃO DO AUTOR Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que este Trabalho de Conclusão de Curso pode ser parcialmente usado, desde que se faça referência à fonte e ao autor. Vitória, 13 de Agosto de 2013 Luiz Guilherme Riva Tonini
  5. 5. AGRADECIMENTOS Agradeço à mineradora Vale S.A. por disponibilizar sua infraestrutura e pessoal para a realização deste trabalho, em especial aos funcionários: Adislau Salmont, Alex Salgado, Ariomar Pedro, Cícero Zucolotti, Élcio Folli, Eustáquio Andrade, Etevaldo Baptista, Fábio Masolini, Flávio Arrigoni, Igor Fardin, Junio Amorin, Luiz Tuzuki, Márcio Bertoni, Marcos A. Cardoso, Publio Portela, Ricardo Lempke, Ronilson Vieira, Vitor Pereira e todos aqueles que leram este trabalho pelas críticas e sugestões. Agradeço ao meu orientador Marcelo Brunoro pelos conselhos na revisão deste material, assim como Pablo Rodrigues Muniz pela ajuda no tratamento de dados. Por fim agradeço a José Luiz Borba, Nerson Romanha Jr. e Geraldo Denardi, pelo apoio incondicional em todos os momentos do trabalho.
  6. 6. RESUMO Este trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de automatização do governador, componente responsável pela injeção de combustível, do motor diesel (MD) das locomotivas modelo Dash 8 da Fabricante General Electric, englobando desde o estudo de viabilidade econômica às modificações elétricas e mecânicas. Tal modificação visa aumentar a rentabilidade da máquina tendo em vista a economia de combustível gerada pela mudança. Os resultados previstos na conversão serão obtidos comparando o consumo da máquina em questão com sua sucessora, Dash 9W, cujo governador já é automatizado. Nestes testes serão aplicadas técnicas de metrologia garantindo maior nível de confiança nos dados obtidos. Em seguida se realizará um estudo literal de viabilidade econômica levando em consideração a taxa interna de retorno, valor presente futuro e a comparação a um investimento em fundos de capital. A próxima fase trata do projeto da adaptação dos componentes elétricos e mecânicos para o funcionamento do novo governador como, por exemplo, os sensores dos sistemas de supervisão e o suporte do governador, respectivamente. Por fim, se analisará os resultados obtidos das medições dos testes de consumo se e identificará as características que uma malha ferroviária deve apresentar que torne o projeto viável. Palavras-chave: Eficiência energética. Automatização. Governador de motor diesel. Locomotivas. Transporte ferroviário.
  7. 7. ABSTRACT This work aims to develop a project of automation for the diesel engine governor, responsible component of the fuel injection, for model Dash 8 locomotive manufacturer by General Electric, encompassing from the economic feasibility study to the electrical and mechanical modifications. This modification aims to increase the profitability of the machine by fuel savings generated by the change. The expected results in the conversion will be obtained by comparing the consumption of the injection system in question with its latest version, Dash 9W, whose governor is already automated. In this tests will be applied metrology techniques increasing the confidence level of the data obtained. Then there will be a literal economic feasibility study taking into account the internal rate of return, present value and future compared to an investment in equity funds. The next phase of the project is the adaptation of electrical and mechanical components for the operation of the new governor, for example, sensors of the systems control and governor support, respectively. Finally, it wil analyze the results of the mesurements by consumer tests and identify the characteristics that a railway should present that make the project viable. Keywords: Energy efficiency. Automation. Governor Diesel Engine. Locomotives. Railroad system.
  8. 8. LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard .............................................................................. 24 FIGURA 2 – Sistema Ward-Leonard acionado por um motor diesel .............................. 24 FIGURA 3 – Conjunto de tração diesel-elétrico.............................................................. 25 FIGURA 4 – Cadeia de transmissão de energia de uma locomotiva diesel-elétrica ...... 25 FIGURA 5 – Curvas de conjugado e potência................................................................ 26 FIGURA 6 – Malha de controle do motor diesel ............................................................. 26 FIGURA 7 – Malha de controle do motor diesel ............................................................. 27 FIGURA 8 – Malha de controle do motor diesel ............................................................. 28 FIGURA 9 – Curva resultante do gerador de tração....................................................... 28 FIGURA 10 – Curva de operação tensão-corrente do gerador de tração ...................... 29 FIGURA 11 – Curva de operação potência-velocidade do gerador de tração................ 29 FIGURA 12 – Curva de operação esforço trator-potência-velocidade do gerador de tração ............................................................................................................................. 30 FIGURA 13 - Locomotiva GE U26C em Vitória (ES)...................................................... 31 FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES)..................................................... 33 FIGURA 15 - Diagrama da injeção mecânica................................................................. 34 FIGURA 16 - Governador mecânico isolado .................................................................. 35 FIGURA 17 - Governador mecânico em corte................................................................ 36 FIGURA 18 - Governador mecânico (em evidência os componentes dos conjuntos de controle) ......................................................................................................................... 37 FIGURA 19 - Esquemático do funcionamento do governador mecânico ....................... 39 FIGURA 20 - Governador de excesso de rotação.......................................................... 41 FIGURA 21 - Alavanca de aceleração-rearme e link...................................................... 41 FIGURA 22 - Diagrama da injeção eletrônica ................................................................ 42 FIGURA 23 - Fotografia do EGU.................................................................................... 43 FIGURA 24 - Diagrama de blocos do governador eletrônico ......................................... 44 FIGURA 25 - Fotografia do controlador CAB ................................................................. 45 FIGURA 26 - Fotografia do controlador EXC ................................................................. 46 FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC ................................................................. 47 FIGURA 28 - Diagrama do sistema do ar....................................................................... 47 FIGURA 29 - Diagrama do sistema de combustível....................................................... 48 FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante ................................................................... 50
  9. 9. FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água ........................................ 51 FIGURA 32 - Circuito do extensômetro elétrico de resistência....................................... 51 FIGURA 33 - Sensores de pressão para locomotivas com dois e três fios, respectivamente ............................................................................................................. 52 FIGURA 34 – Sensor COP............................................................................................. 52 FIGURA 35 - Sensor FIOP ............................................................................................. 53 FIGURA 36 - Sensores FIWPS, FIMAP e MAPS respectivamente ................................ 54 FIGURA 37 - Sensor de temperatura para locomotiva ................................................... 55 FIGURA 38 - Sensor FIMAT........................................................................................... 55 FIGURA 39 - Sensor FIEWT .......................................................................................... 56 FIGURA 40 - Componentes internos do sensor de rotação ........................................... 57 FIGURA 41 - Sensor indutivo de rotação para locomotiva ............................................. 57 FIGURA 42 - Sensor EPS .............................................................................................. 58 FIGURA 43 - Sensores CNK1 e CNK2........................................................................... 58 FIGURA 44 – Sensor DSS ............................................................................................. 59 FIGURA 45 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC evidenciando as partes removidas............................................................................................................ 61 FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado ....... 62 FIGURA 47 - Detalhe do diagrama unifilar da conexão Governador-DVR evidenciando as partes removidas ....................................................................................................... 63 FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado ........................ 64 FIGURA 49 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada A do EGU................. 65 FIGURA 50 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada B do EGU................. 67 FIGURA 51 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada C do EGU................. 69 FIGURA 52 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX ...................... 70 FIGURA 53 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX modificado .... 70 FIGURA 54 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX ...................... 71 FIGURA 55 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX modificado .... 71 FIGURA 56 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC ......................... 72 FIGURA 57 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC modificado....... 72 FIGURA 58 – Diagrama da caixa de sensores............................................................... 73 FIGURA 59 - Caixa de sensores instalada na locomotiva Dash 8.................................. 73 FIGURA 60 - Diagrama da caixa de passagem de cabos.............................................. 74 FIGURA 61 - Caixa de passagem de cabos instalada na locomotiva Dash 8 ................ 74
  10. 10. FIGURA 62 – Instalação dos eletrodutos da caixa de passagem de cabos na locomotiva Dash 8 modificada.......................................................................................................... 75 FIGURA 63 – Diagrama da tomada de diagnóstico........................................................ 75 FIGURA 64 – Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 9W...................... 76 FIGURA 65 - Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 8 .......................... 76 FIGURA 66 – Desenho do suporte de instalação do EGU............................................. 77 FIGURA 67 – Área calafetada em uma locomotiva BB-40............................................. 77 FIGURA 68 - Curva de potência do teste de carga externa ........................................... 79 FIGURA 69 - Curva de potência do teste de auto carga ................................................ 80 FIGURA 70 – Distribuição da incerteza tipo B, quadrada, trapezoidal e triangular respectivamente ............................................................................................................. 84 FIGURA 71 - Prédio do teste de carga........................................................................... 88 FIGURA 72 - Tanque de combustível externo com balança .......................................... 88 FIGURA 73 - Consumo das locomotivas em ponto IDLE ............................................... 95 FIGURA 74 - Consumo das locomotivas em ponto 1..................................................... 95 FIGURA 75 - Consumo das locomotivas em ponto 2..................................................... 96 FIGURA 76 - Consumo das locomotivas em ponto 3..................................................... 96 FIGURA 77 - Consumo das locomotivas em ponto 4..................................................... 96 FIGURA 78 - Consumo das locomotivas em ponto 5..................................................... 97 FIGURA 79 - Consumo das locomotivas em ponto 6..................................................... 97 FIGURA 80 - Consumo das locomotivas em ponto 7..................................................... 97 FIGURA 81 - Consumo das locomotivas em ponto 8..................................................... 98 FIGURA 82 – Comparação das diferenças dos consumos ............................................ 98 FIGURA 83 – Eficiências energéticas por ponto .......................................................... 100 FIGURA 84 –Consumo em litros por megawatts por ponto.......................................... 102
  11. 11. LISTA DE TABELAS TABELA 1 - Lista de cabos a serem removidos da conexão governador-EXC...............62 TABELA 2 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador-DVR.........64 TABELA 3 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (A)............65 TABELA 4 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (B)............67 TABELA 5 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (C)............69 TABELA 6 - Lista de cabos a serem conectados na ligação MAPS-AUX....................... 70 TABELA 7 - Lista de cabos a serem conectados na ligação COPS-AUX....................... 71 TABELA 8 - Lista de cabos a serem conectados na ligação DSS-EXC..........................72 TABELA 9 - Grandezas do medidor................................................................................ 89 TABELA 10 – Desvios padrões das médias de cada medida......................................... 89 TABELA 11 – Incertezas tipo A....................................................................................... 90 TABELA 12 – Incertezas combinadas............................................................................. 91 TABELA 13 – Graus de liberdade....................................................................................92 TABELA 14 – Fatores de abrangência............................................................................ 92 TABELA 15 – Incertezas expandidas.............................................................................. 93 TABELA 16 – Consumos de combustível obtidos no teste com suas incertezas............93 TABELA 17 – Diferença entre os consumos de combustível em cada ponto................. 94 TABELA 18 – Consumo de combustível no formato padrão........................................... 94 TABELA 19 – Potência das locomotivas para cada ponto............................................ 99 TABELA 20 – Eficiência energética para cada ponto.................................................... 99 TABELA 21 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto... 100 TABELA 22 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto... 101 TABELA 23 – Diferença entre os consumos em cada ponto de aceleração.................101 TABELA 24 – Consumos em litros por ponto de aceleração.........................................103
  12. 12. LISTA DE SIGLAS AC – Alternating Current AFR – Alternator Field Regulation ANFT – Associação Nacional de Transportadores Ferroviários AUX – Auxiliar Controller BFR – Auxiliary Alternator Field Regulator BRP – Battery Regulator CAB – Cabine Controller CDBs – Certificados de Depósito Bancário CNK – Crank Sensor COP – Crankcase Overpressure Sensor DID – Diagnostic Interface Display DC – Direct Current DSS – Diesel Speed Sensor EBP – Equipment Blower Motor Drive Regulator EFVM – Estrada de Ferro Vitória Minas EGU – Eletronic Governator Unit EPS – Engine Position Sensor EXC – Excitation Controler EWT – Engine Water Temperature FCFP – Fuel Controler Flashover Panel FGC – Fundo Garantidor de Crédito FIEWT - Fuel Injection Engine Water Temperature FILP – Fuel Injection Left Panel FIMAP – Fuel Injection Manifold Air Pressure FIMAT – Fuel Injection Engine Air Temperature FIOP – Fuel Injection Oil Pressure Transducer FIRP – Fuel Injection Right Panel FIS – Fuel Injection Connector FIWPS – Fuel Injection Water Pressure Sensor FOREX – Foreign Exchange GE – General Electric GUM – Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement IFC – Integration Function Computer
  13. 13. IFD – Integration Function Display IOF – Imposto sobre Operação Financeira LCP – Load Controlled Pot MAPS – Manifold Air Pressure Sensor MD – Motor Diesel NTC – Negative Temperature Coefficient OPS – Oil Pressure Sensor PID – Proporcional Integral Derivativo PMS – Ponto Morto Superior PT – Providência Tecnológica RFP – Radiator Fan Motor Controller RPS – Rail Position Sensor RDBs – Recibos de Depósitos Bancários SELIC – Sistema Especial de Liquidação e de Custódia SCR – Silicon Controlled Rectifier TC – Transformador de Corrente TP – Transformador de Potência TR – Taxa Referencial VPL – Valor Presente Líquido WPS – Water Pressure Sensor
  14. 14. LISTA DE SÍMBOLOS (a+ - a-) – Largura da base [Segue a grandeza da medida] aIRF – Alíquota de IRF [%] c – Coeficiente de sensibilidade cicloa – Número por ano [ciclos/ano]de ciclos CLocoParada – Custo de uma locomotiva parada [R$]; ConsElet – Consumo com o governador eletrônico em um determinado ponto [L] ConsMec – Consumo com o governador mecânico em um determinado ponto [L] ConsTMec – Consumo total com o governador mecânico [L] ConsTElet – Consumo total com o governador eletrônico [L] consumo – Consumo de massa na máquina [kg] consumoL – Consumo em litros da máquina [L] consumoSI – Consumo da máquina no SI [L/horas] consumot – Consumo e combustível em um ano [R$/ano] D – Valor do depósito [R$] f – Relação funcional [Segue a grandeza da medida] GCDBpré – Ganho por investir em títulos CDB préfixados [R$] GCDBpós – Ganho por investir em títulos CDB pós-fixados [R$] GLTN – Ganho por investir em títulos LTN [R$] GLTN – Ganho por investir em títulos LFT [R$] GNTN – Ganho por investir em títulos NTN [R$] i – Índice da amostra [Adimensional] ib – Taxa bruta anual de rendimento [R$] IT – Tempo entre cada medição [horas] j – Índice da amostra [Amostra] jp – Taxa de juros mensal de rendimento da poupança [%] k – Fator de abrangência [adimensional] l – Variável de contagem de tempo [anos] nc – Contador que varre os 9 pontos da locomotiva [admensional] N – Número de grandezas associadas [Adimensional] n – Número de amostras [Amostras] P – Preço de aquisição do título [R$]
  15. 15. pc – Valor do combustível [R$] q – Valor da amostra [Segue a grandeza da medida] q̅ – Média das amostras [Segue a grandeza da medida] qj – Amostra na posição j [Segue a grandeza da medida] R – Taxa de juros semestral [%] RT – Resistência na temperatura real [Ω] RT0 – Resistência na temperatura de referência [Ω] SHHT – Soma dos custos por hora dos funcionários envolvidos [R$/h] SMateriais – Soma dos produtos [R$] Sn – Rendimento mensal da poupança [R$] s – Desvio padrão [Segue a grandeza da medida] T – Temperatura real [K] T – Tempo de uma hora [horas] ta – Tempo de um ano [anos] TA – Tempo em cada ponto [horas] tc – Tempo de duração de um ciclo [horas] T0 – Temperatura de referência [K] TIR – Taxa interna de retorno [%] tj – Taxa anual de juros [%] tp – Tempo necessário para realizar o projeto [h] tPB – Payback [anos] tr – Tempo de retorno do investimento [anos]; tr’ – Tempo de duração do investimento [meses] u – Incerteza padrão avaliada, podendo ser tipo A ou B [Segue a grandeza da medida] ua – Incerteza tipo A [Segue a grandeza da medida] uaBayes – Incerteza tipo A com Fator de Bayes [Segue a grandeza da medida] ubquad – Incerteza tipo B para distribuição quadrangular [Segue a grandeza da medida] Uc – Incerteza expandida [Segue a grandeza da medida] ubnorm – Incerteza tipo B para distribuição normal (Segue a grandeza da medida); ubquad – Incerteza tipo B para distribuição trapezoidal [Segue a grandeza da medida]
  16. 16. ubtrian – Incerteza tipo B para distribuição triangular [Segue a grandeza da medida] u1 e u2 – Exemplos de incertezas [Segue a grandeza da medida] VA – Valor do investimento [R$] valora – Gasto em combustível por ano [R$/ano] VR – Valor de aquisição do título [R$], próprio para cada título NTN VLRpré – Rendimento líquido para título CDB préfixado [R$] VLRpré – Rendimento líquido para título CDB pós-fixado [R$] VPL – Valor Presente Líquido [R$] x – Incerteza de uma grandeza [Segue a grandeza da medida] X – Grandeza do mensurando [Segue a grandeza da medida] X1 e X2 – Exemplos de medida [Segue a grandeza da medida] Y – Mensurando [Segue a grandeza da medida] y – Incerteza de um mensurando [Segue a grandeza da medida] YTM – Rentabilidade do título [%] α – Tempo de lucro [anos] β – Fator de projeto do termistor, especificado pelo fabricante [adimensional] β – Largura do topo [Segue a grandeza da medida] 𝑢 𝑐 𝑖𝑛𝑑 – Incerteza combinada para grandezas independentes [Segue a grandeza da medida] µconsMec – Incerteza associada a medição de consumo de ConsMec [L] µconsElet – Incerteza associada a medição de consumo de ConsElet [L] 𝑢 𝑐 𝑐𝑜𝑟 – Incerteza combinada para grandezas correlacionadas [Segue a grandeza da medida] σ – Massa específica do Diesel [kg/m3 ] 𝜐 𝑒𝑓𝑓 – Grau de liberdade efetivo [adimensional] 𝜐𝑖 – Grau de liberdade [adimensional] %p – Porcentagem de percurso [%]
  17. 17. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 19 1.1 MOTIVAÇÃO...................................................................................................... 19 1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO...................................................................................... 19 1.3 OBJETIVOS ....................................................................................................... 20 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO........................................................................... 20 2 O SISTEMA FERROVIÁRIO.................................................................................. 22 2.1 INTRODUÇÂO ................................................................................................... 22 2.1.1 O sistema ferroviário brasileiro.................................................................... 22 2.2 A LOCOMOTIVA DIESEL-ELÉTRICA................................................................ 23 2.2.1 Origem ............................................................................................................ 23 2.2.2 Funcionamento.............................................................................................. 24 2.2.3 A locomotiva diesel-elétrico da GE.............................................................. 30 3 O SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL.................................................... 34 3.1 O MONITORAMENTO DO MOTOR DIESEL ..................................................... 34 3.1.1 Sistema de injeção mecânica ....................................................................... 34 3.1.2 Sistema de injeção eletrônica....................................................................... 42 3.2 SISTEMAS AUXILIARES DO MOTOR DIESEL................................................. 47 3.2.1 Sistema de filtragem do ar de admissão ..................................................... 47 3.2.2 Sistema de combustível................................................................................ 48 3.2.3 Sistema de lubrificação................................................................................. 49 3.2.4 Sistema de resfriamento de água................................................................. 50 3.2.5 Sensores......................................................................................................... 51 3.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS GOVERNADORES............................................... 59 3.3.1 Vantagens e desvantagens........................................................................... 59 3.3.2 Turboalimentador .......................................................................................... 60 3.3.3 Dispositivos de proteção .............................................................................. 60
  18. 18. 4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO ....................................... 61 4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS .......................................................................... 61 4.1.1 Remoção e adaptação dos cabos ligados ao governador mecânico e o módulo EXC............................................................................................................. 61 4.1.2 Remoção e adaptação dos cabos da conexão do governador mecânico com circuito de controle de velocidade de rotação (DVR).................................. 63 4.1.3 Instalação das tomadas do EGU .................................................................. 64 4.1.4 Adaptação do circuito do MAPS .................................................................. 70 4.1.5 Adaptação do circuito do COPS................................................................... 71 4.1.6 Adaptação do circuito do DSS ..................................................................... 72 4.1.7 Instalação e confecção da caixa de sensores............................................. 72 4.1.8 Instalação e confecção da caixa de passagem de cabos .......................... 74 4.1.9 Instalação da tomada de diagnóstico .......................................................... 75 4.2 COMPONENTES MECÂNICOS......................................................................... 76 4.2.1 Montagem do suporte de instalação do EGU.............................................. 76 4.2.2 Calafetagem das conexões entre o bloco do motor diesel e as bombas injetoras ................................................................................................................... 77 5 TESTES ................................................................................................................. 78 5.1 TESTE DE CARGA ............................................................................................ 78 5.1.1 Teste de carga externa.................................................................................. 78 5.1.2 Teste de auto carga ....................................................................................... 79 5.2 TESTE DE CONSUMO ...................................................................................... 80 5.3 TESTE POP ....................................................................................................... 80 6 FUNDAMENTOS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO ................................................ 82 6.1 TEORIA DAS INCERTEZAS .............................................................................. 82 6.1.1 Incerteza tipo A.............................................................................................. 82 6.1.2 Incerteza tipo B.............................................................................................. 83 6.1.3 Incerteza-padrão combinada ........................................................................ 85
  19. 19. 6.1.4 Incerteza expandida ...................................................................................... 86 6.1.5 Graus de liberdade e níveis de confiança ................................................... 86 6.1.6 Operações aritméticas com incertezas........................................................ 87 7 ANÁLISE DA ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL.................................................... 88 8 ANÁLISE FINANCEIRA....................................................................................... 103 9 CONCLUSÕES E PROPOSTAS FUTURAS ....................................................... 108 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 109 APÊNDICE A - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA DASH 8 (GOVERNADOR MECÂNICO) ................................................................. 113 APÊNDICE B - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA DASH 9W (GOVERNADOR ELETRÔNICO).......................................................... 115 APÊNDICE C - TABELA DE MATERIAIS DO PROJETO DE CONVERSÃO ....... 117 ANEXO 1 – RELAÇÃO ENTRE DESVIO PADRÃO DO DESVIO PADRÃO EXPERIMENTAL DA MÉDIA PARA UM NÚMERO DE OBSERVAÇÕES INDEPENDENTES PARA UMA VARIÁVEL NORMALMENTE DISTRIBUIDA RELATIVO AO DESVIO PADRÃO DAQUELA MÉDIA.......................................... 120 ANEXO 2 – VALOR DO GRAU DE LIBERDADE DA DISTRIBUIÇÃO-t PARA UM NÚMERO DE GRAUS DE LIBERDADE QUE ABRANGE UMA PORCENTAGEM DA DISTRIBUIÇÃO ................................................................................................ 120
  20. 20. 19 1 INTRODUÇÃO 1.1 MOTIVAÇÃO Segundo o jornalista Luiz G. Gerbelli no artigo “Seis produtos são responsáveis por metade das exportações brasileiras” (2010), o Brasil tem nas commodities seu principal produto de exportação. Estas são caracterizadas como materiais de baixo valor agregado. Portanto, para que sejam competitivas é indispensável um sistema de transporte eficiente, pois o custo de transporte é uma parcela considerável do valor destes (NAZÁRIO, 2000). O método empregado no país para este tipo de carga é o intermodal sendo, para o caso da mineração, o sistema C Neste utiliza-se malhas ferroviárias para transportar o minério deste a mina até a usina, onde será refinado, para em seguida ser encaminhado ao porto e por fim ao consumidor. A partir da década de 70 houve um crescimento acelerado nos preços dos combustíveis derivados do petróleo. Esse aumento ocorreu devido, dentre outros fatores, à instabilidade político-institucional dos países produtores; implicando em uma interrupção no fornecimento. Tal situação toma uma dimensão relevante no meio ferroviário onde as despesas com combustível representam o custo de maior impacto na operação (GOMES, 1996). No ímpeto de desenvolver maneiras que permitissem a redução do consumo de combustível as empresas ferroviárias passaram a pesquisar fontes alternativas de energia (CARVALHAES, 2013) e meios que o reduzissem o consumo sem afetar a tração ferroviária, ou seja, a modificação teria que manter a mesma faixa de potência que a máquina foi projetada. Denomina-se Providência Tecnológica (PT) ao procedimento de inserção de uma nova tecnologia a um sistema já existente (GOMES, 1996). Uma forma de PT é automatizar um processo mecânico, como por exemplo, o sistema de acionamento do motor diesel de uma locomotiva. 1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO A locomotiva é a principal máquina de transporte do ramo ferroviário, sendo assim, diminuir seu consumo de combustível tem sido uma busca contínua na área de engenharia ferroviária. Em 2008, uma equipe de manutenção ferroviária de uma mineradora capixaba percebendo que o sistema de injeção das locomotivas Dash
  21. 21. 20 9M, modelo eletrônico Lucas Bryce, do fabricante GE (General Electric), apresentava baixa eficiência decidiram alterá-lo pelo modelo posterior, Dash 9W cujo modelo é eletrônico Bosch. Tal modificação foi a primeira transformação de que se tem registro no ambiente da mineradora (CARDOSO, 2013a). Em 2009 a mesma equipe repetiu tal processo só que dessa vez utilizando uma locomotiva Dash 8, cujo sistema é mecânico. O motor de combustão também foi trocado, fato que facilitou a adaptação, mas os módulos de controle do sistema de injeção não, tendo a necessidade de se modificar a programação dos módulos (CARDOSO, 2013b). 1.3 OBJETIVOS O objetivo geral deste trabalho é fornecer o embasamento técnico do processo de automação do governador, componente responsável pelo controle da injeção de combustível, da locomotiva modelo Dash 8, da fabricante General Electric (GE); englobando desde a análise de viabilidade econômica até os diagramas dos sistemas convertidos. No esforço de não apenas evitar a perda do conhecimento adquirido nas experiências passadas, mas também identificar melhorias a serem efetuadas em conversões futuras e servir de referência para trabalhos de automatização de modelos mais antigos que o em questão, visando sempre aumentar a eficiência energética da máquina. Os objetivos específicos são:  Compreender o funcionamento do sistema de injeção de combustível mecânico e eletrônico, em especial do governador;  Definir os testes que serão realizados para validar as hipóteses do trabalho e a metodologia de tratamento de dados;  Avaliar o investimento do projeto, tendo em vista rendimento e comparação se o aplicado estivesse em um fundo de investimento;  Realizar a diagramação dos sistemas adaptados, tanto elétricos quanto mecânicos, envolvidos na conversão; 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho está dividido da seguinte forma:
  22. 22. 21 O capítulo 2 trata do sistema ferroviário, em especial o brasileiro, discorrendo sobre sua evolução, importância e elementos que o compõem. Dentre estes se destacam as locomotivas diesel-elétrica, onde se mostra sua origem e funcionamento, para em seguida focar no modelo GE Dash 8, suas características e implantação na ferrovia Vitória-Minas. O capítulo 3 trata do sistema de injeção de combustível, com enfoque no governador. Mostra no início o sistema mecânico e seus modos de controle, para em seguida, se aprofundar no eletrônico. Nesta etapa exploraram-se os módulos de controle, os sistemas de sensoriamento, os sensores envolvidos e uma comparação entre os governadores. O capítulo 4 apresenta as adaptações a serem feitas na parte elétrica e mecânica, discorrendo sobre elas com o auxílio de diagramas e listas de conexões. No capítulo 5 apresenta-se os teses que foram utilizados para obter os dados que fundamentaram as conclusões do trabalho e no 6 a metodologia de tratamento de dados. O capítulo 7 trata da análise da economia de combustível, sendo assim, demonstra o procedimento de teste realizado e o processo pelo que os dados obtidos passaram para evidenciar o aumento da eficiência energética e o comportamento do consumo de combustível. O capítulo 8 foca na análise financeira, obtendo a taxa interna e o tempo de retorno, além de comparar o rendimento trazido com a transformação com o de fundos de investimentos. O capítulo 8 expõe as conclusões que podem ser feitas tendo em vista o resultado obtido da análise financeira e do estudo do comportamento do sistema de injeção após a modificação, buscando assim, evidenciar novas propostas e projetos futuros.
  23. 23. 22 2 O SISTEMA FERROVIÁRIO 2.1 INTRODUÇÃO A revolução industrial, que teve início em partes da Europa a partir do século XIX, surgiu quando os meios de produção, até então dispersos em pequenas manufaturas, foram concentrados em grandes fábricas, como decorrência do emprego da máquina na produção de mercadorias. O aumento do volume de produção e a necessidade de transportá-lo, com rapidez para os mercados consumidores, fizeram com que os empresários ingleses financiassem o que se tornaria o primeiro sistema ferroviário. Segundo Sílvio dos Santos, em Transporte ferroviário - Histórias e técnicas (2012, p.235) este sistema viário foi uma evolução do sistema de transporte: A estrada de ferro inaugurou uma etapa decisiva da história da humanidade. Ela decretou definitivamente o fim do antigo regime econômico que no domínio dos transportes se caracterizava por uma multiplicidade de serviços parciais e independentes quanto ao capital e a responsabilidade das empresas. A adesão ao novo sistema foi massiva, principalmente nos Estados Unidos da América, vindo a ser implantada no Brasil somente em 1854. 2.1.1 O sistema ferroviário brasileiro As primeiras iniciativas nacionais relativas à construção de ferrovias remetem ao ano de 1828, quando o governo imperial autorizou por carta de lei a construção e exploração de estradas em geral com o propósito de interligar as regiões do país. O material Histórico Ferroviário, produzido pelo DNIT (2010, p.1), retrata como era o transporte de mercadorias antes da implantação das ferrovias: [...] o transporte terrestre de mercadorias se processava no lombo dos burros em estradas carroçáveis. Em São Paulo, anualmente, chegavam ao porto de Santos cerca de 200 mil bestas carregadas com café e outros produtos agrícolas. A Associação Nacional de Transportadores Ferroviários (ANTF), na edição comemorativa da Revista ferroviária de abril de 2004, relata que em 1852 o governo promulgou leis que forneciam vantagens como isenção fiscal e garantia de juros sobre o capital investido. Foram beneficiadas as empresas nacionais ou estrangeiras que se interessassem em construir e explorar estradas de ferro em qualquer parte do país.
  24. 24. 23 Tais medidas refletiram na construção da estrada de ferro Mauá, que permitiu a integração das modalidades de transportes aquaviário e ferroviário, introduzindo a primeira operação intermodal. Destaca-se ainda, em 1867, a conexão dos trilhos da estrada de ferro São Paulo com Dom Pedro II, ligando São Paulo e Rio de janeiro. O governo Vargas no final da década de 1930 iniciou o processo de saneamento e reorganização das estradas de ferro e promoção de investimentos, através da aquisição de empresas estrangeiras e nacionais, assim como a unificação da administração das 18 estradas de ferro pertencentes à união, formando a sociedade anônima Rede Ferroviária Federal (RFFSA) e, nos mesmos moldes, a Ferrovia Paulista (FEPASA). De 1980 a 1992 o sistema ferroviário apresentava sério desequilíbrio técnico- operacional decorrente da degradação da infra e super estrutura dos principais segmentos de bitola métrica e da postergação da manutenção de material rodante. Esses fatores ocasionaram expressiva perda de mercado para o modal ferroviário; levando à privatização da rede. Nos anos seguintes ocorreu a extinção tanto da RFFSA quanto da FEPASA passando o controle da malha para o setor privado. 2.2 A LOCOMOTIVA DIESEL-ELÉTRICA 2.2.1 Origem A primeira locomotiva que se tem registro foi construída pelo engenheiro inglês George Stephenson (1781-1848) no ano de 1814. Em 1825, Stephenson tracionou uma composição ferroviária num percurso de 15 km a 20 km/h, montando assim não só a primeira locomotiva a vapor quanto à primeira estrada de ferro. A tração elétrica nas ferrovias surgiu como uma grande alternativa à energia gerada pelo vapor no final do século XIX. Essa tecnologia mostrou-se capaz de gerar, de maneira segura, econômica e flexível, maiores quantidades de energia que as outras então existentes (GOMI, 2000). Seu funcionamento consiste de um motor de corrente contínua acionado por conjunto motor-gerador, funcionado como fonte de energia elétrica; como mostrado na Figura 1.
  25. 25. 24 FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard Motor ccGrupo Motor-Gerador Gerador cc Motor ac Gerador Auxiliar M Volante M Fonte de corrente alternada trifásica Fonte: BORBA, 2012. Tal sistema foi proposto por Ward-Leonard em 1881 e só foi implantado em 1930 no Brasil para substituir em determinados trechos a tração a vapor. 2.2.2 Funcionamento Em 1939 começam a chegar ao país as primeiras locomotivas diesel-elétricas. Tal modelo difere do elétrico no fato de ser um sistema de produção e geração de energia elétrica, completo e isolado. Este modelo carrega sua própria estação geradora de energia, em vez de ser conectado a uma estação geradora de energia remota através de cabos aéreos ou de um terceiro trilho. Nessas máquinas a fonte de corrente alternada trifásica e o motor AC (Aternative Current ou Corrente Alternada) foram substituídos por um motor diesel, como mostrado na Figura 2. FIGURA 2 – Sistema Ward-Leonard acionado por um motor diesel Motor ccGrupo Motor-Gerador Gerador cc Gerador Auxiliar M Volante Motor Diesel Fonte: BORBA, 2012. Ao conjunto formato pelo volante , gerador auxiliar e gerador DC (Direct Current ou Corrente Contínua) denominamos gerador de tração, enquanto o reostato de circuito
  26. 26. 25 de controle de excitação e o motor DC de motor de tração, como mostrado na Figura 3. FIGURA 3 – Conjunto de tração diesel-elétrico Motor ccGrupo Motor-Gerador Gerador cc Gerador Auxiliar M Volante Motor Diesel Fonte: BORBA, 2012. Nas locomotivas tal sistema apresenta a cadeia de transmissão de energia mostrada abaixo. FIGURA 4 – Cadeia de transmissão de energia de uma locomotiva diesel-elétrica Motor Diesel Gerador de Tração Motor de Tração Rodeiro Emecânica Eelétrica Emecânica Ecinética Equímica Sistema de Transmissão Elétrica Fonte: BORBA, 2012. Onde o motor diesel converte a energia química presente no óleo combustível em energia mecânica, que será usada para movimentar o eixo virabrequim. O eixo esta acoplado ao gerador de tração que converte a energia mecânica em elétrica e a entrega ao motor de tração. Este motor tem seu eixo acoplado a um conjunto de engrenagens que convertem a energia de elétrica para mecânica. A energia mecânica das engrenagens chega ao rodeio pelo eixo da locomotiva que dá movimento ao trem. O esforço de tração desenvolvido numa máquina ideal deve ser mantido constante para toda faixa de velocidade. Nesta situação o grupo motor-gerador opera com conjungado constante, o que é impossivel, já que o motor de tração é incapaz de fornecer conjugado constante em toda sua faixa de operação (BORBA, 2012).
  27. 27. 26 Como a potência é o produto do conjugado pela velocidade tem-se que para um esforço elevado em alta velocidade , a potência requerido a máquina será maior do que ela pode oferecer. Sendo necessário um sistema de controle para manter a potência constante. A operação em potência constante produz um decréscimo contínuo no conjugado com o aumento da velocidade, diminuido igualmente o esforço de tração da locomotiva. Como mostrado na Figura 5. FIGURA 5 – Curvas de conjugado e potência Velocidade Potência Conjugado Potência constante Conjugado constante Fonte: BORBA, 2012. A variação de conjugado em função da velocidade do motor de tração pode ser controlada pela adição de um sistema de duas malhas fechadas. A primeira malha atua no sentido de manter constante a rotação do motor diesel tendo em vista cada ponto de aceleração. Como mostrado na Figura 6. FIGURA 6 – Malha de controle do motor diesel Motor DieselGovernadorAcelerador Rotação Combustível + - Fonte: BORBA, 2012. A segunda malha trata do gerador de energia e busca controlar a potência fornecida pelo gerador aos motores de tração. O diagrama de funcionamento segue abaixo.
  28. 28. 27 FIGURA 7 – Malha de controle do motor diesel Potência elétrica Energia elétrica Energia mecânica Gerador de Tração Circuito de controle de excitação e potência Regulador de carga + - Motores de tração Esforço de tração Fonte: BORBA, 2012. Na malha 1 esta presente o componente que será o foco deste trabalho: o governador. Este em conjunto com o circuito de controle, na malha 2, provém o controle, por meio de sistema PID (Proporcional Integral Derivativo), sobre a injeção de combustível; cuja composição e funcionamento serão discutidos ao longo do texto. O bloco do circuito de controle de potência e excitação, presente na segunda malha, é grande importância por garantir um esforço de tração correto para as operações de arranque, aceleração, manter a velocidade constante e realizar frenagem dinâmica. Sendo assim, é considerado o elemento principal do sistema de produção de energia de uma locomotiva diesel-elétrica, pois controla e comanda a capacidade do motor diesel, do gerador de tração e dos motores de tração. Além de regular a saída de potência dentro dos limites de potência da máquina. A faixa de controle do bloco em questão comprende a área de interpolação entre a curva de tensão-corrente para o motor diesel e o gerador de tração. Como mostrado na figura 8.
  29. 29. 28 FIGURA 8 – Malha de controle do motor diesel 3 2 1 Região de tensão excessiva Curva do gerador de tração Curva do motor diesel Região de corrente excessiva Região onde a capacidade do gerador de tração excede à do motor diesel Amperes Volts Fonte: BORBA, 2012. Para garantir a operação na faixa correta, o sistema de controle produz limitações no gerador de tração. Sendo elas de potência na área 1, de tensão na área 2 e de corrente na área 3. Como resultado destas limitações obtem-se a curva abaixo. FIGURA 9 – Curva resultante do gerador de tração Amperes Volts Fonte: BORBA, 2012. Aplicando os limites de tensão e corrente na saída do gerador de tração de uma locomotiva em seus oito pontos de aceleração obtém-se a Figura 10.
  30. 30. 29 FIGURA 10 – Curva de operação tensão-corrente do gerador de tração Fonte: BORBA, 2012. Manipulando o gráfico acima de forma que evidencie a potência e a velocidade obtida durante a aceleração, obtemos a figura abaixo. FIGURA 11 – Curva de operação potência-velocidade do gerador de tração Fonte: BORBA, 2012. 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 Tensãodogeradordetração[V] Corrente do gerador de tração [A] # 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Potência[hp] Velocidade [km/h] # 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8
  31. 31. 30 Por tal figura observa-se que na região de limite de corrente, a potência cresce linearmente, enquanto no limite da tensão, decai de forma parabólica ao aumento da velocidade. Relacionando o esforço de tração com a potência e a velocidade obtém-se a figura 12. FIGURA 12 – Curva de operação esforço trator-potência-velocidade do gerador de tração Fonte: BORBA, 2012. Observa-se pela figura acima que um limite de corrente imposto gera uma esforço de tração para baixas velocidades. 2.2.3 A locomotiva diesel-elétrico da GE A GE se estabeleceu no Brasil em 1919 com foco inicial para o mercado de equipamentos de energia elétrica. Em 1921 a empresa participou da primeira grande eletrificação ferroviária no Brasil, empreendida pela Companhia Paulista de Estradas de Ferro, em conjunto com sua filial americana. Entre o final da década de 1940 e o início da de 1960 a GE americana foi uma das principais fornecedoras de locomotivas diesel-elétricas para o Brasil. As primeiras locomotivas diesel-elétricas fabricadas pela GE do Brasil foram fornecidas no final de 1966 para a Companhia Siderúrgica Paulista, tornando-se a 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 50.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Esforçodetração[kgf] Velocidade [km/h] 550 hp 900 hp 1.250 hp 1.600 hp 1.950 hp 2.300 hp 2.650 hp 3.000 hp
  32. 32. 31 partir de então uma das principais fornecedoras de locomotivas fora dos Estados Unidos da América. O modelo U26C foi desenvolvido como parte da segunda geração de locomotivas diesel-elétrica para exportação sendo equipadas com motor diesel de quatro tempos 7FDL12, com cilindros em V e fornecendo uma potência efetiva de 2700 hp (COELHO, 2000). A energia para os seis motores de tração provia do retificador no formato de corrente contínua. Essa locomotiva foi utilizada inicialmente no serviço de minério e carga (Figura 13). FIGURA 13 - Locomotiva GE U26C em Vitória (ES) Fonte: COELHO, 2000. Devido à crescente demanda de locomotivas que suportassem maiores composições foram desenvolvidas máquinas inserindo as tecnologias de motores de 4 tempos, presente na Dash 7, e sistemas microprocessados, na sua sucessora Dash 8. 2.2.3.1 O Modelo Dash 8 Buscando produzir um modelo que incorporasse os mais recentes avanços tecnológicos e oferecesse um desempenho mais econômico, a GE em 1987 deu início à produção das locomotivas Dash 8. Dentre as tecnologias destaca-se a introdução dos módulos de controle de bordo, também chamados de microprocessadores de bordo pelo fabricante (GE, 2001). Esta inovação possibilitou
  33. 33. 32 um controle muito mais preciso de acordo com as diversas condições operacionais, tornando-se logo um grande sucesso de vendas nos Estados Unidos, devido ao seu excelente desempenho, confiabilidade e economia de combustível. Tal modelo veio equipado com a versão mais recente do tradicional motor diesel 7FDL16 de quatro tempos, turboalimentado e dotado de três microprocessadores de bordo para controle e supervisão do motor diesel, circuito do alternador principal e equipamentos auxiliares da locomotiva. O uso de microprocessadores de bordo permitiu pela primeira vez que até mesmo as menores falhas pudessem ser detectadas antes de causarem danos mais sérios à locomotiva. Estas seriam corrigidas automaticamente quando possível, ou com o auxílio do maquinista, através de um sistema programado de diagnóstico (COELHO, 2000). As primeiras locomotivas desta geração adquiridas pela estatal Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) ocorreu em 1989, quando houve uma necessidade urgente de reforço do parque de tração da Estrada de Ferro Carajás. Para atender a CVRD no menor prazo possível a GE americana forneceu em setembro deste mesmo ano locomotivas Dash 8 que estavam sendo fabricadas para a ferrovia americana CSX, com truques de 1,60 metros (CARMO, 2010). Aproveitando o fornecimento à ferrovia de Carajás, a GE em setembro de 1989 mostrou-se interessada em vender tal máquina a EFVM (Estrada de Ferro Vitória- Minas), com truque adaptado à escala métrica, substituindo cada um de três eixos por dois truques articulados de dois eixos cada, unidos por uma barra pivoteada chamada span bolster. Considerando a proposta promissora, a CVRD negociou com a GE em setembro de 1989 a encomenda de quatro exemplares para serem fabricadas pela GE do Brasil em Campinas (SP) com entrega prevista para novembro do ano seguinte. Antes mesmo das unidades ficarem prontas, a companhia demonstrou sua confiança no novo modelo, fazendo uma segunda encomenda para mais dois exemplares com entrega prevista para julho de 1991. Com esta segunda encomenda, foi negociada a previsão de entrega de todas as seis unidades para o mesmo período das subsequentes. Designadas pela GE do Brasil como modelo Dash 8 BB40-8M, as seis locomotivas entraram em serviço na EFVM numeradas na sequência de 1001 a 1006; em destaque na Figura 14 o modelo 1004.
  34. 34. 33 FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES) Fonte: Elab. Autor, 2013.
  35. 35. 34 3 O SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL 3.1 O MONITORAMENTO DO MOTOR DIESEL 3.1.1 Sistema de injeção mecânica A finalidade desse sistema é entregar a quantidade certa de combustível a cada um dos cilindros do motor. É controlado por um governador modulador que monitora a rotação do motor diesel através da injeção de combustível. O início de injeção se dá a 23º antes do PMS (Ponto morto Superior), instante onde se inicia a injeção de combustível na máquina, como mostrado abaixo na Figura 15. Tal sistema está presente nas locomotivas modelo Dash 8 e anteriores da GE. FIGURA 15 - Diagrama da injeção mecânica Fonte: ROMANHA, 2012. 3.1.1.1 O governador mecânico O governador mecânico é um dispositivo de controle de rotação eletro-hidráulico que mantém a rotação do motor, selecionada pelo operador (GE, 1985). O governador é provido de um conjunto sensor, sensível à pressão absoluta do ar, que funciona para ajustar a carga do motor em proporção à quantidade de ar fornecida, dentro da faixa do regulador de carga, a fim de assegurar uma correta mistura ar e combustível. Existe ainda um balancim e um sistema de alavancas montadas no governador com a finalidade interromper o movimento ascendente do pistão de força, através da
  36. 36. 35 ação de um limitador de combustível. Uma foto do governador fora da locomotiva é mostrada na Figura 16. FIGURA 16 - Governador mecânico isolado Fonte: BORBA, 2012. As peças principais dos conjuntos de controle de rotação e de combustível existentes no governador são: sistema de sensor de rotação (mola de controle de rotação e contrapesos), controle de regulagem de combustível (pistão de força), mecanismo de compensação (ressalto de compensação integral na válvula piloto do pistão de força, pistão amortecedor e molas), e um sistema de óleo independente (cárter de óleo, bomba de óleo, acumuladores, filtro externo e conexões); mostrados na Figura 17 nas respectivas cores: laranja, vermelho, azul e verde.
  37. 37. 36 FIGURA 17 - Governador mecânico em corte Fonte: GE, 1989.
  38. 38. 37 Os componentes de tais sistemas estão evidenciados na Figura 18 abaixo. FIGURA 18 - Governador mecânico (em evidência os componentes dos conjuntos de controle) Fonte: GE, 1989. O governador possui um sistema de óleo hidráulico autocontido, que é formado pelo cárter de armazenagem, bomba rotativa de engrenagens e acumuladores. O óleo lubrifica as peças móveis e transmite a força necessária para o funcionamento das diversas peças do governador. Para variar a rotação do motor com o manípulo de marcha, ou para manter a rotação do motor constante (apesar das variações de carga), a quantidade de combustível injetada no cilindro, que é determinado pela posição do pistão de força, deve variar. Para movê-lo, a tensão na mola de rotação é alterada e sempre que houver mudanças de marcha ou mudanças na rotação do motor (devido à variação de carga), os contrapesos irão se deslocar, alterando a posição do êmbolo na válvula piloto e controlando o fornecimento de óleo ao pistão de força.
  39. 39. 38 O pistão de força movimenta a cremalheira de controle do injetor através do eixo rotativo do governador e das articulações dos injetores. O movimento ascendente do pistão de força, que é controlado pela válvula piloto, origina em óleo sob pressão o movimento de erguer o pistão contra a pressão da mola do pistão de força. O mecanismo de compensação evita que o motor dispare ou que a rotação oscile pela suspensão do movimento do pistão de força após ele ter se deslocado o suficiente para se atingir a rotação desejada (GE, 1985). O mecanismo de compensação inclui o pistão receptor da compensação integral, pistão amortecedor e molas, e válvula agulha de compensação. O eixo de acionamento do governador, as engrenagens da bomba, a bucha rotativa e os contrapesos, giram em conjunto. Dois acumuladores proporcionam o armazenamento do óleo do governador sob pressão, e a pressão máxima do óleo do governador é controlada por um desvio em um dos acumuladores. O pistão amortecedor, centrado por molas, está localizado entre o êmbolo da válvula piloto, e o pistão de força. Este pistão é desviado pela válvula agulha e também pelas passagens que ficam abertas quando ele se desloca a certa distância da sua posição central. A pequena diferença de pressão existente nos dois lados do pistão amortecedor é transmitida ao pistão receptor da compensação no êmbolo da válvula piloto. A mola do pistão de força atua para fechar o combustível do motor. O óleo sob pressão é utilizado somente para erguer o pistão de força e aumentar o fornecimento de combustível ao motor. Segue na Figura 19 o funcionamento do governador cujos sistemas evidenciados são os mesmos da Figura 17 enquanto os itens a seguir, 3.1.1.1.1 ao 3.1.1.1.3, descrevem a sequência de eventos sob diferentes condições de operação.
  40. 40. 39 FIGURA 19 - Esquemático do funcionamento do governador mecânico Fonte: GE, 1989. 3.1.1.1.1 Diminuição da Carga ou aceleração O processo de aceleração decorre de uma diminuição da carga do motor, o que aumenta a rotação levando os contrapesos a se moverem para fora, levantando o ressalto de controle do êmbolo da válvula piloto e descobrindo as janelas de regulagem da bucha rotativa. A abertura das janelas de regulagem nessa direção permite que o óleo existente na área direita do pistão amortecedor se escoe; então ele se move para a direita, e a mola de pressão força o pistão de força para baixo. Ele fica estável até que a mola amortecedora do lado direito seja comprimida, a pressão do óleo no lado esquerdo do pistão amortecedor fica ligeiramente maior do
  41. 41. 40 que a pressão no lado direito. Essas pressões são ligadas às áreas situadas por cima e por baixo do pistão receptor de compensação no êmbolo da válvula piloto, e assim a maior pressão é sobre o êmbolo, ele é obrigado a descer, de maneira que o ressalto do êmbolo da válvula piloto inicia o fechamento das janelas, parando o movimento do pistão de força. Se o governador está corretamente ajustado, o deslocamento do pistão de força ocorrerá para corrigir a variação de carga que provocada pela aceleração. O vazamento de óleo através da válvula agulha de compensação permite então que o pistão amortecedor regresse à posição central, no qual gradualmente alivia a força exercida no topo do pistão receptor de compensação. Esta força deixa de ser necessária para manter o êmbolo da válvula piloto em sua posição central, pois durante este tempo à rotação do motor volta ao valor normal e a força exercida para fora pelos contrapesos vai sendo reduzida até ser equilibrada pela força das molas de controle de rotação. É evidente que o mecanismo de compensação descrito acima produz uma operação estável, pois permite que o governador se mova rapidamente em resposta a uma variação de rotação e, em seguida, espere que esta retorne ao normal (ROMANHA, 2012). 3.1.1.1.2 Aumento da Carga ou desaceleração O processo de desaceleração decorre da diminuição de rotação causando o movimento para dentro dos contrapesos, o que faz baixar o êmbolo da válvula piloto com a consequente abertura das janelas de regulagem. O óleo vindo dos acumuladores passa pela válvula piloto, forçando o pistão amortecedor a deslocar- se para a esquerda, movendo o pistão de força para cima, permitindo o fornecimento de mais combustível ao motor. Da compressão da mola amortecedora do lado esquerdo resulta uma pressão maior do lado direito do êmbolo amortecedor e na parte inferior do pistão receptor de compensação. Esta pressão desloca o êmbolo da válvula piloto para cima parando o movimento do pistão de força quando este já se deslocou o suficiente para corrigir a variação de carga que originou esta ação. O vazamento de óleo através da válvula agulha de compensação alivia gradativamente a força exercida na parte inferior do pistão receptor de compensação, permitindo que o pistão amortecedor volte à sua posição central. Esta força deixa de ser necessária para manter o êmbolo da válvula piloto em sua
  42. 42. 41 posição central, pois, durante este espaço de tempo, a rotação do motor volta ao seu normal. 3.1.1.1.3 Sistema de excesso de rotação O sistema de excesso de rotação é composto por um governador de excesso de rotação (mostrado na Figura 20), um link e por duas alavancas de rearme sendo uma próxima ao governador e outra no lado oposto do MD. Qualquer uma delas pode ser puxada para rearmar o sistema depois de um desligamento por excesso de rotação. FIGURA 20 - Governador de excesso de rotação Fonte: ROMANHA, 2012. A mesma alavanca poderá ser empurrada para aumentar a rotação do MD quando em funcionamento e para auxiliar o processo de partida e do acelerador do mesmo. Na Figura 21 é mostrada uma das alavancas e o link. FIGURA 21 - Alavanca de aceleração-rearme e link Fonte: ROMANHA, 2012.
  43. 43. 42 3.1.2 Sistema de injeção eletrônica A finalidade desse sistema é entregar sequencialmente uma quantidade certa de combustível a cada uma dos cilindros do motor diesel. Esse sistema monitora as pressões, as temperaturas, as rotações e posições do eixo virabrequim do MD, determinando a quantidade certa de combustível e o tempo de entrega, cujo início de injeção se dá a 82º, como mostrado na Figura 22, antes do PMS do tempo de compressão (ROMANHA, 2012). Tal sistema está presente nas locomotivas Dash 9W e posteriores, da GE. FIGURA 22 - Diagrama da injeção eletrônica Fonte: ROMANHA, 2012. 3.1.2.1 O governador eletrônico A partir de 1996 as locomotivas GE do modelo DASH 9M e 9W começam a ser equipadas com o sistema Bosh que apresenta um painel eletrônico, chamado de EGU (Electronic Governator Unit ou Unidade do Governador Eletrônico), que controla sequenciamento e a entrega de combustível em cada cilindro do MD, em tempos apropriados, por sinais enviados as bombas injetoras de combustível da bancada direita FIRP (Fuel Injection Right Panel ou Painel Direito da Injeção Eletrônica) e bancada esquerda FILP (Fuel Injection Left Panel ou Painel Esquerdo da Injeção Eletrônica). Tal equipamento permite a injeção de combustível durante o arranque do MD proporcionando uma taxa ideal do material nesta fase de funcionamento, além disso,
  44. 44. 43 gerencia um sensor de rotação para a carga imposta. A Figura 23 mostra o EGU isolado (DENARDI, 2011). FIGURA 23 - Fotografia do EGU Fonte: Elab. Autor, 2013. O governador monitora continuamente a pressão de óleo do motor e água de resfriamento para assegurar que as pressões fiquem acima do mínimo valor para cada ponto de aceleração. O equipamento é responsável por aumentar a quantidade de combustível injetado até um limite específico para cada ponto de aceleração. Se tal limite for ultrapassado, o governador receberá a informação através dos sensores e controlará a carga imposta ao MD, através do potenciômetro da carga, LCP (Load Controlled Pot ou Controlador de Carga) interno ao EGU. A redução da potência será efetuada pelo controlador EXC (Excitation Controler ou Módulo de Controle de Excitação), para que a quantidade de combustível fique dentro dos limites estabelecidos. Outra função é de monitorar a pressão do ar de admissão do MD e se esta cair abaixo dos limites especificados (a altitude aonde se encontra a locomotiva exceder o limite de 1067 metros) o módulo de controle reduzirá a potência do MD até um limite necessário para evitar altas temperaturas no coletor de exaustão de gases. O governador recebe um sinal do circuito de controle durante a parada do MD sinalizando a necessidade de se reduzir a quantidade de combustível injetado até
  45. 45. 44 zero. Os componentes que se comunicam com o EGU estão demonstrados no diagrama abaixo, Figura 24. FIGURA 24 - Diagrama de blocos do governador eletrônico Fonte: DENARDI, 2011. 3.1.2.2 O controlador CAB O CAB (Cabine Controler ou Módulo de Controle de Cabine) é o microprocessador mestre. Possui a função de controlar a operação dos outros dois módulos de controle (EXC e AUX). Tal equipamento possui as funções principais de leitura dos sinais das chaves do controle mestre ou da tomada múltipla, para determinar o modo de operação requerido pela tripulação (aceleração, frenagem, etc). Outras funções são a comunicação com os microprocessadores EXC e AUX (Auxiliar Controler ou Módulo de Controle Auxiliar) através da Brainline e com o DID (Display Interface Diagnostic ou Painel de Diagnóstico). O CAB também é responsável por trocar informações referentes ao ventilador do radiador e aos sopradores dos motores de tração, com o AUX e com isso controlar a operação destes equipamentos além dos dados relativos às condições de operação de locomotiva (GE, 2001). O microprocessador em questão também controla os disparos dos SCR’s (Silicon Controlled Rectifier ou Retificador Controlado de Silício) dos painéis AFR (Alternator Field Regulation ou Regulador do Campo Alternador), EBP (Equipment Blower Motor Drive Regulator ou Equipamento Regulador do Soprador de Acionamento do Motor) e RFP (Radiator Fan Motor Controller ou Controlador da Ventoinha do Radiador do
  46. 46. 45 Motor), além de receber os sinais de realimentação de tensão e corrente desses e de vários relés, contadores e válvulas de dreno. Por fim o equipamento monitora os diversos sistemas da locomotiva e verifica os dados principais destes armazenando, distribuindo e recuperando as informações do modelo da máquina e de seu histórico de falhas. Na Figura 25 tem-se uma fotografia do CAB instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 25 - Fotografia do controlador CAB Fonte: Elab. Autor, 2013. 3.1.2.3 O controlador EXC O controlador de excitação EXC é um dos quatro microprocessadores principais da locomotiva e considerado um escravo do CAB por receber e obedecer a comandos deste. Possui as funções de: ler as entradas analógicas do sistema, que são a corrente e tensão de propulsão, posição do regulador de carga, dados de realimentação do motor diesel, fuga de corrente para terra nos circuitos de potência, excitação, carga das baterias e dos motores auxiliares além dos sinais dos sensores de rotação. O controlador também monitora a condição do FCFP (Fuel Controler Flashover Panel ou Painel de Supressão de Flashover) e comunicar-se com o CAB e AUX, através da brainline, e com o IFC, pela linha de comunicação serial. Além das citadas o EXC controla também o BFR (Auxiliary Alternator Field Regulator ou Regulador Auxiliar do Campo Alternador) e o BRP (Battery Regulator ou Carregador de Baterias) através de seus reguladores, as bobinas dos relés e contadores, bem como os solenóides de controle de rotação do motor diesel, a aderência, potência e por fim executa comandos de proteção indicados pelo
  47. 47. 46 diagnóstico de falhas. Abaixo na Figura 26 tem-se uma fotografia do EXC instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 26 - Fotografia do controlador EXC Fonte: Elab. Autor, 2013. 3.1.2.4 O controlador AUX O controlador AUX, assim como o EXC, é um dos módulos mais importantes da locomotiva. Possui como função a leitura dos sinais dos sensores de temperatura e pressão, acionar os contadores de potência, frenagem dinâmica e partida do motor além de calcular as rotações dos sopradores e do ventilador do radiador. O controlador também possui a importante função de controlar o disparo dos painéis SCRs, convertendo a corrente contínua das baterias em alternada de baixa frequência possibilitando acionar o alternador de tração como motor de arranque. Para se utilizar o alternador de tração com tal objetivo, os pulsos de corrente nos enrolamentos do estator devem estar sincronizados com a posição física do rotor. Sendo que nesta situação o AUX determina a posição do rotor para corretamente controlar o disparo dos SCRs. Esta ação mantém o campo girante se movendo em direção à próxima posição, causando o arranque do motor diesel. O AUX fornece proteção térmica aos motores de tração, através do cálculo das suas respectivas temperaturas, controle sobre os sopradores dos equipamentos e o ventilador do radiador e assim, como os anteriores, realiza troca de dados para o diagnóstico de falhas. Na Figura 27 tem-se uma fotografia do AUX instalado numa locomotiva Dash 9W.
  48. 48. 47 FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC Fonte: Elab. Autor, 2013. 3.2 SISTEMAS AUXILIARES DO MOTOR DIESEL 3.2.1 Sistema de filtragem do ar de admissão O sistema de filtragem do ar de admissão fica situado entre o compartimento do motor diesel e a cabine do radiador e possui a função de injetar o comburente, no caso o oxigênio, à mistura no pistão permitindo a explosão e em consequência a produção de energia. Seus componentes são: a tela em V, os filtros ciclones e sacolas, o exaustor do ar sujo, o turboalimentador de roda fria e quente, as ventoinhas, a caixa do ar de admissão e a chaminé; mostrados no sistema abaixo, Figura 28. FIGURA 28 - Diagrama do sistema do ar Fonte: ROMANHA, 2012.
  49. 49. 48 O processo de injeção do ar se inicia com o ar externo sendo admitido através das telas em V e em seguida pelos filtros ciclones para retirada de componentes pesados, por turbilhonamento, que serão levados pela abertura da extremidade de cada purificador de plástico para dentro do duto de sangria, que pelo tudo de exaustão é expelido. O ar de admissão segue para os filtros sacola, que por filtragem separam as impurezas mais finas, seguindo para o turbo alimentador de roda fria, onde é pressurizado e encaminhado as ventoinhas para ser resfriado. Por fim chega à caixa de ar e é admitido para a combustão no interior dos cilindros. Na caixa de ar estão instalados sensores de pressão e temperatura que fornecerão dados de condição ao governador da máquina. Por fim os gases obtidos da combustão seguem pela descarga para acionar a roda quente da turbina e em seguida para a atmosfera, por meio da chaminé; fazendo sucção através do tubo de Venturi dos gases em suspensão no cárter. 3.2.2 Sistema de combustível O sistema de combustível é responsável por manter o fluxo de óleo diesel na medida do governador, sendo constituído pelo tanque de combustível, bomba de transferência e injetora, válvula de alívio de pressão, filtro de óleo, coletores de distribuição, injetor, válvula reguladora de pressão, visor de vidro e coletores de dreno de óleo combustível; mostrados no diagrama abaixo, Figura 29. FIGURA 29 - Diagrama do sistema de combustível Fonte: Elab. Autor, 2012. Baseado em ROMANHA, 2012.
  50. 50. 49 O óleo diesel fica armazenado no tanque de abastecimento de combustível da locomotiva, o qual está localizado entre os truques dianteiro e traseiro. A sucção fica entre o tanque e a bomba de transferência, que é acionada por um eixo acoplado a uma engrenagem, seguindo para o filtro de combustível, onde se localiza uma válvula de alívio e outra reguladora, protegendo a bomba contra sobre-pressões devido às restrições no filtro. Em seguida o óleo passa por dois coletores de distribuição paralelos e daí através de um banjo para a bomba injetora através dos tubos de alta pressão, tendo em vista que a válvula reguladora mantém os coletores pressurizados. O excesso de óleo nos coletores se encaminha pela reguladora para o visor de vidro, antes de voltar para o tanque de combustível, determinando assim a existência ou não de entrada de ar na linha de sucção da bomba, pelos coletores de dreno. Este óleo em excesso é utilizado para lubrificar as partes móveis do equipamento de injeção. 3.2.3 Sistema de lubrificação O sistema de lubrificação tem a função de fornecer óleo lubrificante a ser usado para lubrificar as partes em atrito e diminuir a temperatura das partes aquecidas do motor de combustão. O sistema é de vazão total, sendo assim, todo óleo circula pelo filtro, evitando que corpos estranhos possam contaminar o motor e seus componentes. Para evitar danos enquanto o óleo lubrificante estiver ainda frio, o motor sofre uma limitação de rotação a qual permanece até que a temperatura atinja os níveis pré- estabelecidos, enquanto para situações de excesso de temperatura ocorrerá redução gradual até marcha lenta. Em casos de diminuição de pressão, o transdutor FIOP (Fuel Injection Oil Pressure Transducer ou Transdutor de Pressão da Injeção Eletrônica de Óleo) modula a rotação até níveis aceitáveis levando a parada do motor se necessário. O óleo que sai da bomba flui para a válvula de alívio, que serve para proteger o sistema contra excesso de pressão, em seguida passa pelo resfriador, que troca calor com a água que flui dentro da tubulação interna, e flui através dos filtros para o sistema de lubrificação, como mostrado no diagrama da Figura 30.
  51. 51. 50 FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante Fonte: ROMANHA, 2012. Na galeria principal, o óleo passa através dos coletores de distribuição e ramais dentro do bloco, os quais conduzem o óleo para todos os munhões e para os mancais do eixo de comando. Ao entrar no virabrequim, o óleo flui através de passagens para os mancais das bielas seguindo para os pinos de articulação e buchas. Assim passa pelos pistões e coroas e eixo de Cames seguindo para as cruzetas das válvulas, das bombas injetoras e cabeçote dos cilindros. De lá o óleo volta para o cárter. 3.2.4 Sistema de resfriamento de água O sistema de resfriamento da água do motor diesel mantém uma temperatura constante em toda a faixa de variação de carga imposta, utilizando para isto um sistema de radiador seco. A temperatura da água é controlada através das variações na rotação do ventilador do radiador. Se o sensor EWT (Engine Water Temperature ou Sensor da Temperatura de Água do Motor) detectar temperatura excessiva na água de resfriamento, a potência do motor diesel será reduzida gradualmente até que a sua rotação diminua para a de marcha lenta. No caso da pressão de água diminuir até um ponto onde não seja segura para a operação do motor com potência total, o transdutor FIWPS (Fuel Injection Water Pressure Sensor ou Sensor da Injeção Eletrônica de Pressão da Água) faz o mesmo procedimento: reduz a rotação, tendo em vista que se a pressão continuar diminuindo o governador desligará o motor; como mostrado na Figura 31.
  52. 52. 51 FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água Fonte: ROMANHA, 2012. Quando a temperatura da água de arrefecimento se eleva a válvula de controle de fluxo é acionada para desviar o fluxo da água do reservatório para os radiadores. Por outro lado, em casos de decréscimo a válvula é desligada e caminha direto para o reservatório. Detectando alguma anormalidade no comportamento do sensor de temperatura da água o sistema tomará como referência à do óleo lubrificante e nos casos de ambos mostrarem defeito será tomado como base à temperatura ambiente. 3.2.5 Sensores 3.2.5.1 Pressão Os sensores de pressão utilizados nas locomotivas GE DASH 9W fornecem um sinal de saída, podendo ser tensão ou corrente, proporcional a esta grandeza de entrada. São do tipo piezo resistivo, ou seja, utilizam como componente de conversão um extensômetro elétrico de resistência, mostrado na Figura 32, que se baseia na variação da resistência ôhmica quando submetida a deformações. FIGURA 32 - Circuito do extensômetro elétrico de resistência Fonte: DENARDI, 2011.
  53. 53. 52 O extensor é um resistor composto por uma fina camada de material condutor, depositado sobre um composto isolante que é colado sobre a estrutura em teste, que está sobre efeito da pressão. Pequenas variações de dimensões da estrutura são transmitidas mecanicamente ao equipamento, que transforma essas em equivalentes de resistência elétrica. Tais variações geram um sinal de saída que é utilizado pelo controlador AUX, painel IFC e governador EGU para diversas funções de controle. Na locomotiva modelo DASH 8 e 9 os sensores podem ser de dois fios, com sinal de saída de corrente (4 à 20 mA) e três fios, com saída em tensão (0 à 5 V); como mostrado na Figura 33. FIGURA 33 - Sensores de pressão para locomotivas com dois e três fios, respectivamente Fonte: Elab. Autor, 2012. 3.2.5.1.1 COP O sensor COP (Crankcase Overpressure Sensor ou Sensor de Sobrepressão do Eixo Virabrequim) é responsável por enviar um sinal de pressão positiva no cárter do motor diesel ao módulo AUX. Na Figura 34 segue o sensor instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 34 – Sensor COP Fonte: Elab. Autor, 2012.
  54. 54. 53 3.2.5.1.2 FIOP O FIOP é um sensor de pressão de óleo lubrificante para injeção de combustível. Sua função é fornecer ao EGU um sinal do motor diesel usado pelo governador para reduzir a potência ou desligar o motor caso em marcha lenta esta pressão seja inferior a 7 psi ou em ponto 8 seja inferior 55 psi. Caso ocorra uma condição de baixa pressão de água de arrefecimento ou óleo lubrificante, os controladores podem iniciar desde uma gradual redução da potência da locomotiva, via controle da aceleração até o desligamento do motor. Na Figura 35 segue o sensor instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 35 - Sensor FIOP Fonte: Elab. Autor, 2012. 3.2.5.1.3 FIWPS O FIWPS é um sensor de pressão utilizado na injeção de combustível e fornece ao governador uma indicação da pressão da água de resfriamento do motor diesel. Este sinal é utilizado pelo EGU para reduzir a potência ou para desligar o motor caso em marcha lenta a pressão seja inferior a 3 psi, ou em máxima velocidade a pressão for inferior a 12 psi. 3.2.5.1.4 FIMAP O FIMAP (Fuel Injection Manifold Air Pressure ou Sensor da injeção eletrônica da pressão do ar de resfriamento) é um sensor de pressão de ar do coletor de admissão da injeção de combustível. Possui a função de fornecer ao governador a pressão de ar de admissão possibilitando o controle de carga e de combustível.
  55. 55. 54 3.2.5.1.5 MAPS O sensor MAPS (Manifold Air Pressure Sensor ou Sensor de Pressão do Ar de Admissão) é responsável por enviar sinal de pressão do coletor de admissão do motor diesel ao módulo AUX. Na Figura 36 seguem os sensores dos itens 3.2.5.1.3 ao 3.2.5.1.5 instalados numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 36 - Sensores FIWPS, FIMAP e MAPS respectivamente Fonte: Elab. Autor, 2012. 3.2.5.2 Temperatura Dentre os sensores de temperatura existentes, o utilizado nas locomotivas Dash 8 e 9W é do tipo termistor. Estes utilizam um tipo de resistor cujo valor varia com a temperatura e pertencem ao tipo NTC (Negative Temperature Coefficient ou Coeficiente de Temperatura Negativa). No modelo NTC, onde o valor da resistência ôhmica diminui com o aumento da temperatura. Tais sensores são fabricados a partir da mistura de óxidos de metais de transição, manganês, cobre e níquel. Possuem a faixa de estabilidade entre –50 a 100o C e para os que utilizam platina - 200 a 850o C. A relação de calibração entre resistência e temperatura é dado por uma função exponencial decrescente mostrada na equação 1, abaixo. RT = RT0e β[ 1 Temp − 1 T0 ] (1) Onde: β é um fator específico para cada modelo de termistor, especificado pelo fabricante (adimensional)
  56. 56. 55 RT e RT0 são as resistências na temperatura real e de referência respectivamente, expressa em Ohms (Ω) Temp e T0 são as temperaturas reais e de referência, expressas em Kelvin (K) Conforme a Apostila de Sensores e Transdutores das locomotivas Dash (ROMANHA, 2012, p.7). Na Figura 37 há um sensor de temperatura com tais características. FIGURA 37 - Sensor de temperatura para locomotiva Fonte: Elab. Autor, 2012. 3.2.5.2.1 FIMAT O sensor de temperatura do ar do coletor de admissão da injeção de combustível, FIMAT (Fuel Injection Engine Air Temperature) está localizado na direção do cilindro 8E do coletor. Fornece a informação da temperatura do ar ao EGU para controle da taxa de injeção de combustível. Sua resistência à temperatura ambiente de 25⁰C é de 40 kΩ e na Figura 38 tem-se uma fotografia deste instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 38 - Sensor FIMAT Fonte: ROMANHA, 2012
  57. 57. 56 3.2.5.2.2 FIEWT O FIEWT (Fuel Injection Engine Water Temperature ou Sensor da Injeção Eletrônica de Temperatura da Água) está localizado na tubulação de água de arrefecimento do motor diesel, na direção do cilindro 8E. Possui como função fornecer tal grandeza ao governador para controle da taxa de injeção de combustível e controle da carga do motor. Sua resistência à temperatura ambiente de 25⁰C é igual a do item anterior e abaixo segue uma fotografia deste, Figura 39, instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 39 - Sensor FIEWT Fonte: ROMANHA, 2012. 3.2.5.3 Rotação Os sensores indutivos de rotação são compostos por um cartucho hermético cujo interior se encontra um núcleo polar, imã permanente, e um enrolamento elétrico de cobre. O campo magnético existente no imã relaciona tanto o enrolamento, como os dentes da engrenagem. Quando um dente está diante do sensor, o fluxo magnético é máximo. Por outro lado, quando em frente ao sensor se apresenta um vão, o fluxo é mínimo, como mostrado na Figura 40.
  58. 58. 57 FIGURA 40 - Componentes internos do sensor de rotação Fonte: DENARDI, 2011 A variação devida à passagem dos dentes e dos vãos diante do sensor provoca uma variação do campo magnético do núcleo imantado, gerando assim, forças eletromotrizes induzidas na bobina do sensor, que são enviadas a um circuito conversor analógico-digital existente no controlador EXC para tratamento do dado. Na Figura abaixo, 41, é mostrado este sensor fora da locomotiva. FIGURA 41 - Sensor indutivo de rotação para locomotiva Fonte: Elab. Autor, 2012. 3.2.5.3.1 EPS O EPS (Engine Position Sensor ou Sensor de Posição do Eixo do Motor) é um sensor magnético de posição que fornece um pulso a cada duas voltas do eixo de comando, possibilitando assim a partida do motor diesel, já que é o sinal de referência usado pelo governador para iniciar a sequência de acionamento das bombas injetoras. Possui uma resistência interna que varia de 45 a 60 Ω enquanto o pulso corresponde ao PMS do cilindro 1D. Na Figura 31 é mostrado este sensor instalado numa locomotiva Dash 9W.
  59. 59. 58 FIGURA 42 - Sensor EPS Fonte: ROMANHA, 2012. 3.2.5.3.2 CNK1 e CNK2 Os sensores de manivela enviam para o governador um sinal proporcional a 1 pulso a cada 6o de revolução do motor diesel possibilitando assim a partida e o funcionamento contínuo do mesmo, sendo que em dois pontos, separados entre si de 180o , este sinal é omitido; totalizando assim 58 pulsos para cada volta do eixo virabrequim. A falta desses dois dentes na engrenagem gera um sinal de referência que permite a unidade de injeção eletrônica identificar a posição de cada cilindro e o correto sentido de giro do motor diesel. Após receber o sinal do sensor EPS e o governador ler os pulsos emitidos pelos sensores CNK (Crank Sensor ou Sensor do Eixo Virabrequim), se determina via software a correta sequência de acionamentos da bomba injetoras. Durante o funcionamento do motor diesel, um sensor fica ativo e o outro em stand by. É através dos sensores CNK que o EGU monitora a rotação do motor sendo que no caso de falha em ambos ocorrerá parada deste. As resistências internas variam de 45 a 60 Ω. Na Figura 43 tem-se este sensor em evidência. FIGURA 43 - Sensores CNK1 e CNK2 Fonte: Elab. Autor, 2012.
  60. 60. 59 3.2.5.3.3 DSS O sensor DSS (Diesel Speed Sensor ou Sensor de Velocidade de Rotação do Motor) é responsável por enviar sinal de rotação do motor diesel ao módulo EXC. Na Figura 44 abaixo segue o instalado numa locomotiva Dash 9W. FIGURA 44 – Sensor DSS Fonte: ROMANHA, 2012. 3.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS GOVERNADORES Apesar dos governadores seguirem mesmo procedimento de funcionamento, existem caractéristicas estruturais que em alguns casos tornam a operação de um melhor que a outro e outras que dificultam a manutenção em relação aos mesmos. 3.3.1 Vantagens e desvantagens O governador mecânico, por utilizar de um sistema pneumático para controle da injeção está exposto a problemas causado por atrito e vibrações. Enquanto o eletrônico, devido a sua estrutura de circuito elétrico, não. Outra vantagem do eletrônico perante seu antecessor é a maior quantidade de sensores: de rotação, pressão e temperatura; como mostrado no item 3.2.5. Assim como apresentar tempo de injeção variável, o que pode ser visto comparando as Figuras 15 e 22, e permitir uma melhor pulverização do combustível, pois este chega ao pistão com maior pressão, devido ao melhor sensoriamento, o quê resulta em menor acúmulo de carbonização (GE, 2003). O sistema mecânico, em contrapartida, permite troca de componentes, devido a sua estrutura, enquanto ao EGU, em caso de falha interna, deve-se trocar todo o governador.
  61. 61. 60 3.3.2 Turboalimentador O turboalimentador é o componente do sistema de ar de admissão responsável por pressurizar o ar de entrada. Quando maior a pressão do ar que chega as ventoinhas, e em consequências aos pistões, maior é a pulverização de combustível durante a injeção. Uma melhor pulverização resulta em um maior aproveitamento do combustível injetado (ROMANHA, 2012). O sistema eletrônico mostra-se mais vantajoso que o mecânico por permitir que o ar atinja maiores valores de pressão. Tal fato ocorre pelo eletrônico apresentar pás mais eficientes que o mecânico e sobretudo um sensoriamento pelo sensor FIMAP. A existência deste sensor permite uma entrega de ar de admissão com uma pressão mais correta se comparada com um sistema que não o possui. 3.3.3 Dispositivos de proteção Os dois governadores oferecem proteção contra sobrevelocidade do eixo do MD, porém devido a existência de sensores a mais no modelo eletrônico obtém-se sinais que permitem o funcionamento de dispositivos de proteção. O dispositivo de desligamento por baixa pressão de óleo lubrificante e de água de resfriamento são exemplos, já que utilizam dados fornecidos pelo FIOP e FIWPS, respectivamente. Tal situação se repete quanto ao dispositivo de sobre e subtemperatura da água e do ar de admissão, pelos sensores FIEWT e FIMAT, respectivamente. No sistema eletrônico existem ainda o dispositivo de sobrepressão no cárter do MD e de filtro obstruído de ar, que consistem de transdutores eletrônicos associados a um diafragma. Os dispositivos citados atuam diminuindo a potência produzida no motor diesel e em casos críticos seu desligamento.
  62. 62. 61 4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO 4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS Tendo em vista comparações entre os os diagramas elétricos dos governadores dos sistemas mecânicos e eletrônicos, presentes nos arquivos GE TRANSPORTATION SYSTEMS de 1987 (Dash 8) e 2000 (Dash 9) respectivamente, evidenciam-se quais modificações devem ser feitas para o funcionamento correto do sistema de injeção. As modificações presentes nos itens a seguir não constam nos manuais do fabricante. 4.1.1 Remoção e adaptação dos cabos ligados ao governador mecânico e o módulo EXC Como todo o sistema mecânico será removidos, os cabos que ligam o governador ao controlador EXC devem retirados e isolados para futura conexão com o EGU, bem como os sensores ligados a ele como o RPS (Rail Position Sensor ou Sensor de Posição do Pistão de Potência do Governador), o potenciômetro de ajuste de carga e os sensores de pressão OPS (Oil Pressure Sensor ou Sensor de Pressão de Óleo) e WPS (Water Pressure Sensor ou Sensor de Pressão de Água). Abaixo segue parte do diagrama elétrico anterior, Figura 45, e na 46 o atualizado. Os componentes a serem modificados estão em verde e seus respectivos cabos de conexão em azul. Tal nomenclatura se repete nos diagramas de todo item 4.1. FIGURA 45 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC evidenciando as partes removidas Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987.
  63. 63. 62 O circuito modificado fica: FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987. Para facilitar o entendimento segue a lista de cabos, Tabela 1, a serem removidos e instalados: TABELA 1 - Lista de cabos a serem removidos da conexão governador-EXC CABOS LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO 9EP1 GOV-G TB1N – L - - 1LO1 GOV-H TB1P – S EGU-C11 TB1P-S 1YB1 GOV-J TB1L – T EGU-C15 TB1L – T 4EN1 GOV-K TB1L – N - - 10EP1 GOV-L EP - - 1TO1 GOV-M TB1L – W EGU-C9 TB1L – W 1RPAW1 971-R TB1M – A EGU-C37 TB1M – A 1RPAB1 971-P TB1M – B EGU-C42 TB1M – B 1RPCW1 971-G TB1M – C EGU-C36 TB1M – C 1RPCB1 971-E TB1M – D EGU-C41 TB1M – D Fonte: Elab. Autor, 2013. Os cabos utilizados nessas conexões são do tipo condutor único, de cobre com revestimento de estanho, tendo isolamento a calor, umidade e abrasão. Possui diâmetro de 1.31 mm2 e envelope reticulado, conforme especificado pelo fabricante (GE TRANSPORTATION SYSTEMS, 1981).
  64. 64. 63 4.1.2 Remoção e adaptação dos cabos da conexão do governador mecânico com circuito de controle de velocidade de rotação (DVR) Diferente do item anterior, onde os cabos de conexão entre o governador e o módulo podiam ser facilmente substituído pelo eletrônico, no caso do DVR há a necessidade de se substituir um dos relés de 4 contatos para 5, o mesmo utilizado nas séries Dash 9 em diante, como mostrado nas Figuras 47 e 48. FIGURA 47 - Detalhe do diagrama unifilar da conexão Governador-DVR evidenciando as partes removidas Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987.
  65. 65. 64 FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. E a lista das conexões a serem retiradas e feitas é: TABELA 2 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador-DVR CABOS LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO 2LCN LCN DVR - 4C B61 DVR - 4C 3LCN LCN DVR - 4C B61 DVR - 4C 34N - - N DVR - 4C 79LCP1 - - LCP DVR - 5B 30PO - - PO DVR - 5C Fonte: Elab. Autor, 2013. Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 6.1.1. 4.1.3 Instalação das tomadas do EGU A conexão do EGU ocorre por três tomadas, sendo assim faz-se necessário estabelecer tais conexões para o funcionamento correto da máquina (PEDRO, 2009).
  66. 66. 65 4.1.3.1 Ligação da tomada A do EGU A tomada A é responsável pela conexão do EGU ao módulo de diagnóstico, presente no AUX (DENARDI, 2009), e com os sensores, mostrados no item 4.2.5, como mostrado na Figura 49. FIGURA 49 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada A do EGU Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. Na Tabela 3 estão os cabos a seres inseridos. TABELA 3 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (A) CABO ORIGEM DESTINO 1RPCM1 EGU-A3 TB1M – C 1RPCB1 EGU-A4 TB1M – D MKTS EGU-A7 ECA-P – C MKTW EGU-A8 ECA-P – B MKTB EGU-A9 ECA-P – A CMSB EGU-A10 EPS – A CMSW EGU-A11 EPS – B CMSS EGU-A12 EPS – MALHA NKTS EGU-A13 ECA-P – F
  67. 67. 66 NKTW EGU-A14 ECA-P – E NKTB EGU-A15 ECA-P – D OPW EGU-A19 FIS-S – E OPB EGU-A20 FIS-S – F OPS EGU-A21 MALHA WPN EGU-A23 FIS-S – G WPB EGU-A24 FIS-S – H WPS EGU-A25 MALHA MAPW EGU-A26 FIS-S – J MAPB EGU-A27 FIS-S – K MAPS EGU-A28 MALHA 99GRC EGU-A29 GND 1CSIB1 EGU-A30 COMUM 1CSIW1 EGU-A31 COMUM 1CSIR1 EGU-A32 COMUM 1CSIS1 EGU-A33 MALHA MATW EGU-A34 FIS-S – A MATB EGU-A35 FIS-S – B CKW EGU-A36 FIS-S – C CKB EGU-A37 FIS-S – D Fonte: CARDOSO, 2010c. Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 4.1.1.
  68. 68. 67 4.1.3.2 Ligação da tomada B do EGU A tomada B do governador eletrônico é responsável pela conexão deste as bombas injetoras, como mostrado na Figura 50. FIGURA 50 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada B do EGU Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. Na Tabela 4 estão os cabos a seres inseridos. TABELA 4 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (B) CABO ORIGEM DESTINO RPPA EGU-B1 FIP-S – J 12RPPA EGU-B2 FIP-S – T LPPA EGU-B3 FIP-S – W 12LPPA EGU-B4 FIP-S – V RPNA EGU-B5 FIP-S – K RPNC EGU-B6 FIP-S – M RPNG EGU-B7 FIP-S – R RPND EGU-B8 FIP-S – N RPNH EGU-B9 FIP-S – S RPNF EGU-B10 FIP-S – Q RPNB EGU-B11 FIP-S – L RPNE EGU-B12 FIP-S – P LPNA EGU-B15 FIP-S – A
  69. 69. 68 LPNC EGU-B16 FIP-S – C LPNG EGU-B17 FIP-S – G LPND EGU-B18 FIP-S – D LPNH EGU-B19 FIP-S – H LPNF EGU-B20 FIP-S – F LPNB EGU-B21 FIP-S – B LPNE EGU-B22 FIP-S – E 16FPN1 EGU-B32 TB1M – M 2FPA1 EGU-B34 FPR – 2A 3FPA1 EGU-B35 FPR – 2A 17FPN1 EGU-B37 TB1M – M Fonte: CARDOSO, 2010c. Os cabos utilizados nessas conexões são do tipo condutor único, de cobre com revestimento de estanho, tendo isolamento de borracha a produtos químicos do óleo e seus derivados (etileno e propileno). Seu envelope é de um composto de Neopreme que o adequa a operar à 90o C e possui o diâmetro de 2,08 mm2 especificado pelo fabricante (GE TRANSPORTATION SYSTEMS, 1981).
  70. 70. 69 4.1.3.3 Ligação da tomada C do EGU A tomada C do governador eletrônico é responsável pela conexão deste ao sistema de controle de velocidade de rotação, tratado no item 6.1.2 e ao EXC para os sinais de pressão de óleo e água, como mostrada na Figura 51. FIGURA 51 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada C do EGU Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. Na Tabela 5 estão os cabos a seres inseridos. TABELA 5 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (C) CABO ORIGEM DESTINO 75EP1 EGU-C1 TB1P – M 76LCP1 EGU-C2 TB1P – M 77LCP1 EGU-C3 TB1P – M 78LCP1 EGU-C4 TB1P – M DVRE EGU-C5 DVR – 5A 31EP1 EGU-C6 TB1N – L 1CE1 EGU-C7 TB1S – B 32EP1 EGU-C8 TB1N – L 1T01 EGU-C9 TB1L – W 33EP1 EGU-C10 TB1N – L 1L01 EGU-C11 TB1P – S 35EP1 EGU-C12 TB1N – L
  71. 71. 70 4EN1 EGU-C14 TB1L – V 1YB1 EGU-C15 TB1L – T 34EP1 EGU-C18 TB1N – L P0PR EGU-C19 FIS-S – L 1ET1 EGU-C21 TB1P – G 1EY1 EGU-C22 TB1P – H 1EV1 EGU-C23 TB1P – J 1EB1 EGU-C24 TB1P – K Fonte: CARDOSO, 2010c. Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 4.1.1. 4.1.4 Adaptação do circuito do MAPS Assim como os sensores do item 3.1.3.1 o sensor MAPS não está ligado diretamente ao EGU e sim aos conectores FIS (Fuel Injection Connector ou Conector da Injeção Eletrônica) e deste para o módulo AUX. Por estar presente também no governador mecânico deve-se trocar a sua conexão que era 971-A para FIS, como mostrado abaixo nas Figuras 52 e 53. FIGURA 52 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987. FIGURA 53 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX modificado Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. Como no item 4.1.1 segue a Tabela 6 com as conexões a serem modificadas. TABELA 6 - Lista de cabos a serem conectados na ligação MAPS-AUX CABO LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO
  72. 72. 71 MPAR1 971-A TB1M – J FIS-W TB1M – J MPAW1 971-B TB1M – K FIS-V TB1M – K MPAB1 971-C TB1H – L FIS-U TB1H – L MPAS TB1P TB1M – H FIS-S TB1M – H Fonte: Elab. Autor, 2013. Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 4.1.1. 4.1.5 Adaptação do circuito do COPS A modificação no sensor COPS, assim como a do item anterior, trata apenas de trocar a ligação que ia para o 971 para o FIS, como mostrado abaixo. FIGURA 54 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987. FIGURA 55 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX modificado Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. A Tabela 7 mostra as conexões a serem modificadas. TABELA 7 - Lista de cabos a serem conectados na ligação COPS-AUX CABO LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO 1CCPR1 971-L TB1L – N FIS-T TB1L – N 1CCPW1 971-K TB1L – M FIS-S TB1L – M 1CCPB1 971-J TB1L – L FIS-R TB1L – L Fonte: Elab. Autor, 2013 Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 4.1.1.
  73. 73. 72 4.1.6 Adaptação do circuito do DSS O sensor DSS, assim como os outros acima, tem sua conexão trocada do terminal 971 para o conector FIS com a adição de um cabo shield para maior proteção, como mostrado nas figuras a seguir. FIGURA 56 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987. FIGURA 57 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC modificado Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 2000. A Tabela 8 mostra as conexões a serem modificadas. TABELA 8 - Lista de cabos a serem conectados na ligação DSS-EXC CABOS LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO 1DSSW1 971-N TB1P – W FIS-S – X TB1P – W 1DSSB1 971-S TB1P – V FIS-S – Z TB1P – V 1DSSS1 971-M TB1P – X FIS-S – X TB1P – X Fonte: Elab. Autor, 2013. Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 4.1.1. 4.1.7 Instalação e confecção da caixa de sensores Para garantir o funcionamento dos sensores FIWPS, FIMAP e MAPS é necessário confeccionar uma caixa de proteção que facilite a conexão destes com os cabos do governador eletrônico, como mostra o manual no fabricante (GE, 2000), Figura 58.
  74. 74. 73 FIGURA 58 – Diagrama da caixa de sensores Fonte: GE, 2000. Tal sistema na locomotiva Dash 8 será instalado em um bloco próximo a estação de partida do motor, perto do cilindro 8E, como mostrado na Figura 59. FIGURA 59 - Caixa de sensores instalada na locomotiva Dash 8 Fonte: Elab. Autor, 2013.
  75. 75. 74 4.1.8 Instalação e confecção da caixa de passagem de cabos Buscando melhorar o aspecto estético e diminuir o número de eletrodutos dispersos pelo motor diesel, fatores que podem ser causadores de falhas, se utiliza uma caixa de condutores para fazer a ligação dos conectores FIS e outros sensores ao EGU; como mostrado na Figura 60 do manual. FIGURA 60 - Diagrama da caixa de passagem de cabos Fonte: GE, 2001. A caixa de passagem deverá ser instalada logo abaixo da caixa de sensores, item anterior, como mostrado abaixo na Figura 61. FIGURA 61 - Caixa de passagem de cabos instalada na locomotiva Dash 8 Fonte: Elab. Autor, 2013.

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