Apostila Sistema de Freios - UNIVIX

Faculdade Brasileira - UNIVIX

Dinmica e Frenagem Ferroviria

Elaborado por:

Jos Luiz Borba Mauro Antnio BergantiniCoordenadores do Programa: Jos Heleno Ferracioli Nunes Isabela de Freitas Costa V. Pylro

Vitria - ES Fevereiro 2011

Prefcio

Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina. Cora Coralina

Ps Graduao em Engenharia Ferroviria

Dinmica e frenagem Ferroviria

Sumrio1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.1.1 2.2.1.2 2.2.1.2.1 2.2.1.2.2 2.2.1.2.3 2.2.1.2.4 2.2.1.2.5 2.2.1.3 2.2.1.3.1 2.2.1.3.2 2.2.1.3.3 2.2.1.3.4 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.1.1 2.2.2.1.2 2.2.2.2 2.2.2.2.1 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.2.5 2.2.3 2.2.3.1 2.2.3.1.1 Freio Automtico......................................................................................... 1 Introduo .................................................................................................. 2 Histrico ..................................................................................................... 4 Equipamento de Freio 26-L.......................................................................... 9 Introduo ................................................................................................ 10 Equipamentos das locomotivas ................................................................. 11 Sistema de alimentao de ar comprimido ................................................ 13 Produo de ar comprimido ...................................................................... 14 Funcionamento do compressor ................................................................. 16 Armazenamento do ar comprimido ........................................................... 18 Vlvula de dreno automtico ..................................................................... 19 Torneira de isolamento do reservatrio principal....................................... 21 Vlvula de segurana E7-C ........................................................................ 22 Vlvula de reteno do reservatrio principal ............................................ 23 Torneira Interruptora ................................................................................ 24 Condicionamento do ar comprimido ......................................................... 25 Regulador do compressor ......................................................................... 26 Torneira de sobrecarga do compressor ..................................................... 28 Manmetros duplos de ar ......................................................................... 29 Filtros e secador de ar ............................................................................... 30 Distribuio .............................................................................................. 32 Encanamento geral.................................................................................... 33 Vlvula de freio de emergncia ................................................................. 34 Vlvula de descarga n. 8 ou vlvula de descarga KM ................................ 35 Encanamento equilibrante dos reservatrios principais ............................. 37 Vlvula de reteno do encanamento equilibrante dos reservatrios principais .................................................................................................. 38 Encanamento equilibrante dos cilindros de freio ....................................... 39 Torneiras extremas ................................................................................... 40 Mangueiras de freio .................................................................................. 41 Controle.................................................................................................... 43 Manipulador automtico 26-C ................................................................... 44 Punho do manipulador automtico ............................................................ 46 Professor: Jos Luiz Borba I

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.3.1.2 2.2.3.1.3 2.2.3.1.4 2.2.3.1.5 2.2.3.1.6 2.2.3.1.7 2.2.3.1.8 2.2.3.1.9 2.2.3.1.10 2.2.3.2 2.2.3.2.1 2.2.3.2.1.1 2.2.3.2.2 2.2.3.2.2.1 2.2.3.2.3 2.2.3.2.4 2.2.3.2.5 2.2.3.2.5.1 2.2.3.2.6 2.2.3.2.6.1 2.2.3.3 2.2.3.3.1 2.2.3.3.1.1 2.2.3.4 2.2.3.4.1 2.2.3.5 2.2.3.6 2.2.3.6.1 2.2.3.7 2.2.4 2.2.4.1 2.2.4.1.1 2.2.4.2 2.2.4.3 2.2.4.4


Vlvula interruptora do manipulador automtico ....................................... 49 Vlvula reguladora .................................................................................... 51 Vlvula-rel ............................................................................................... 52 Vlvula Interruptora do encanamento geral ............................................... 53 Vlvula de descarga .................................................................................. 54 Vlvula de emergncia .............................................................................. 55 Vlvula de supresso ................................................................................. 56 Reservatrio equilibrante .......................................................................... 57 Vlvula Interruptora do reservatrio equilibrante ....................................... 58 Manipulador independente SA-26 .............................................................. 59 Vlvula de Controle 26-F ........................................................................... 62 Funcionamento da vlvula de controle 26-F ............................................... 68 Vlvula-rel J-1 .......................................................................................... 74 Funcionamento da vlvula-rel J-1 ............................................................. 76 Vlvula-rel J-1.6.16 ou vlvula-rel J-1.4.14 .............................................. 78 Vlvula-rel HB-5 ....................................................................................... 80 Vlvula de transferncia MU-2A ................................................................. 81 Funcionamento da vlvula MU-2A .............................................................. 82 Vlvula seletora F-1 ................................................................................... 84 Funcionamento vlvula seletora F-1 ........................................................... 86 Controles de segurana do trem................................................................ 89 Vlvula de aplicao de freio P2-A ............................................................. 91 Funcionamento da vlvula de aplicao de freio P2-A ................................ 94 Dispositivo de proteo contra fracionamento de trem quebra de trem .......................................................................................................... 98 Funcionamento da vlvula interruptora de carregamento A-1 .................... 99 Dispositivo de intertravamento do freio dinmico .................................... 103 Equipamento de controle de patinao de rodas ..................................... 104 Funcionamento do equipamento de controle de patinao de rodas ........ 105 Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107 Aplicao ................................................................................................ 109 Cilindro de Freio ..................................................................................... 110 Criao de presso no cilindro de freio da locomotiva ............................. 112 Ajustador de folga................................................................................... 113 Sapatas de freio ...................................................................................... 114 Freio manual da locomotiva .................................................................... 118

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Professor: Jos Luiz Borba

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.3 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.3 2.3.2 2.3.2.1.1 2.3.2.1.2 2.3.2.1.3 2.3.2.1.4 2.3.2.2 2.3.2.2.1 2.3.2.3 2.3.3 2.3.3.1 2.3.3.2 2.3.3.3 2.3.4 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3


Equipamentos dos vages ....................................................................... 120 Distribuio ............................................................................................ 122 Torneiras extremas ................................................................................. 123 Mangueiras de freio ................................................................................ 125 Vlvula de descarga ................................................................................ 126 Controle.................................................................................................. 127 Vlvula de controle AB ............................................................................ 129 Vlvula de controle ABD .......................................................................... 132 Vlvula de controle ABDW ....................................................................... 134 Vlvula de controle DB-60 ....................................................................... 135 Reservatrio combinado .......................................................................... 136 Coletor de p combinado com torneira de isolamento............................. 138 Retentor de controle de alvio ................................................................. 139 Aplicao ................................................................................................ 141 Timoneria de freio .................................................................................. 142 Equipamento vazio/carregado ................................................................. 144 Ajustador automtico de folga ................................................................ 153 Freio manual dos Vages ........................................................................ 155 Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador .................................. 157 Introduo .............................................................................................. 158 Mdulo de Processador Integrado - IPM ................................................... 162 Unidade de controle eletropneumtico EPCU......................................... 165 Mdulo de interligao dos rels RIM ................................................... 168 Vlvula de freio eletrnico EBV ............................................................. 169 Mdulo de interface com o operador ou display OIM ............................ 171 Freio Eletro Pneumtico de Vages .......................................................... 173 Conceitos bsicos ................................................................................... 174 Sistema de controle de freio EP-60 .......................................................... 176 Equipamento da locomotiva .................................................................... 177 Equipamento do vago ............................................................................ 184 Dispositivo auxiliar da extremidade do trem AED ................................. 188 Comunicaes da linha do trem .............................................................. 190 Frenagem do trem .................................................................................. 191 Inicializao do trem ............................................................................... 192 Bloqueio de segurana da linha do trem .................................................. 193 Varredura manual ................................................................................... 194 Professor: Jos Luiz Borba III

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.4 4.4.1 5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 6 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.3.6 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4 6.4.5


Configurao do trem ............................................................................. 195 Comandos de frenagem .......................................................................... 196 Registro de dados ................................................................................... 197 Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199 O sistema WireDP .................................................................................... 200 Dinmica da Frenagem ............................................................................ 203 Introduo .............................................................................................. 204 Fora de frenagem .................................................................................. 209 Fora transmitida pelos cilindros ............................................................. 210 Relao Total de alavancas ...................................................................... 211 Rendimento da timoneria ........................................................................ 213 Exemplo .................................................................................................. 214 Taxa de frenagem ................................................................................... 215 Exemplo .................................................................................................. 216 Taxa de frenagem dos vages ................................................................. 217 Taxa de frenagem das locomotivas ......................................................... 218 Exemplo .................................................................................................. 219 Manuseio dos Trens ................................................................................ 221 Introduo .............................................................................................. 222 Recomendaes na operao dos freios .................................................. 223 Partida de um trem ................................................................................. 225 Trecho em nvel ...................................................................................... 226 Trecho em rampa ascendente.................................................................. 227 Trecho em rampa descendente................................................................ 229 Trecho em rampa ascendente com movimento a r ................................. 230 Trecho em rampa descendente com movimento a r e com trem esticado .................................................................................................. 231 Trecho em rampa descendente com movimento a r e com o trem encolhido ................................................................................................ 232 Parada de um trem .................................................................................. 233 Trecho em rampa descendente com auxlio do freio dinmico ................. 234 Trecho em rampa descendente sem auxlio do freio dinmico ................. 236 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido ............................. 237 Trecho em rampa ascendente com o trem esticado por reduo do acelerador ............................................................................................... 238 Trecho em rampa ascendente trem encolhido com movimento a r ......... 239 Professor: Jos Luiz Borba IV

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 6.4.6 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4 6.5.5 6.5.6 7 7.1


Trecho em rampa descendente trem esticado com movimento a r ......... 240 Reduo ou controle da velocidade de um trem ...................................... 241 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e com o auxlio do freio dinmico .................................................................................... 242 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e sem o auxlio do freio dinmico .................................................................................... 243 Trecho em rampa ascendente trem esticado atravs de reduo do acelerador ............................................................................................... 244 Trecho com ponto de inflexo (crista) atravs da reduo do acelerador ............................................................................................... 245 Trecho ondulado atravs da modulao do acelerador ............................ 246 Trecho ondulado atravs dos freios a ar .................................................. 247 Referncias Bibliogrficas ........................................................................ 249 Bibliografia ............................................................................................. 250

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FigurasFigura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4 Figura 1.5 Figura 1.6 Figura 1.7 Figura 1.8 Figura 2.1 Figura 2.2 Figura 2.3 Figura 2.4 Figura 2.5 Figura 2.6 Figura 2.7 Figura 2.8 Figura 2.9 Aplicao dos freios nos primrdios da ferrovia .......................................... 2 Sistema de freio pneumtico ....................................................................... 3 George Westinghouse ................................................................................. 4 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto................................. 5 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automtico ........................ 6 Carregamento do sistema ........................................................................... 7 Aplicao do freio ....................................................................................... 7 Alvio do freio ............................................................................................. 8 Localizao dos principais componentes do sistema de freio na locomotiva ................................................................................................ 11 Sistema de freio da locomotiva.................................................................. 12 Sistema de alimentao de ar comprimido ................................................ 13 Compressor alternativo ............................................................................. 14 Compressor acionado diretamente pelo motor diesel ................................ 14 Compressor acionado por motor eltrico .................................................. 15 Resfriador intermedirio refrigerado a gua .............................................. 16 Resfriador intermedirio refrigerado por ventilao forada ...................... 16 Posicionamento da vlvula de segurana do resfriador intermedirio ........ 17

Figura 2.10 Localizao dos reservatrios principais .................................................... 18 Figura 2.11 Vlvula de dreno automtico e manual ...................................................... 19 Figura 2.12 Vlvula de dreno automtico e manual 580-H............................................ 20 Figura 2.13 Vlvula de dreno automtico D-1 .............................................................. 20 Figura 2.14 Vlvula de segurana ................................................................................ 22 Figura 2.15 Vlvula de reteno ................................................................................... 23 Figura 2.16 Torneira interruptora ................................................................................ 24 Figura 2.17 Chave pressosttica CCS ........................................................................... 26 Figura 2.18 Vlvula magntica CGS .............................................................................. 26 Figura 2.19 Manmetros duplos de ar ......................................................................... 29 Figura 2.20 Filtro centrfugo ........................................................................................ 30 Figura 2.21 Secador de ar por adsoro ....................................................................... 31 Figura 2.22 Ligaes e conexes WABCOSEAL.............................................................. 32 Figura 2.23 Vlvula de emergncia .............................................................................. 34 Figura 2.24 Vlvula de descarga n 8 e vlvula de descarga KM ................................... 35

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Figura 2.25 Posicionamento das torneiras .................................................................... 40 Figura 2.26 Mangueiras flexveis de acoplamento ........................................................ 41 Figura 2.27 Mangueira de freio .................................................................................... 41 Figura 2.28 Suporte de engate ..................................................................................... 42 Figura 2.29 Manipulador automtico 30 AC-DW ........................................................... 43 Figura 2.30 Manipulador automtico 26-C ................................................................... 43 Figura 2.31 Manipulador 26-C...................................................................................... 45 Figura 2.32 Face dianteira do manipulador 26-C .......................................................... 45 Figura 2.33 Punho do manipulador automtico ............................................................ 46 Figura 2.34 Zonas de aplicao do freio automtico..................................................... 46 Figura 2.35 Vlvula Interruptora .................................................................................. 49 Figura 2.36 Punho do manipulador independente SA-26 .............................................. 59 Figura 2.37 Zonas de aplicao do freio independente ................................................. 59 Figura 2.38 Vlvula de controle 26-F ............................................................................ 62 Figura 2.39 Diagrama da vlvula de controle 26-F ........................................................ 62 Figura 2.40 Parte de servio da vlvula de controle 26-F .............................................. 63 Figura 2.41 Parte de alvio rpido ................................................................................ 66 Figura 2.42 Vlvula-rel J-1 .......................................................................................... 74 Figura 2.43 Diagrama da vlvula-rel J-1 ...................................................................... 74 Figura 2.44 Vlvula-rel J-1.6-16 .................................................................................. 78 Figura 2.45 Diagrama da vlvula-rel J-1.6-16 .............................................................. 78 Figura 2.46 Vlvula-rel HB-5 ....................................................................................... 80 Figura 2.47 Vlvula de transferncia MU-2A ................................................................. 81 Figura 2.48 Posio Comandante ou Morta .................................................................. 82 Figura 2.49 Posio Comandada - 6 ou 26 ................................................................... 83 Figura 2.50 Posio Comandante - 24 .......................................................................... 83 Figura 2.51 Vlvula seletora F-1 ................................................................................... 84 Figura 2.52 Diagrama esquemtico da vlvula seletora F-1........................................... 85 Figura 2.53 Posio Comandante ou Morta .................................................................. 86 Figura 2.54 Posio Comandante - 6 ou 26 .................................................................. 87 Figura 2.55 Posio Comandada - 24 ........................................................................... 87 Figura 2.56 Posio de fracionamento ......................................................................... 88 Figura 2.57 Vlvula Magntica F A-4 (VMV) .................................................................. 89 Figura 2.58 Vlvula de pedal ........................................................................................ 89 Figura 2.59 Vlvulas de controle do ATC ...................................................................... 90 Figura 2.60 Vlvula de aplicao P2-A .......................................................................... 91

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Figura 2.61 Diagrama da vlvula de aplicao de freio P2-A ......................................... 92 Figura 2.62 Posio de aplicao ................................................................................. 95 Figura 2.63 Posio de alvio ....................................................................................... 96 Figura 2.64 Vlvula interruptora de carregamento A-1 ................................................. 98 Figura 2.65 Diagrama da vlvula piloto interruptora de carregamento A-1 ................... 98 Figura 2.66 Locomotiva comandante ou comandada - alvio normal ............................. 99 Figura 2.67 Locomotiva comandante - emergncia por fracionamento ......................... 99 Figura 2.68 Posio do pisto atuante depois que o reservatrio de volume tiver sido descarregado................................................................................... 100 Figura 2.69 Locomotiva comandante - emergncia intencional e Locomotiva comandada - qualquer emergncia .......................................................... 101 Figura 2.70 Torneira interruptora de 3/8 .................................................................. 104 Figura 2.71 Vlvula limitadora ajustvel ..................................................................... 105 Figura 2.72 Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107 Figura 2.73 Vlvula C-1-40-8...................................................................................... 107 Figura 2.74 Atuador final do sistema de freio pneumtico da locomotiva ................... 109 Figura 2.75 Montagem do atuador final do sistema de freio no truque ...................... 109 Figura 2.76 Cilindro de freio ...................................................................................... 110 Figura 2.77 Componentes do cilindro de freio ........................................................... 110 Figura 2.78 Diagrama esquemtico de um cilindro de freio........................................ 110 Figura 2.79 Ajustador manual de folga ...................................................................... 113 Figura 2.80 Ajustador de automtico de folga ........................................................... 113 Figura 2.81 Sapata de ferro fundido........................................................................... 114 Figura 2.82 Sapata de composio no metlica ........................................................ 115 Figura 2.83 Componentes da sapata de freio de composio no metlica ................ 115 Figura 2.84 Freio manual da locomotiva .................................................................... 118 Figura 2.85 Corrente diretamente ligada a haste do cilindro de freio ......................... 118 Figura 2.86 Localizao dos componentes de freio a ar no vago .............................. 120 Figura 2.87 Sistema de freio dos vages .................................................................... 121 Figura 2.88 Ligaes e conexes WABCOSEAL............................................................ 122 Figura 2.89 T de ramal............................................................................................. 122 Figura 2.90 Torneira angular de punho auto travante ................................................ 123 Figura 2.91 Torneira reta ........................................................................................... 123 Figura 2.92 Mangueira de freio .................................................................................. 125 Figura 2.93 Vlvula de descarga n 8 ......................................................................... 126 Figura 2.94 Vlvula de controle AB ............................................................................ 129

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Figura 2.95 Componentes da vlvula de controle AB .................................................. 130 Figura 2.96 Vlvula de controle ABD .......................................................................... 132 Figura 2.97 Vlvula de controle ABDW ....................................................................... 134 Figura 2.98 Vlvula de controle DB-60 ....................................................................... 135 Figura 2.99 Vlvula de controle DB-60 instalada no vago.......................................... 135 Figura 2.100 Reservatrio combinado .......................................................................... 136 Figura 2.101 Volume dos reservatrios combinados .................................................... 136 Figura 2.102 Coletor de p combinado com torneira de isolamento ............................. 138 Figura 2.103 Retentor de controle de alvio .................................................................. 139 Figura 2.104 Punho na posio horizontal ................................................................... 139 Figura 2.105 Punho na posio vertical ........................................................................ 140 Figura 2.106 Timoneria de freio de vages .................................................................. 142 Figura 2.107 Posio do cilindro de freio ..................................................................... 142 Figura 2.108 Alavancas de fora do tipo vertical .......................................................... 143 Figura 2.109 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vago vazio ............ 145 Figura 2.110 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vago carregado..... 145 Figura 2.111 Localizao do comutador de freio .......................................................... 146 Figura 2.112 Comutador de freio manual..................................................................... 146 Figura 2.113 Comutador de freio automtico ............................................................... 146 Figura 2.114 Cilindro de freio com pisto diferencial ................................................... 146 Figura 2.115 Condio do cilindro de freio com pisto diferencial para vago vazio..... 147 Figura 2.116 Condio do cilindro de freio com pisto diferencial para vago carregado................................................................................................ 147 Figura 2.117 Vlvula de mudana manual AB-5 ............................................................ 147 Figura 2.118 Punho da vlvula AB-5 ............................................................................. 148 Figura 2.119 Vlvula de mudana automtica VTA ....................................................... 148 Figura 2.120 Instalao da vlvula VTA ........................................................................ 148 Figura 2.121 Condio da vlvula VTA para vago vazio .............................................. 149 Figura 2.122 condio da vlvula VTA para condio vago carregado ......................... 149 Figura 2.123 Reservatrio adicional ............................................................................. 150 Figura 2.124 Vlvula EL-60 e Vlvula EL-X .................................................................... 150 Figura 2.125 Instalao da vlvula EL-X no vago ......................................................... 151 Figura 2.126 Vago vazio ............................................................................................ 151 Figura 2.127 Vago carregado ..................................................................................... 151 Figura 2.128 Ajustador pneumtico ............................................................................. 153 Figura 2.129 Tipos de ajustadores mecnicos .............................................................. 153

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Figura 2.130 Detalhes internos dos ajustadores mecnicos ......................................... 154 Figura 2.131 Freio manual de volante com catraca ...................................................... 155 Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Configurao do CCBII ............................................................................ 158 Comunicao entre os mdulos eletrnicos ............................................ 159 Interface com o sistemas da locomotiva .................................................. 160 O Mdulo do Processador Integrado -IPM ................................................ 162 Luzes de indicao do IPM ...................................................................... 163 Unidade de controle eletropneumtico - EPCU ......................................... 165 Instalao da EPCU .................................................................................. 167 Reservatrio equilibrante ........................................................................ 167 Mdulo de interligao dos rels - RIM .................................................... 168

Figura 3.10 Manipulador vertical ou lateral ................................................................ 169 Figura 3.11 Manipulador horizontal ou frontal ........................................................... 169 Figura 3.12 Manipulador horizontal ou frontal com display ......................................... 170 Figura 3.13 Computador IFC e displays IDU ............................................................... 171 Figura 3.14 Mdulo de interface com o operador - OIM.............................................. 171 Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Sistema de Controle de Freio EP-60 ......................................................... 176 Diagrama de blocos da Unidade Head-End - HEU ..................................... 177 Controlador de Comunicaes da Linha do Trem TCC........................... 178 Fonte de Alimentao da Linha do Trem.................................................. 178 Unidade de Interface do Operador instalada numa locomotiva Dash-9 ..... 179 Unidade de Interface do Operador OIU.................................................. 179 Caixa de Juno Central .......................................................................... 179 Cabo da Linha do Trem ........................................................................... 180 Interligao do Cabo da Linha do Trem entre vages .............................. 180

Figura 4.10 Caixa de Juno da Linha do Trem .......................................................... 180 Figura 4.11 Caixa de Juno da Linha do Trem .......................................................... 181 Figura 4.12 Vlvula de freio eletrnico - EBV .............................................................. 181 Figura 4.13 Unidade de Controle Eletro Pneumtico EPCU ....................................... 181 Figura 4.14 Mdulo do Processador Integrado IPM .................................................. 182 Figura 4.15 Mdulo de interligao dos rels - RIM .................................................... 182 Figura 4.16 Localizao dos componentes do equipamento da locomotiva ................ 183 Figura 4.17 Esquemtico do vago EP-60 ................................................................... 184 Figura 4.18 Vlvula de controle EP-60 ........................................................................ 184 Figura 4.19 Dispositivo de Controle do Vago CCD e seus componentes ................. 185 Figura 4.20 Dispositivo de Identificao do Vago - CID............................................. 185

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Figura 4.21 Caixa de Juno do cabo da Linha do Trem ............................................. 186 Figura 4.22 Localizao dos componentes do Equipamento do vago ........................ 187 Figura 4.23 Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem AED ................................ 188 Figura 4.24 Localizao do Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem .................. 188 Figura 4.25 Tela Windows Datacord 5200 .................................................................. 198 Figura 4.26 Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199 Figura 5.1 Figura 5.2 Figura 5.3 Figura 5.4 Fora de inrcia ....................................................................................... 204 Fora de frenagem .................................................................................. 205 Calo de roda ........................................................................................... 207 Esquemtico da timoneria de freio de um vago ...................................... 211

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TabelasTabela 2.1 Tabela 2.2 Tabela 2.3 Tabela 2.4 Tabela 2.5 Tabela 2.6 Tabela 2.7 Tabela 2.8 Tabela 2.9 Escala dos manmetros............................................................................. 29 Indicao de presso nos manmetros duplos de ar.................................. 29 Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos ........................ 40 Finalizao dos encanamentos da locomotiva ........................................... 40 Tipos de mangueiras de freio das locomotivas .......................................... 41 Presso desenvolvidas pelas vlvulas-rel do tipo J .................................... 79 Tipos de cilindro de freio de locomotivas ................................................ 111 Condio da torneira angular .................................................................. 123 Tipos de mangueiras de freio de vages ................................................. 125

Tabela 2.10 Tipos de vlvulas de controle .................................................................. 128 Tabela 2.11 Reservatrios combinados utilizados nas ferrovias brasileiras ................. 136 Tabela 2.12 Condio da torneira de isolamento ........................................................ 138 Tabela 2.13 Tipos de cilindro de freio de vages ........................................................ 141 Tabela 3.1 Tabela 3.2 Tabela 3.3 Tabela 5.1 Indicao propiciada pelo conjunto de luzes na frente do computador IPM ......................................................................................................... 163 Funes dos mdulos que compem a unidade de controle eletropneumtico .................................................................................... 166 Funes dos rels operacionais do RIM ................................................... 168 Taxas de frenagem recomendadas pela AAR ........................................... 217

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Dinmica e Frenagem Ferroviria1 Freio AutomticoJos Luiz Borba / Mauro Antnio Bergantini

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 1.1 Introduo


Aumentar a capacidade de transporte de um trem no somente uma questo de colocar mais vages na composio. Trs fatores so determinantes para a um aumento do volume de carga transportado: 1. Aumento da velocidade do trem; 2. Aumento da carga til por vago; 3. Aumento da quantidade de vages no trem. Os fatores acima acarretam problemas tcnicos como: capacidade de trao das locomotivas, capacidade dos trilhos, controle do trfego de composies longas e mais velozes, sinalizao, traados das vias, ptios e linhas auxiliares, frenagem das composies, etc., devem ser superados para possibilitar o aumento da carga til. Frear um trem no uma tarefa simples. O que possibilita isso um sistema composto de compressores, tubulaes, mangueiras, reservatrios, vlvulas, cilindros, etc., onde cada unidade de uma composio (locomotivas e vages) tem seu prprio equipamento de freios. Esses equipamentos tem que trabalhar de forma sincronizada para que a composio possa frear de maneira uniforme e segura at parar. Os sistemas de freio dos trens evoluram atravs dos tempos junto com outros desenvolvimentos tcnicos, motivados pela necessidade de acompanhar o desenvolvimento do transporte de carga nas ferrovias. Nos primrdios da ferrovia havia muita limitao da velocidade das composies em decorrncia da falta de um sistema de frenagem eficaz, pois somente a locomotiva possua capacidade de frear em uma composio.

Figura 1.1 Aplicao dos freios nos primrdios da ferrovia

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As pequenas composies da poca podiam ser paradas somente com o peso aderente da locomotiva e a frenagem era feita com a aplicao de contravapor e pelo acionamento manual do freio mecnico, composto por alavancas, que provocava a presso de sapatas de madeira contra as rodas. A necessidade de se aumentar o nmero de vages em uma composio levou ao desenvolvimento do sistema de freios e incorporao dos equipamentos de frenagem nos vages alm da locomotiva. O grande desafio, entretanto, no s instalar equipamentos desse tipo nos vages, e sim faz-los trabalhar em sincronia. A frenagem dos trens atuais produzida por um sistema de freio pneumtico que possui como atuador final um dispositivo mecnico, acionado por um Cilindro de Freio, cujo mbolo deslocado de forma que sua haste, atravs de um conjunto de alavancas, denominado de Timoneria, aplique esforo numa pea, denominada de Sapata de Freio, que atrita diretamente com a superfcie de rolamento da roda.Cilindro de freio

PTimoneria

Alavanca de freio Contra sapata Sapata de freio

Figura 1.2 Sistema de freio pneumtico

A fora total exercida pela sapata de material no metlico sobre a superfcie de rolamento da roda na direo radial originada pela aplicao de ar comprimido sobre o mbolo do cilindro de freio. Durante o contato deslizante entre a sapata de freio e a roda, surge uma fora de atrito, diretamente proporcional fora aplicada pela sapata de freio, que produz o conjugado retardador responsvel pela reduo da velocidade do trem. Por esse motivo, o sistema de freio pneumtico tambm denominado de Sistema de Freio de Atrito.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 1.2 Histrico


O primeiro sistema de freio a ar comprimido desenvolvido para composies surgiu em 1869. Seu criador, George Westinghouse o chamou de Freio a Ar Direto.

Figura 1.3 George Westinghouse

O sistema de Freio a Ar Direto era composto por: Compressor Fornece o ar comprimido para o Reservatrio Principal;

Reservatrio Principal Vaso de armazenamento do ar comprimido; Vlvula Alimentadora Controla a liberao do ar comprimido armazenado no Reservatrio Principal para o Encanamento Geral atravs do Manipulador de Freio; Encanamento Geral Encanamento composto por um conjunto de tubos ligados entre si por torneiras e mangueiras flexveis, que atravessa longitudinalmente cada veculo levando o ar comprimido ao longo da composio; Cilindro de Freio Cilindro de acionamento simples com retorno por mola, cujo mbolo com haste deslocado devido fora produzida pela introduo do ar comprimido, atravs de uma derivao do Encanamento Geral, na sua cmara interna; Timoneria de Freio Conjunto de alavancas e tirantes conectado haste do Cilindro de Freio, responsvel pela transferncia de esforos, a partir do avano da haste, para as Sapatas de Freio, que atritam diretamente com a superfcie de rolamento da roda. UNIVIX / VALE Professor: Jos Luiz Borba 4



Figura 1.4 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto

Como o nome sugere, na aplicao dos freios o ar comprimido armazenado no Reservatrio Principal liberado pela Vlvula de Controle para o Encanamento Geral, que pressuriza diretamente a cmara dos Cilindros de Freio. Consequentemente, a haste do Cilindro de Freio avana e aplica uma fora na Timoneria de Freio, que a transforma numa fora radial da Sapata de Freio na roda do veculo. O alvio dos freios feito esgotando-se o ar comprimido do Encanamento Geral e dos Cilindros de Freio para a atmosfera atravs da Vlvula de Controle. Isso foi um avano muito grande para a poca, de modo que seu uso foi difundido rapidamente tanto nos trens de carga quanto nos trens de passageiros. Sua aplicao foi mais efetiva na Europa onde as composies eram pequenas e compostas de vages variados. No entanto este sistema teve de ser abandonado por apresentar uma srie de inconvenincias, tais como: o tamanho dos componentes necessrios para sua aplicao, sua eficincia ficava comprometida em composies maiores que 12 vages, perda de rendimento em grandes altitudes, dificuldade de manuteno e no era automtico, isto , os freios no mais seriam aplicados se houvesse um fracionamento do trem ou uma ruptura na mangueira do Encanamento Geral. Alm disso, os primeiros vages tinham o freio acionado antes daqueles que ficavam no final da composio, o fazia com que vages em que os freios ainda no estavam totalmente aplicados, empurrassem os primeiros vages e a locomotiva. Para suprir estas deficincias do Freio a Ar Direto, principalmente a de no ser automtico, George Westinghouse desenvolveu e patenteou em 1872, outro sistema, que denominou de Freio a Ar Automtico.

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O termo automtico deveu-se ao fato de que esse novo sistema aplicava os freios automaticamente em todos os vages da composio, sem a interferncia do maquinista, caso houvesse um vazamento ou uma mangueira se partisse. Para implementar esse novo sistema, alm do Cilindro de Freio j existente em cada um dos veculos, foram introduzidos: Vlvula de comando Responsvel pela aplicao ou alvio dos freios, sendo comandada pelo diferencial de presso entre o Encanamento Geral e o Reservatrio Auxiliar. Reservatrio auxiliar Vaso armazenador do ar comprimido responsvel pelo

acionamento dos Cilindros de Freio.

Figura 1.5 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automtico

A Vlvula de Comando ficou assim conhecida como Vlvula Trplice devido as suas trs funes bsicas: 1. Carregamento do sistema A Vlvula de Comando direciona o ar vindo do Reservatrio Principal da locomotiva atravs do Encanamento Geral para o carregamento do Reservatrio Auxiliar at a equalizao das presses, mantendo o Reservatrio Auxiliar disponvel para acionamento dos freios. importante ressaltar que quando a composio inicia sua operao, ou aps uma frenagem, necessrio que os reservatrios de cada veculo sejam recarregados.

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Figura 1.6 Carregamento do sistema

2. Aplicao do freio Quando se deseja aplicar o freio na composio, efetua-se uma reduo da presso no Encanamento Geral. A Vlvula de Controle interrompe o fluxo de ar do Encanamento Geral e direciona o ar armazenado no Reservatrio Auxiliar, por ocasio do carregamento, para pressurizar a cmara do Cilindro de Freio. O fato do ar de alimentao dos Cilindros de Freio j estar presente no prprio vago, no sendo necessrio esperar pela sua vinda desde o reservatrio da locomotiva, torna menor o tempo para aplicao do freio atravs da Timoneira e das Sapatas de Freio contra as rodas.

Figura 1.7 Aplicao do freio

A Vlvula de Controle tambm atua efetuando a aplicao dos freios automaticamente, sem interferncia do maquinista, quando ocorre um vazamento ou avaria do sistema. 3. Alvio do freio Quando se deseja soltar o freio da composio, efetua-se um aumento da presso do Encanamento Geral

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A Vlvula de Comando atua descarregando para a atmosfera o ar que estava contido no Cilindro de Freio, provocando um alvio das Sapatas de Freio. Durante essa operao, o Encanamento Geral volta a carregar o Reservatrio Auxiliar, recarregando-o para um novo acionamento.

Figura 1.8 Alvio do freio

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Dinmica e Frenagem Ferroviria2 Equipamento de Freio 26-LJos Luiz Borba / Mauro Antnio Bergantini

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.1 Introduo


O Equipamento de Freio 26-L parte do sistema de freios dos trens que operam com Freio a Ar Automtico, que tem seus componentes instalados na locomotiva e em todos os vages da composio. Possui todas as particularidades requeridas para o servio de locomotivas de linha, inclusive controle de segurana, controle de sobre velocidade, intertravamento com o freio dinmico e proteo contra fraccionamento do trem. adequado para operao em trao mltipla com as locomotivas equipadas com os sistemas de freio anteriores 6-SL e 24-RL. Seus principais componentes so: Manipulador de freio 26-C Vlvula de controle 26-F

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2 Equipamentos das locomotivas


A aplicao do freio automtico feita a partir da locomotiva, cujo equipamento, alm do seu prprio freio, controla tambm a frenagem dos vages. A Figura 2.1 mostra a configurao do Equipamento de Freio 26-L numa locomotiva, dando destaque a alguns de seus principais componentes.

13579-

Mangueira do encanamento geral Mangueiras dos encanamentos equilibrante dos reservatrios principais, equilibrante dos cilindros de freio e atuante Sapatas de freio Compartimento de vlvulas Vlvula de emergncia

2468-

Torneira angular Torneiras de esfera Cilindros de freio Vlvula de pedal

10- Vlvula MU-2-A 12- Vlvula de segurana 14- Vlvula descarga 16- Compressor

11- Manipulador automtico 13- Vlvula magntica 15- Reservatrio principal

Figura 2.1 Localizao dos principais componentes do sistema de freio na locomotiva

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O sistema de freio da locomotiva composto das seguintes unidades: Alimentao Produo Armazenamento Condicionamento Distribuio Controle AplicaoAlimentao CondicionamentoVlvula magntica do compressor Ligao eltrica Governador do compressor 125 a 140 psi Torneira de sobrecarga Chave pressosttica

ProduoVlvula de segurana do resfriador intermedirio 60 psi Filtro de admisso Compressor de ar

Vlvula de segurana do compressor de ar 175 psi Resfriador intermedirio

Torneira interruptora

ControleManipulador de freio

Serpentina de resfriamento

Vlvula alimentadora

Armazenamento

Vlvula de segurana 150 psi

Vlvula de reteno

Coletor de p Torneira centrfugo interruptora Filtro


Reservatrio Principal n1Torneira de dreno Para o sistema dos equipamentos auxiliares

Reservatrio Principal n2Torneira de dreno Torneira de dreno

Dispositivo de locomotiva morta

Distribuio

Vlvula de reteno Vlvula de descarga n8

Encanamento geral

Encanamento equilibrante dos reservatrios principais

Encanamento equilibrante dos cilindros de freio

Figura 2.2 Sistema de freio da locomotiva

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1


Sistema de alimentao de ar comprimido

O sistema de alimentao de ar comprimido composto das seguintes unidades: Produo Armazenamento CondicionamentoCondicionamentoVlvula magntica do compressor Ligao eltrica Governador do compressor 125 a 140 psi Torneira de sobrecarga Chave pressosttica

ProduoVlvula de segurana do resfriador intermedirio 60 psi Filtro de admisso Compressor de ar

Vlvula de segurana do compressor de ar 175 psi Resfriador intermedirio


Serpentina de resfriamento

Armazenamento

Vlvula de segurana 150 psi

Vlvula de reteno

Coletor de p Torneira centrfugo interruptora Filtro

Reservatrio Principal n1Torneira de dreno Para o sistema dos equipamentos auxiliares

Reservatrio Principal n2Torneira de dreno Torneira de dreno

Para o sistema de freio a ar

Figura 2.3 Sistema de alimentao de ar comprimido

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.1 Produo de ar comprimido


A produo de ar comprimido realizada por um compressor de ar do tipo alternativo de duplo estgio de compresso composto de: 2 (dois) cilindros de baixa presso (de dimetro maior, dispostos lateralmente no crter) 1 (um) cilindro de alta presso (disposto ao centro dos dois cilindros de baixa, no topo do crter) 1 (um) resfriador Intermedirio que atua entre os 2 (dois) cilindros de baixa e o cilindro de alta.Cilindro de alta Resfriador intermedirio

Cilindro de baixa

Cilindro de baixa

Figura 2.4 Compressor alternativo

Os pistes dos 3 (trs) cilindros so movimentados por um nico munho do eixo virabrequim, que pode ser acionado: Pelo eixo virabrequim do motor diesel atravs de um acoplamento;

Eixo de acionamento

Compressor Figura 2.5 Compressor acionado diretamente pelo motor diesel

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria Por um motor eltrico;


Compressor

Filtro de ar

Motor eltrico Figura 2.6 Compressor acionado por motor eltrico

Separadamente por um motor diesel auxiliar.

O sistema de lubrificao do compressor do tipo forado, com bomba prpria. O nvel de leo de lubrificao deve ser verificado por meio do visor ou vareta.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.1.1 Funcionamento do compressor


O ar livre da atmosfera, a presso atmosfrica, constantemente aspirado atravs de um filtro seco, montado no tubo coletor de entrada, e comprimido nos cilindros de baixa presso (55 psi). Ao sair dos cilindros de baixa presso o ar comprimido passa pelo resfriador de ar intermedirio, que tem a funo bsica de retirar parte do calor gerado durante a compresso. A retirada de calor do ar no resfriador intermedirio pode ser realizada pela: Circulao da gua do sistema de arrefecimento do motor diesel por passagens no corpo do resfriador;

Tubulao do sistema de arrefecimento do motor diesel Figura 2.7 Resfriador intermedirio refrigerado a gua

Passagem de ar pelo corpo do resfriador, forada por um soprador acionado pelo prprio eixo do compressor.

Vlvula de segurana Soprador acionado pelo eixo do compressor Figura 2.8 Resfriador intermedirio refrigerado por ventilao forada

No resfriador intermedirio est instalada uma vlvula de segurana que atuar caso a presso ultrapasse o limite estabelecido de 60 psi.

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Vlvula de segurana do resfriador intermedirio

Figura 2.9 Posicionamento da vlvula de segurana do resfriador intermedirio

Aps o resfriamento as molculas do ar ocupam um menor volume, de modo que o ar fica mais denso, isto , uma maior quantidade de molculas por unidade de volume introduzida no cilindro de alta presso, o que torna mais eficiente a operao do cilindro de alta presso e aumenta a capacidade volumtrica do compressor. O cilindro de alta presso se encarrega de comprimir esse volume de ar a uma presso maior (125 a 140 psi). O ar comprimido deixa o compressor a uma temperatura muito alta (270 C), necessitando sofrer mais um resfriamento antes de atingir os reservatrios principais. Por isso, ele passa por uma serpentina de resfriamento com tubos aletados, que serve para reduzir sua temperatura e provocar a condensao da umidade nele existente. A quantidade de umidade contida no ar livre da atmosfera praticamente dobra na medida em que a temperatura ambiente cresce 10 C. Assim, haver duas vezes mais umidade no ar quando a temperatura ambiente se situa a 30 C do que a 20 C, e assim sucessivamente. Como no Brasil, tanto na regio norte como na regio central, as temperaturas ambientes so relativamente elevadas ao longo do ano, logo a quantidade de umidade contida no ar bastante elevada. A umidade que levada pelo compressor causa corroso nas superfcies metlicas dos componentes do sistema pneumtico da locomotiva. Quando as partculas slidas desprendidas das corroses colocadas no fluxo de alta velocidade do ar agem como um jato de areia corroendo os componentes. Alm disso, o leo de lubrificao que passa pelos anis dos pistes do compressor mantm os orifcios das vlvulas obstrudos.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.2 Armazenamento do ar comprimido


O armazenamento do ar comprimido feito em dois reservatrios, denominados de reservatrios principais, que tm por finalidade armazenar o ar comprimido produzido pelo compressor e ajudar tanto no resfriamento como na reteno das impurezas e da gua resultante da condensao, a fim de permitir que um ar limpo e seco abastea o sistema pneumtico da locomotiva, que composto por: Sistema de freio a ar, na operao dos freios da locomotiva e da composio; Sistema dos equipamentos auxiliares da locomotiva (ar de controle, sino, buzina, vlvulas e injetores de areia, campainhas, limpadores de para-brisas, contatores eltricos, etc.).

Figura 2.10

Localizao dos reservatrios principais

So identificados como: Reservatrio principal n 1 Reservatrio principal n 2 abastece o sistema dos equipamentos auxiliares. abastece o sistema de freio a ar da locomotiva.

Todas as derivaes destinadas alimentao do sistema dos equipamentos auxiliares da locomotiva devem sair da tubulao entre o reservatrio principal n 1 e o reservatrio principal n 2.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.2.1 Vlvula de dreno automtico


A tubulao da serpentina de resfriamento tem uma pequena inclinao que faz com que a gua condensada flua para o reservatrio n 1. Quando o ar entra no reservatrio principal n 1, a sua temperatura reduzida mais ainda e a condensao mais efetiva. Por essa razo, a maior quantidade de gua encontrada no reservatrio principal n 1. Os reservatrios principais da locomotiva so instalados com uma leve inclinao para forar a condensao a se acumular no lado mais baixo, onde normalmente so instaladas vlvulas de dreno automtico que servem para expurgar a gua proveniente da condensao do ar e as impurezas do reservatrio, pois a gua pode ser considerada como o maior veneno para o sistema de freio pneumtico. As vlvulas de dreno automtico expurgam a gua condensada toda vez que a presso do reservatrio principal atingir 140 psi e param de elimin-la quando esta presso atingir o limite mnimo de 125 psi.

Vlvula de dreno automtico Figura 2.11 Vlvula de dreno automtico e manual

Porm podem tambm ser acionadas manualmente. A drenagem manual dos reservatrios principais e dos filtros deve ser uma prtica constante, tanto pelos responsveis pela operao quanto pelos responsveis pela manuteno, pois os drenos automticos no conseguem eliminar toda a gua desses equipamentos, mesmo funcionando perfeitamente. A vlvula de dreno automtico e manual 580-H possui 3 (trs) posies reguladas no prprio punho: Posio normal de operao Drenagem manual Isolamento

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Dreno automtico

Dreno manual Figura 2.12 Vlvula de dreno automtico e manual 580-H

A vlvula de dreno automtico D-1 no permite o isolamento e o dreno manual realizado atravs de uma torneira.

Figura 2.13

Vlvula de dreno automtico D-1

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.2.2


Torneira de isolamento do reservatrio principal

Para reparao do sistema de freio, esta torneira deve ser fechada, a fim de isolar o reservatrio principal e descarregar totalmente a presso do sistema de freio atravs de um orifcio de descarga que possui. Caso essa torneira seja fechada os ponteiros dos manmetros na cabine da locomotiva registraro presso zero.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.2.3 Vlvula de segurana E7-C


A vlvula de segurana E7-C evita a sobrecarga de presso no sistema pneumtico, descarregando para a atmosfera a presso do reservatrio principal toda vez que esta se torne excessiva.

Figura 2.14

Vlvula de segurana

Alguns tipos de locomotivas, alm da vlvula de segurana instalada logo aps o reservatrio principal n 1, calibrada em 150 psi, possuem outra instalada prxima ao compressor, calibrada com 175 psi. A calibragem das vlvulas de segurana depende de instrues da Ferrovia.

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Vlvula de reteno do reservatrio principal

Instalada no encanamento que liga o reservatrio principal n 1 ao reservatrio principal n 2, a vlvula de reteno com orifcio de 1, permite fluxo total de ar do reservatrio principal n 1 para o reservatrio principal n 2, mas impede o fluxo no sentido inverso.

Figura 2.15

Vlvula de reteno

Funciona como uma proteo, pois, o fechamento dessa vlvula impedir a perda da presso do reservatrio principal n 2 atravs de uma abertura para a atmosfera antes da vlvula de reteno, originada por um problema no compressor, uma ruptura das tubulaes de resfriamento, danos ao reservatrio principal n 1ou por uma ruptura do encanamento equilibrante dos reservatrios principais causada por uma eventual separao entre as locomotivas e o consequente desacoplamento das mangueiras. Pelas normas da FRA (Federal Railroad Administration) em caso de avaria no sistema dos reservatrios principais, a locomotiva deve reter ar suficiente para, no mnimo, 3 (trs) aplicaes e alvios dos freios e acionamento dos contatores e das chaves reversoras. A vlvula de reteno tambm serve para reduzir o tempo de carregamento do sistema de reservatrios principais de uma locomotiva Rebocada Morta, permitindo somente o carregamento do reservatrio principal n 2. A verificao do perfeito funcionamento da vlvula de reteno do reservatrio principal n 2 se d atravs do Teste de Fracionamento.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.2.5 Torneira Interruptora


Isolamento de 1 Isola os reservatrios principais do sistema de freio a ar, possibilitando o descarregamento deste para a reparao. Isolamento de 1 e coletor de p Isola o ar que abastece a buzina, os limpadores de para-brisas e os injetores de areia. Isolamento de 3/8 Isola o ar que abastece a vlvula de areia e a vlvula de sino.

Figura 2.16


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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.3 Condicionamento do ar comprimido


Aps passar por todo o processo de produo o ar comprimido deve sofrer um condicionamento antes de ser colocado para trabalhar. O funcionamento regular de qualquer componente no sistema depende da estabilidade da presso de alimentao, da iseno de umidade e do grau de filtragem. Portanto, o condicionamento do ar comprimido consiste de: Regulagem da presso Drenagem Para que a drenagem seja feita, devem ser instalados drenos (purgadores), que podem ser manuais ou automticos, com preferncia para o ltimo tipo. Filtragem Aps a eliminao do condensado, restar no ar comprimido uma pequena quantidade de vapor de gua em suspenso, que os pontos de drenagem comuns no conseguiro remover ou eliminar. A filtragem do ar consiste na aplicao de dispositivos capazes reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e de suprimir a umidade ainda presente. O equipamento normalmente utilizado para este fim o filtro de ar, que atua de duas formas distintas: Pela ao da fora centrfuga. Pela passagem do ar atravs de um elemento filtrante.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.3.1 Regulador do compressor


O regulador do compressor consiste de: Chave pressosttica CCS (Compressor Control Switch) A chave pressosttica CCS consiste em uma chave eltrica atuada por uma face sensvel presso, que atuada por uma mola de carga.

Figura 2.17

Chave pressosttica CCS

Vlvula magntica CGS (Compressor Governor Switch) A vlvula magntica CGS mantm as vlvulas de admisso dos cabeotes dos cilindros do compressor: Abertas quando a presso atingir o limite mximo;

Fechadas quando a presso atingir o limite mnimo.

Figura 2.18

Vlvula magntica CGS

O Compressor carrega os reservatrios principais at que a presso atinja o limite mximo de regulagem da chave pressosttica CCS.

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Nesse momento a chave pressosttica CCS desenergiza a vlvula magntica CGS (Compressor Governor Switch), que mantm as vlvulas de admisso dos cabeotes dos cilindros do compressor abertas, fazendo com que ele passe a trabalhar em vazio. Se a presso nos reservatrios principais cair abaixo do limite mnimo ajustado na chave pressosttica CCS, a mesma energiza a vlvula magntica CGS, que mantm as vlvulas de admisso dos cabeotes dos cilindros do compressor fechadas, permitindo que ele carregue os reservatrios principais. Simultaneamente abre as vlvulas de dreno automtico. A presso do ar nos reservatrios principais regulada entre limites prefixados conforme instrues da Ferrovia, normalmente: 125 psi presso mnima; 140 psi presso mxima.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.3.2 Torneira de sobrecarga do compressor


Essa torneira possui descarga lateral e nos casos de avaria, em que o compressor no comprime, esta torneira deve ser fechada. Este procedimento far com que o compressor trabalhe em sobrecarga, ou seja, comprimindo direto, sem entrar na condio de vazio. Quando se coloca um compressor em sobrecarga deve-se observar, rigorosamente, a atuao da vlvula de segurana do reservatrio principal.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.3.3 Manmetros duplos de ar


Os manmetros so instrumentos destinados a medir a presso. As locomotivas so equipadas com dois manmetros duplos de ar, com dois ponteiros cada, e escalas conforme a Tabela 2.1Tabela 2.1 Escala dos manmetros Manmetro Direita Esquerda Escala 0 a 200 psi 0 a 160 psi

Ficam localizados na parte superior do pedestal de comando, e, devem ser monitorados durante todas as etapas inerentes s atividades de conduo de trens: manobras e viagens na Via de circulao.

Figura 2.19

Manmetros duplos de ar

Os dois manmetros indicam as presses no sistema de freio a ar conforme especificado na Tabela 2.2.Tabela 2.2 Indicao de presso nos manmetros duplos de ar Manmetro Esquerda Reservatrio principal Reservatrio equilibrante Direita Cilindro de freio Encanamento geral

Ponteiro Vermelho Branco

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.1.3.4 Filtros e secador de ar


Em uma locomotiva podem ser usados vrios tipos de dispositivos, normalmente localizados na tubulao aps o reservatrio principal n 2, para purificar o ar que vai atuar no sistema pneumtico. Filtro centrfugo O filtro centrfugo geralmente tem um vrtice (redemoinho) pelo qual os detritos so centrifugados e depositados no fundo da cmara, juntamente com a gua condensada pelo resfriamento do ar.

Figura 2.20

Filtro centrfugo

Filtro coalescente Esse tipo de filtro inclui dois elementos: Elemento filtrante; Elemento coalescente. O elemento coalescente contm uma substncia que provoca a coalescncia, isto , a aglomerao das gotculas de gua. A gua ento depositada no fundo da cmara do filtro, sendo expelida posteriormente atravs do dreno. Secador de ar O desempenho dos sistemas Freio Eletrnico CCBII e Locotrol no sero satisfatrios se o sistema pneumtico da locomotiva no for mantido totalmente seco e limpo. Portanto, altamente recomendvel a instalao de secadores de ar nas locomotivas para prover ar seco, limpo, livre de leo e de partculas de slidos para o sistema pneumtico. UNIVIX / VALE Professor: Jos Luiz Borba 30



O tipo mais comum de secador de ar o secador por adsoro, que utiliza como elemento dissecante uma substncia formada por prolas base de silicato de alumnio, cuja estrutura molecular extremamente higroscpica, capaz de absorver ou adsorver o vapor de gua existente no ar, assim como outras substncias. Este sistema composto por duas cmaras de secagem, interligadas atravs de um dispositivo pr-coalescedor, que operam alternadamente, controladas por um temporizador eletrnico. Enquanto uma das cmaras est processando a secagem do ar, a outra recebe atravs de um estrangulador uma pequena parcela de ar para que seja feita a regenerao. No ciclo seguinte a situao invertida. A fim de tornar o sistema com capacidade de secagem praticamente ilimitada, utiliza-se o processo de regenerao depois de determinados intervalos, efetuado com ar seco e expandido.

Figura 2.21

Secador de ar por adsoro

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2 Distribuio


A distribuio do ar comprimido na locomotiva se d atravs do: Encanamento geral Encanamento de equalizao dos reservatrios principais Encanamento de equalizao do cilindro de freio Normalmente os encanamentos so feitos de tubo extra pesado (Schedule 80) especificao ASTM-A-53 grau A, raios mnimos segundo folha E-7 da AAR. So pintados externamente e fosfatizados internamente para evitar a oxidao. No devem possuir conexes soldadas, e para isso todas as ligaes e conexes devem possuir juntas do tipo WABCOSEAL, que utilizam o princpio de flange, sendo este fixado ao dispositivo por parafusos e vedado contra vazamento por um anel de borracha.

Figura 2.22

Ligaes e conexes WABCOSEAL

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.1 Encanamento geral


O encanamento geral um dos principais componentes do sistema de freio automtico. considerado como uma tubulao contnua que parte da locomotiva e percorre os vages em toda extenso do trem, conduzindo o ar comprimido da locomotiva a cada reservatrio auxiliar e de emergncia dos vages, a uma presso de 90 psi ( 6 psi). Atravs da variao da presso do encanamento geral, os freios de todos os veculos do trem so controlados nas suas trs funes bsicas: Carregamento Aplicao Alvio Sua ruptura, em qualquer ponto da composio, ocasiona uma aplicao de emergncia dos freios automticos do trem.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.1.1 Vlvula de freio de emergncia


A vlvula de freio de emergncia uma vlvula de operao manual sob carga de mola que est ligada ao encanamento geral.

Figura 2.23

Vlvula de emergncia

Quando acionada, provoca uma queda brusca de presso no encanamento geral, provocando uma aplicao de emergncia na locomotiva ou no trem. utilizada para obter uma aplicao de freio de emergncia quando o operador est impossibilitado de aplicar o freio da maneira normal. Observao Em uma locomotiva Escoteira, ou seja, sozinha, e com a vlvula MU-2A posicionada para Comandada, seu acionamento no provocar aplicao dos freios.

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Vlvula de descarga n. 8 ou vlvula de descarga KM

As vlvulas de controle de locomotivas no possuem uma parte de emergncia, responsvel pela chamada ao rpida nas aplicaes de Emergncia. Para a funo de ao rpida usa-se a vlvula de descarga n 8, ou a vlvula de descarga KM.

Figura 2.24

Vlvula de descarga n 8 e vlvula de descarga KM

Sua funo proporcionar uma descarga rpida local da presso do encanamento geral para a atmosfera, a fim de garantir uma condio de propagao de aplicao de Emergncia dos freios, quando o punho do manipulador automtico levado para a posio de emergncia, e, principalmente naquelas originadas num trem longo, quando so usadas vrias locomotivas operando em trao mltipla, pois a capacidade total dos compressores tal que muitas vezes uma ruptura de mangueira de um vago de cauda do trem pode no ser sentida pela locomotiva, o que impossibilita a aplicao de Emergncia. Quando a vlvula de descarga n 8 de uma locomotiva opera, a queda brusca de presso provoca o funcionamento das outras vlvulas de descarga das outras locomotivas em trao mltipla, assim como das vlvulas de controle de toda a composio. Est normalmente localizada sob a plataforma da locomotiva, em derivao do encanamento geral, e composta de: Cmara Passagem calibrada Diafragma O ar do encanamento geral enche a cmara atravs do orifcio da passagem calibrada, ficando o diafragma com presso idntica em ambos os lados.

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Toda vez que feita uma aplicao de Servio, o ar da cmara flui atravs do orifcio da passagem calibrada para o encanamento geral no mesmo ritmo em que ocorre a reduo de servio, mantendo, assim, presso idntica nos dois lados do diafragma. Em uma aplicao de Emergncia, o ar da cmara no pode fluir pela passagem calibrada no mesmo ritmo de queda de presso do encanamento geral, que muito rpido. Cria-se assim um diferencial de presso entre as duas faces do diafragma, que faz com que a vlvula de descarga estabelea comunicao do encanamento geral diretamente coma a atmosfera, ajudando a acelerar a aplicao de emergncia.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.2


Encanamento equilibrante dos reservatrios principais

Percorre a locomotiva em toda sua extenso, a fim de possibilitar o carregamento uniforme dos reservatrios principais de todas as locomotivas acopladas em trao mltipla, mantendo-os com presses equilibradas. Num conjunto de locomotivas operando em trao mltipla, normalmente a locomotiva comandante consome mais ar do que as locomotivas comandadas. Atravs do encanamento equilibrante dos reservatrios principais, os compressores das locomotivas comandadas auxiliam o compressor da comandante a suprir o ar comprimido consumido nas locomotivas e na composio. Esse ar chega aos reservatrios principais passando atravs da vlvula de reteno, ou seja, h uma passagem ampla de fora para dentro da locomotiva e restrita de dentro para fora. Deste modo, caso haja uma ruptura desse encanamento, o ar vai escapar para a atmosfera em uma intensidade menor que a capacidade de produo do compressor, evitando que toda a presso do reservatrio principal seja perdida.

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Vlvula de reteno do encanamento equilibrante dos reservatrios principais

O carregamento feito atravs de uma vlvula de reteno de 1 e orifcio de 5/16, que permite uma passagem ampla de ar deste encanamento para os reservatrios principais e, restrita, destes reservatrios para o encanamento. Esta vlvula de reteno serve como uma proteo, caso haja uma ruptura de mangueira entre locomotivas, mantendo uma presso segura nos reservatrios principais de todas as locomotivas, pois a fuga de ar atravs do orifcio da vlvula menor que a vazo do compressor.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.3


Encanamento equilibrante dos cilindros de freio

O encanamento equilibrante dos cilindros de freio percorre a locomotiva em toda sua extenso, a fim de repetir nas locomotivas comandadas a presso de aplicao e de alvio dos freios, automtico ou independente, criada na locomotiva comandante. Neste caso, as vlvulas de controle das locomotivas comandadas devem ser isoladas. Quando do acoplamento das locomotivas em trao mltipla, deve-se observar se as torneiras do encanamento equilibrante dos cilindros de freio, entre uma locomotiva e outra, foram abertas. Se as mesmas estiverem fechadas no haver condies de se fazer o controle de freio das locomotivas comandadas.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.4 Torneiras extremas


A abertura e o fechamento das extremidades dos encanamentos da locomotiva so realizados atravs de torneiras reta e angular.

Torneira angular

Torneira reta

Figura 2.25

Posicionamento das torneiras

O tipo de torneira utilizado em cada encanamento da da locomotiva est especificado na Tabela 2.3.Tabela 2.3 Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos Aplicao Torneira

Encanamento geral

Torneira angular de 1

Encanamento equilibrante dos reservatrios principais Encanamento equilibrante dos cilindros de freios

Torneira reta de 1 com punho de travamento Torneira reta de 3/8 com punho de travamento

Os encanamentos das locomotivas so finalizados por torneiras ou bocais conforme mostrado na Tabela 2.4.Tabela 2.4 Finalizao dos encanamentos da locomotiva Aplicao Encanamento geral Encanamento de equalizao dos reservatrios principais Encanamento de equalizao do cilindro de freio Bocal Torneira angular 1 Bocal angular de 1 Bocal angular de x 3/4

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.2.5 Mangueiras de freio


Para garantir a continuidade dos encanamentos da locomotiva, quando do acoplamento com outros veculos, locomotiva e vago, instalada em cada uma de suas terminaes uma mangueira flexvel de acoplamento, denominada de mangueira de freio.Mangueira do encanamento geral Mangueira do encanamento de equalizao dos reservatrios principais Figura 2.26

Mangueira do encanamento de equalizao do cilindro de freio Mangueiras flexveis de acoplamento

As mangueiras so elementos flexveis formados por: Um elemento de mangueira (tubo de borracha vulcanizada com camadas internas de reforo); Um nipple, fixado ao tubo de borracha atravs de uma braadeira metlica; Um bocal com junta, fixado ao tubo de borracha atravs de uma braadeira metlica; Duas braadeiras metlicas com parafuso e porca.Elemento Niple Braadeira Bocal

BraadeiraFigura 2.27 Mangueira de freio

Tabela 2.5 Tipos de mangueiras de freio das locomotivas Aplicao Encanamento geral Encanamento de equalizao dos reservatrios principais Encanamento de equalizao do cilindro de freio Mangueira 1 3/8 x 30 1 1/8 x 30 1 1/8 x 30 Niple 1 3/8 1 Bocal FP-5

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O acoplamento das mangueiras deve ser feito com o mximo de cuidado para se evitar acidentes. Quando a locomotiva for separada de outra locomotiva ou dos vages, como acontece nas manobras, as mangueiras devero ser antes desacoplada manualmente, para evitarse ruptura ou estrago. Falha no desacoplamento manual poder causar deslocamento e quebra dos encanamentos, bem como danos as mangueiras e aos bocais de acoplamento. As mangueiras devem ser mantidas nos suporte de engate (engate cego), quando no esto acopladas, para se evitar a entrada de poeira ou outras impurezas que podem danificar o equipamento de freio.

Suporte de engate

Figura 2.28

Suporte de engate

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.3 Controle


O controle do sistema de freio da locomotiva e do trem realizado por um manipulador automtico localizado no pedestal de controle da locomotiva, que apresentado em duas verses: Horizontal ou frontal - 30 AC-DW

Figura 2.29

Manipulador automtico 30 AC-DW

Vertical ou lateral - 26-C

Figura 2.30

Manipulador automtico 26-C

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.3.1 Manipulador automtico 26-C


O manipulador 26-C projetado para montagem em painel, num suporte dos encanamentos, no qual so feitas todas as conexes dos tubos, que so identificadas numericamente. uma vlvula do tipo auto recobridor, operada por cames, a qual funciona para controlar a presso do reservatrio equilibrante, em proporo ao deslocamento do punho do manipulador. Por sua vez, a presso do encanamento geral controlada por uma vlvula-rel do tipo auto recobridor pilotada pela presso do reservatrio equilibrante, que mantm no encanamento geral a mesma condio de presso existente no reservatrio equilibrante. Alm de exercer essas funes, fornece ar para os dispositivos de segurana como Homem Morto, Sobre Velocidade, Corte de Trao, etc.. Opera em combinao com um reservatrio equilibrante. O manipulador 26-C consiste de duas partes principais, montados num mesmo corpo: Manipulador automtico Punho do manipulador automtico Vlvula interruptora do manipulador automtico Punho da vlvula interruptora do manipulador automtico Vlvula rel Vlvula reguladora Vlvula interruptora do encanamento geral Vlvula da descarga Vlvula de emergncia Vlvula de supresso Vlvula interruptora do reservatrio equilibrante Manipulador independente Punho do manipulador independente

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Ps Graduao em Engenharia FerroviriaVlvula-rel


Punho do manipulador automtico Vlvula reguladora Manipulador automtico

Vlvula interruptora do encanamento geral Vlvula de descarga Vlvula de emergncia Vlvula de supresso Vlvula interruptora do reservatrio equilibrante Manipulador independente Figura 2.31

Punho da vlvula interruptora do manipulador automticoVlvula interruptora do manipulador automtico

Punho do manipulador independente

Manipulador 26-C

Os punhos do manipulador automtico, do manipulador independente e da vlvula piloto interruptora esto localizados na face dianteira do painel.Punho do Manipulador Automtico Punho da Vlvula Interruptora do Manipulador Automtico

Punho do Manipulador Independente

Figura 2.32

Face dianteira do manipulador 26-C

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria 2.2.3.1.1 Punho do manipulador automtico


A aplicao do freio automtico feita atravs do punho do manipulador automtico, que est localizado no pedestal de controle.Punho do manipulador automtico

Figura 2.33

Punho do manipulador automtico

Movimentando o punho do manipulador automtico por suas 6 (seis) posies, conforme indicado na Figura 2.34, o maquinista controla os freios da prpria locomotiva e de todo o trem, atravs de variaes da presso no encanamento geral.

Figura 2.34

Zonas de aplicao do freio automtico

Alvio (Marcha) Localizada na extremidade esquerda do quadrante do

manipulador. Esta posio utilizada para carregar o encanamento geral e, simultaneamente, aliviar os freios da locomotiva e do trem. a posio em que o punho deve ser mantido sempre que o trem estiver em movimento.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria Reduo Mnima


Localizada com o punho do manipulador encostado na primeira parte elevada do quadrante, direita da posio Alvio. Nesta posio obtida uma ligeira aplicao, resultante de uma reduo na presso do reservatrio equilibrante, que por sua vez a reproduz no encanamento geral da locomotiva e do trem, resultando numa aplicao nos cilindros de freio da locomotiva e dos vages. Aplicao de Servio (Zona de Aplicao) Movendo-se o punho na Zona de Aplicao, para a direita do entalhe da posio de Reduo Mnima, aumenta-se a presso de ar no reservatrio equilibrante, que por sua vez a reproduz no encanamento geral atravs da vlvula-rel, resultando no aumento da intensidade da aplicao dos freios na locomotiva e nos vages. O ponto de aplicao mxima (Servio Total) atingido pouco antes do ressalto limitador da posio de Servio, quando sentir-se resistncia do punho.

Supresso Posio localizada com o punho do manipulador encostado na segunda parte elevada do quadrante, imediatamente direita da posio aplicao de Servio Total. Alm de prover uma aplicao Total de Servio, da mesma forma que quando o punho est na posio de Servio, serve para anular uma aplicao de freio originada pelo Controle de Segurana do Maquinista (Homem Morto ou Sobre Velocidade), atravs do recondicionamento da vlvula de aplicao P-2A.

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Ps Graduao em Engenharia Ferroviria Punho fora


Posio localizada no primeiro ponto de entalhe do quadrante, a direita da posio de Supresso. Esta posio coloca todas as vlvulas do manipulador em posio inoperante. Quando a locomotiva estiver em um trem sendo Comandada por outra locomotiva em trao mltipla ou for Rebocada Morta, o punho deve permanecer na posio ou pode ser retirado do manipulador, tornando-o inoperante, conforme norma da Ferrovia. Pode ser usada para reduzir a zero a presso do encanamento geral, alm da reduo efetuada com o punho do manipulador na posio de Servio Total. Emergncia a posio localizada na extrema direita do quadrante do manipulador automtico, no ltimo entalhe, a direita da posio Punho Fora. Permite uma queda rpida na presso do encanamento geral a fim de encurtar a distncia de parada, causando simultaneamente o funcionamento automtico de todos os areeiros das locomotivas e a reduo do motor diesel para marcha lenta. Esta posio deve ser utilizada para rearmar o sistema quando houver uma quebra do trem, que provoca uma aplicao de Emergncia. Aps a aplicao de Emergncia o punho do manipulador automtico deve permanecer nesta posio at que a presso indicada no manmetro do reservatrio equilibrante caia a zero.

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Vlvula interruptora do manipulador automtico

A vlvula interruptora usada para isolar ou preparar o manipulador de freio a

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