ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA...

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




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




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.

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

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.

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.

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.

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 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

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

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 82 – Comparação das diferenças dos consumos ............................................ 98

FIGURA 83 – Eficiências energéticas por ponto .......................................................... 100

FIGURA 84 –Consumo em litros por megawatts por ponto .......................................... 102

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

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

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

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$]

pc – Valor do combustível [R$]

q – Valor da amostra [Segue a grandeza da medida]

q – 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]

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]

𝑢𝑐𝑖𝑛𝑑 – 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]

𝑢𝑐𝑐𝑜𝑟 – Incerteza combinada para grandezas correlacionadas [Segue a grandeza da

medida]

σ – Massa específica do Diesel [kg/m3]

𝜐𝑒𝑓𝑓 – Grau de liberdade efetivo [adimensional]

𝜐𝑖 – Grau de liberdade [adimensional]

%p – Porcentagem de percurso [%]

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

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

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

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

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:

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.

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.

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.

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


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

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


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

TraçãoRodeiro

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).

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.

27


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.

28


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.

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

Ten

são

do

ge

rad

or

de

tra

ção

[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

Po

tên

cia

[h

p]

Velocidade [km/h]

# 1

# 2

# 3

# 4

# 5

# 6

# 7

# 8

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

Esfo

rço

de

traç

ão [k

gf]

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

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

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.

33

FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES)

Fonte: Elab. Autor, 2013.

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

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.

36

FIGURA 17 - Governador mecânico em corte

Fonte: GE, 1989.

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.

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.

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

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

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


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


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


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,

43

gerencia um sensor de rotação para a carga imposta. A Figura 23 mostra o EGU

isolado (DENARDI, 2011).

FIGURA 23 - Fotografia do EGU


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

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

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


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

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


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.

47

FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC


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


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.

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.

50

FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante


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.

51

FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água


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.

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


FIGURA 33 - Sensores de pressão para locomotivas com dois e três fios, respectivamente


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


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


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.

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


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 100oC e para os que utilizam platina -

200 a 850oC.

A relação de calibração entre resistência e temperatura é dado por uma função

exponencial decrescente mostrada na equação 1, abaixo.

RT = RT0eβ[

1

Temp−

1

T0] (1)

Onde:

β é um fator específico para cada modelo de termistor, especificado pelo fabricante

(adimensional)

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


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

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


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


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


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.

58

FIGURA 42 - Sensor EPS


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


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


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.

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.

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.

62

O circuito modificado fica:

FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado


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).

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


64

FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado


E a lista das conexões a serem retiradas e feitas é:

TABELA 2 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador-DVR



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).

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


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

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.


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



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

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 90oC e possui o diâmetro de 2,08 mm2

especificado pelo fabricante (GE TRANSPORTATION SYSTEMS, 1981).

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



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



DVRE EGU-C5 DVR – 5A

31EP1 EGU-C6 TB1N – L

1CE1 EGU-C7 TB1S – B


1T01 EGU-C9 TB1L – W


1L01 EGU-C11 TB1P – S


70

4EN1 EGU-C14 TB1L – V

1YB1 EGU-C15 TB1L – T


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.


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


FIGURA 53 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX modificado


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


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.


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


FIGURA 55 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX modificado


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


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


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


FIGURA 57 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC modificado


A Tabela 8 mostra as conexões a serem modificadas.

TABELA 8 - Lista de cabos a serem conectados na ligação DSS-EXC



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



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.

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


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


75

Ressalta-se que ao adicionar a caixa de passagem no armário elétrico é necessário

criar o caminho para os eletrodutos que partem da caixa de sensores chegaram à

ela e posteriormente ao EGU. Para isso é preciso realizar duas perfurações de 1,75

polegadas de diâmetro no interior do armário elétrico, como mostrado na Figura 62.

FIGURA 62 – Instalação dos eletrodutos da caixa de passagem de cabos na locomotiva Dash 8 modificada

Fonte: CARDOSO, 2010c.

4.1.9 Instalação da tomada de diagnóstico

A tomada de diagnóstico é responsável por conectar o EGU a um computador

externo. Tal máquina, onde esta instalado o programa de análise da fabricante(GE,

2001) exibe e guarda as variáveis presentes no DID. Seu diagrama esta presente na

Figura 63.

FIGURA 63 – Diagrama da tomada de diagnóstico


76

Tal tomada está localizada acima da caixa de realização de auto-carga, como


FIGURA 64 – Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 9W


Na ausência de tal caixa se instala a tomada de diagnóstico ao lado dos DVRs,

como mostrado na Figura 65.

FIGURA 65 - Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 8


4.2 COMPONENTES MECÂNICOS

4.2.1 Montagem do suporte de instalação do EGU

Para facilitar o acesso e consequentemente a manutenção do EGU tem-se a

necessidade de se confeccionar um suporte. O tal deve ter a altura próxima ao do

instalado na Dash 9W e estar localizado o mais perto possível dos módulos,

diminuindo o cabeamento e as chances de ocorrer interferência no sinal; como


77

FIGURA 66 – Desenho do suporte de instalação do EGU

Fonte: Elab. Autor, 2013

4.2.2 Calafetagem das conexões entre o bloco do motor diesel e as bombas injetoras

Ao se retirar o governador mecânico, todas as articulações de cremalheira

acopladas ao eixo de comando saem, mas as furações ficam, sendo assim, é

necessário calafetar os 18 furos para evitar vazamento de óleo, como mostrado na

Figura 67.

FIGURA 67 – Área calafetada em uma locomotiva BB-40


78

5 TESTES

Os testes de aferição de potência, consumo e funcionamento dos componentes do

motor diesel se aplicam para motores equipados com ambas as injeções (mecânica

ou eletrônica). Os procedimentos a serem feitos são definidos pelo fabricante (GE,

2003) e pela empresa detentora do equipamento (SALGADO, 2011).

5.1 TESTE DE CARGA

O teste de carga é um teste no qual o sistema de potência de uma locomotiva é

verificado mediante sua potência de saída. Tal teste é recomendado sempre que o

conjunto motor diesel/alternador sofre um reparo geral, ou após a substituição de um

item importante do equipamento de controle, propulsão ou do motor (BORBA, 2008).

Por meio de transformadores de tensão e corrente, TP (Transformador de Potencial)

e TC (Transformador de Corrente) respectivamente, se constrói uma curva de

potência com os valores obtidos do alternador, que será sobreposta às curvas

fornecidas pelo fabricante. Este teste é dividido em carga externa e auto carga.

5.1.1 Teste de carga externa

Teste que propicia nível de exatidão em torno de ± 1% (GE, 2003) e requer maior

tempo de ensaio, pois é necessário desconectar cabos de força da locomotiva que

serão ligados ao equipamento de teste.

Dá-se o nome de carga externa devido a conexão dos cabos que partem do

alternador, em vez de se ligarem aos motores de tração, alimentam um banco de

resistências externa a máquina.

Este teste é a única forma de medição de potência, temperatura, pressão e

velocidade para locomotivas que utilizam sistema de injeção com governador

mecânico.

Sua exatidão provém de um maior número de pontos da curva de potência para

cada ponto do acelerador, que ocorre pela possibilidade de se modificar a carga

requerida em cima do motor em até 10 valores diferentes. Tais pontos estão

presentes na Figura 68.

79

FIGURA 68 - Curva de potência do teste de carga externa

Fonte: BORBA, 2008.

Esse ensaio é recomendado sempre que o motor diesel ou qualquer componente

principal do sistema de propulsão ou de controle forem substituídos ou submetidos a

reparos gerais.

5.1.2 Teste de auto carga

O teste de auto carga é recomendado quando a precisão não é relevante; segundo

dados do fabricante o erro é em torno de ± 2% (GE, 2003). Este valor representa a

tolerância dos resistores tipo Shunt, dos circuitos condicionadores de sinais e dos

painéis indicadores. Os resultados dos testes podem ser seguidos no painel de

diagnósticos DID.

O ensaio tem como saída uma curva de potência, para um valor de carga, para os

oito pontos de velocidade, como mostrado na Figura 69, e possui como vantagem

sua fácil execução, já que é necessário apenas ligar a chave no compartilhamento

de controle (CA1) localizado na parede da cabine do operador.

80

FIGURA 69 - Curva de potência do teste de auto carga

Fonte: BORBA, 2008.

Outra vantagem é a não necessidade de se instalar algum equipamento externo

para realização do ensaio.

As desvantagens decorrem da necessidade de se realizar o ensaio em área com

boa ventilação, devido ao nível de ruído, fumaça e de calor.

5.2 TESTE DE CONSUMO

O teste de consumo é um complemento do teste de carga e busca analisar o

consumo de combustível de uma locomotiva. Neste teste não ocorre a inserção de

nenhum sensor à máquina, mas uma realocação dos tubos de alimentação de

combustível do tanque desta para um externo, que está acoplada a uma balança

(SALGADO, 2013). Com as medidas de massa é possível estimar o consumo de

combustível tendo em vista o tempo de cada medição. Tal teste é usado em

complemento com o teste de carga para se obter a eficiência energética da máquina.

5.3 TESTE POP

O teste POP corresponde a um teste onde se analisa o estado de cada bomba

injetora do motor diesel.

A grandeza obtida neste teste são batidas seqüenciais em cada cilindro do MD e

baseado no número destas e no intervalo de tempo entre elas e possível identificar a

condição das bombas injetoras.

81

O número de batidas em cada cilindro é de 20 e o intervalo de tempo entre cilindros

é em torno de 7 segundos (GE, 2003), sendo que existirá uma pausa entre os

cilindros 1E e 1D para permitir um tempo suficiente para o mantenedor caminhar de

um lado para o outro do MD.

82

6 FUNDAMENTOS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO

O resultado de um processo de medição fornece uma determinada informação que

para ser quantificada por completo deve ser avaliada criticamente acerca da

confiabilidade da qualidade desta, tendo em vista as normas, critérios de análise,

propagação de erros e incertezas do processo de medição (GUM, 2008).

Dentre as teorias propostas para tratamento de incertezas destacam-se a teoria de

erros, teoria de incertezas, teoria de evidência e teoria de possibilidade. Neste

trabalho utilizaremos como referência a teoria das incertezas, devido a sua

simplicidade de operação perante as outras (MUNIZ, 2012).

6.1 TEORIA DAS INCERTEZAS

Ao final do século XX, a teoria de erros foi substituída pela teoria das incertezas, em

virtude do antigo conceito de erros serem uma grandeza ideal e impossível de ser

avaliada, uma vez que o valor verdadeiro não é conhecido. Desde modo, a mudança

de conceitos de erro para incerteza, foi descrita com a publicação do Guia de

expressão e incertezas de medidas, GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in

Measurement ou Guia da Expressão da Incerteza de Medição). Neste guia, o

conceito de incerteza é definido como um parâmetro associado ao resultado da

medição, que caracteriza a dispersão dos valores medidos e que reflete a falta de

conhecimentos do valor verdadeiro da medição.

De acordo com o GUM, devem-se considerar, para avaliação da incerteza somente

os efeitos aleatórios, isto é, que todos os efeitos sistemáticos tenham sido

identificados e compensados significativamente. Deste modo, a incerteza pode ser

avaliada de maneira estatística, determinando-se o valor do desvio padrão de uma

função de densidade de probabilidade.

Uma maneira de se determinar a função de densidade de probabilidade é via um

procedimento experimental, mas dado ao tempo requerido e fatores práticos e

econômicos preferiu-se utilizar certificados de calibração, experiência do medidor,

manual do equipamento, banco de dados com medições anteriores, etc. O GUM

divide as fontes de incertezas em duas classes: A e B.

6.1.1 Incerteza tipo A

A incerteza tipo A está associada a análise estatística de séries de observações e

obtida a partir de uma função de densidade de probabilidade derivada de uma

83

distribuição de frequência observada. Segundo o GUM a equação que a define

segue abaixo:

ua(q) = √𝑠2(𝑞𝑗)

𝑛= √

1

n−1∑ (n

j=1 qj−q)2

n (2)

Onde:

ua é a incerteza tipo A (Segue a grandeza da medida);

n é o número de amostras (Amostras);

j é o índice da amostra (Adimensional);

q é a média das amostras (Segue a grandeza da medida);

qj é uma amostra na posição j (Segue a grandeza da medida);

s é o desvio padrão (Segue a grandeza da medida);

Conforme GUM (2008, p.10).

Para um número de amostras no intervalo de 4 a 23 aplica-se o Fator de Bayes

(KACKER, 2003), coeficiente que busca dar uma visão de todo a um número finito

de medições; mostrado na equação 3:

uaBayes(qj) = √

n−1

n−3ua(q) (3)

Onde:

uaBayes é a incerteza tipo A com Fator de Bayes (Segue a grandeza da medida);

Conforme MARTINS (2010, p. 9)

6.1.2 Incerteza tipo B

A incerteza tipo B está associada às imperfeições do sistema de medição, como a

resolução do instrumento, a correção do erro sistemático, a influência da

temperatura ambiente sobre o aparelho, etc. Tal incerteza é avaliada por julgamento

científico tendo em vista todas as informações disponíveis sobre a possível

variabilidade da medida (GUM, 2008), que inclui, por exemplo, especificações do

fabricante do medidor e certificado de calibração do equipamento.

Dentre as formas de cálculo da incerteza tipo B atenta-se ao método de estimar a

incerteza por meio de uma distribuição de valores possíveis. Tal caso ocorre quando

é possível apenas estabelecer limites: superior e inferior. Segundo o GUM (2008,

p.13), a característica destra distribuição é:

84

[...] “a probabilidade de que o valor Xi esteja dentro do intervalo a−

até a+, para todos os fins práticos, é igual a um, e a probabilidade de que Xi esteja fora deste intervalo é, essencialmente, zero”. Se não há conhecimento específico sobre os valores possíveis de Xi dentro do intervalo, pode-se apenas supor que é igualmente provável que Xi

esteja em qualquer lugar dentro dele [...].

Para este caso temos quatro tipos de variação dos valores medidos: quadrática,

triangular, trapezoidal e normal, como mostrado na Figura 70, cabendo ao

metrologista identificar a melhor à ser usada.

FIGURA 70 – Distribuição da incerteza tipo B, quadrada, trapezoidal, triangular e normal respectivamente


Tal diferença de distribuição se mostra nos cálculos destas, equação 4:

ubquad(xi) =

a+− a−

√3, ubtrap

(xi) =a√(1+β2)

√6, ubtrian

(xi) =a+− a−

√6e ubnorm

(xi) =e

−[(𝑥𝑖−µ)

2

2𝑎2 ]

√2πa2 (4)

Onde:

ubquad é a incerteza tipo B para distribuição quadrangular (Segue a grandeza da

medida);

ubquad é a incerteza tipo B para distribuição trapezoidal (Segue a grandeza da

medida);

ubtrian é a incerteza tipo B para distribuição triangular (Segue a grandeza da

medida);

ubnorm é a incerteza tipo B para distribuição normal (Segue a grandeza da medida);

x é a incerteza de um grandeza (Segue a grandeza da medida);

i é o índice da amostra (Adimensional);

(a+ - a-) é a largura da base (Segue a grandeza da medida);

β é a largura do topo (Segue a grandeza da medida);

Conforme GUM (2008, p.13-16).

85

6.1.3 Incerteza-padrão combinada

A incerteza-padrão combinada representa uma análise em conjunto da avaliação

quantitativa das incertezas envolvidas na medição que se relacionam por meio de

uma relação funcional f, como mostrado abaixo.

Y = f(X1, X2, … , XN) (5)

Onde:

Y é um mensurando (Segue a grandeza da medida);

X é uma grandeza do mensurando (Segue a grandeza da medida);

f é uma relação funcional (Segue a grandeza da medida);

N é o número de grandezas associadas (Adimensional);


A incerteza-padrão combinada pode ser obtida por uma relação de grandezas não

correlacionadas, também chamada de independentes, ou correlacionadas. No caso

das não correlacionadas o cálculo ocorre como mostrado na equação 6.

ucind(y) = √∑ (

∂f(xi)

∂xi )2N

i=1 u2(xi) (6)

Onde:

𝑢𝑐𝑖𝑛𝑑 é a incerteza combinada para grandezas independentes (Segue a grandeza da

medida);

y é a incerteza de um mensurando (Segue a grandeza da medida);

u é uma incerteza padrão avaliada, podendo ser tipo A ou B (Segue a grandeza da

medida);


A derivada parcial 𝜕𝑓(𝑥𝑖)

𝜕𝑥𝑖 é frequentemente denominada coeficiente de sensibilidade,

c, e define o comportamento da incerteza y mediante variações das incertezas x.

Para o caso de grandezas correlacionadas usa-se a equação 7.

uccor(y) = √∑ ∑

∂f

∂xi

∂f

∂xj Nj=1

Ni=1 u(xi, xj) (7)

Onde:

𝑢𝑐𝑐𝑜𝑟 é a incerteza combinada para grandezas correlacionadas (Segue a grandeza

da medida).


86

6.1.4 Incerteza expandida

A incerteza expandida define um intervalo da medição que busca abranger uma

fração da distribuição dos valores que podem ser razoavelmente atribuídos ao

mensurando e é dada pelo produto da incerteza combinada e o fator de

abrangência, mostrada na equação 8.

Uc = uck (8)

Onde:

Uc é a incerteza expandida (Segue a grandeza da medida);

k é o fator de abrangência (adimensional);


6.1.5 Graus de liberdade e níveis de confiança

O fator de abrangência depende dos valores escolhidos do nível de confiança,

também chamado de probabilidade de abrangência, e do grau de liberdade. O

primeiro depende da aplicação que será destinada à incerteza expandida

(MARTINS, 2010) enquanto o segundo é obtido por meio da fórmula de Welch-

Satterthwaite (GUM, 2008), como mostrado abaixo:

υeff =uc

4(y)

∑ui

4(y)

vi

Ni=1

(9)

Onde:

𝜐𝑒𝑓𝑓 é o grau de liberdade efetivo (adimensional);

𝜐𝑖 é é o grau de liberdade (adimensional);


O grau de liberdade 𝜐𝑖 é definido pelo GUM (2008, p.72) como:

Para uma grandeza única estimada pela média aritmética de n observações independentes [...], o número de graus de liberdade v é igual a n-1.

Para se utilizar a equação 9 deve-se satisfazer as hipóteses de todas as grandezas

de entrada e respectivas incertezas serem mutuamente independentes e que

juntamente com o mensurando possuam comportamento gaussiano. Um método

87

rápido para se avaliar o comportamento da medição é pelo número de medições, já

que para medições inferiores a 5 tende a ser não gaussiano (MARTINS, 2008).

O GUM recomenda o uso da aproximação abaixo para se obter o grau de liberdade

nos casos de incerteza tipo B.

υi ≈1

2[

∆u(xi)

u(xi)]

−2

(10)


A variável u é definida como a incerteza relativa, que para uma incerteza tipo B é

considerada uma grandeza subjetiva. Obtém-se por meio de julgamento científico

baseado no conjunto de informações disponíveis (GUM, 2008). Recomenda-se o

uso da tabela presente no Anexo 2 quando tais informações não estão disponíveis.

6.1.6 Operações aritméticas com incertezas

Segundo Armando Gonçalves (GONÇALVES, 2002), a adição e subtração de

incertezas decorrem da norma euclidiana dos pesos, sendo dividida em linearmente

independentes, equação 11, e dependentes, equação 12. A multiplicação e divisão

de incertezas estão presentes em 13 e 14, como independentes e dependentes

respectivamente.

(X1 ± u1) ± (X2 ± u2) = (X1 ± X2) ± √(u12 + u2

2) (11)

(X1 ± u1) ± (X2 ± u2) = (X1 ± X2) ± √X1

X2(

u12

𝑋1+

u22

𝑋2) (12)

(X1 ± u1)×÷

(X2 ± u2) = (X1×÷

X2) ± √[(u1

𝑋1)

2

+ (u2

𝑋2)

2

] (13)

(X1 ± u1)×÷

(X2 ± u2) = (X1×÷

X2) ± √X1

X2[(

u1

𝑋1)

2

+ (u2

𝑋2)

2

] (14)

Onde:

X1 e X2 são exemplos de medidas (Segue a grandeza da medida);

u1 e u2 são exemplos de incertezas (Segue a grandeza da medida);

Conforme GONÇALVES (Metrologia I, 2002, p.96-110).

88

7 ANÁLISE DA ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL

Para se determinar a economia gerada pela mudança do governador da locomotiva

de mecânico para eletrônico, compara-se o consumo de combustível de uma

locomotiva cujo modelo é mecânico, DASH 8, com um eletrônico, DASH 9W.

O teste escolhido foi o de consumo, pois provê a grandeza a que se quer evidenciar.

Considerando que a potência entre as máquinas se comporta da mesma forma não

se realizou teste de carga.

O teste POP não foi considerado pois a modificação no governador não influencia o

comportamento das bombas injetoras.

O teste de consumo ocorreu no prédio do teste de carga, Figura 71, localizado na

oficina de locomotiva situada em Vitória, Espírito Santo, Brasil da mineradora Vale

S.A.

FIGURA 71 - Prédio do teste de carga


O equipamento utilizado para a medição foi a balança modelo KES3000, da Mettler-

Toledo e está instalada embaixo do tanque de combustível, conforme Figura 72.

FIGURA 72 - Tanque de combustível externo com balança


89

Seguindo o procedimento estipulado pela empresa detentora do equipamento para

tal teste (SALGADO, 2011) obteve-se cinco valores de medição para cada ponto de

aceleração da máquina sendo que cada valor corresponde a uma diferença medida

no intervalo de cinco minutos. Utiliza-se tal tempo para garantir que o valor medido

esteja numa faixa estável de valores, ou seja, se a medição ocorre-se em intervalos

em tempos pequenos os valores medidos viriam com grandes flutuações; o que

prejudicaria o teste.

Sendo assim ao final do experimento obteve-se quarenta valores medidos, pois são

oito pontos de medição. Tais medidas, da Dash 8 e 9W, estão presentes nos

apêndice A e B respectivamente.

O valor médio será dado pela média aritmética das 5 medições efetuadas em cada

ponto para cada máquina. Por meio do manual (TOLEDO DO BRASIL, 2013) e

documento (NETO, 2013) do fabricante obtêm-se as grandezas relacionadas à

incerteza do medidor, como mostrado na Tabela 9 abaixo.

TABELA 9 - Grandezas do medidor

Resolução ± 50 g

Precisão ± 50 g

Legibilidade 50 g

Linearidade típica ± 100 g

Fonte: TOLEDO DO BRASIL, 2013 e NETO, 2013

Considerando que as medições são efetuadas num curto intervalo de tempo, que os

mensurando são da mesma ordem de grandeza e que o erro sistemático associado

a cada medição é constante, ao realizarmos a diferença entre os pesos iniciais e

finais para obter os consumos, estaremos anulando o erro sistemático.

Utilizando os conceitos trabalhados no item 2.3.1 e sabendo que foram realizadas 5

medições em cada ponto obtêm-se as grandezas relacionadas à incerteza da

medição tipo A.

uaBayes= √

𝑛 − 1

𝑛 − 3√

𝑠

𝑛= √

5 − 1

5 − 3√

𝑠

5= 0,632𝑠

O desvio padrão (s) será particular de cada rodada de medição, sendo obtidos pelo

denominador da equação 2 e mostrado na Tabela 10.

TABELA 10 – Desvios padrões das médias de cada medida

Ponto Mecânico [kg] Eletrônico [kg]

IDLE 0,17 0,09

90

Ponto 1 0,07 0,07

Ponto 2 0,24 0,06

Ponto 3 0,35 0,11

Ponto 4 0,64 0,16

Ponto 5 0,34 0,16

Ponto 6 0,30 0,18

Ponto 7 0,40 0,18

Ponto 8 0,60 0,14 Fonte: Elab. Autor, 2013.

Assim encontra-se a incerteza tipo A para cada medição, conforme Tabela 11:

TABELA 11 – Incertezas tipo A


IDLE 0,11 0,06

Ponto 1 0,04 0,04

Ponto 2 0,15 0,04

Ponto 3 0,22 0,07

Ponto 4 0,41 0,10

Ponto 5 0,21 0,10

Ponto 6 0,19 0,12

Ponto 7 0,25 0,11


As incertezas tipo B levadas em consideração foram baseadas nos erros

operacionais: que estão relacionadas às qualidades técnicas do analista e

imperfeições do instrumento de medida (BRAZ, 2007), assim escolhe-se a

distribuição quadrada das equações 4, por considerar o pior caso, para representar

tais incertezas.

Tendo em vista que o intervalo de valores a− até a+ é a precisão do equipamento

para o tipo B1 e a resolução para o tipo B2 utilizam-se os dados da Tabela 1 para

realizar os cálculos mostrados abaixo.

ub1 =a+ − a−

√3=

0,10

√3= 0,06

ub2 =a+ − a−

√3=

0,10

√3= 0,06

Tomando que os testes foram conduzidos de forma cuidadosa, os instrumentos

possuíam qualidade razoável, os procedimentos eram adequados e os operadores

foram treinados, assume-se que as incertezas obtidas acima se relacionam de forma

91

independente (MARTINS, 2010); utiliza-se assim para o cálculo das incertezas-

padrão combinadas a equação 6.

Considerando que as grandezas de entrada presentes na equação 5 são iguais as

suas incertezas (GUM, 2008) e que pequenas variações na entrada geram

pequenas variações na saída podemos realizar a seguinte simplificação:

xi = Xi ∴ c =∂f(xi)

∂xi=

Δyi

Δxi∴ |

Δyi

Δxi|≅ 1

Com o coeficiente de sensibilidade sendo igual a 1 a equação 6 se torna:

𝑢𝑐𝑖𝑛𝑑(𝑦) = √∑ 𝑢2(𝑥𝑖)

𝑁

𝑖=1

Como foram consideradas 3 incertezas de entrada temos:

𝑢𝑐𝑖𝑛𝑑(𝑦) = √𝑢𝑎

2 + 𝑢𝑏12 + 𝑢𝑏2

2

Com a equação acima usam-se as incertezas tipo B com as tipo A, presentes na

tabela 12, para se obter as incertezas combinadas, presente na tabela abaixo.

TABELA 12 – Incertezas combinadas


IDLE 0,13 0,10

Ponto 1 0,09 0,09

Ponto 2 0,17 0,09

Ponto 3 0,23 0,11

Ponto 4 0,41 0,13

Ponto 5 0,23 0,13

Ponto 6 0,21 0,14

Ponto 7 0,26 0,14


Em seguida se obtêm as incertezas expandidas multiplicando as combinadas com o

fator de abrangência, equação 8, que é obtido levando em consideração o grau de

liberdade e a porcentagem de abrangência

Como foram feitas 5 medições e as grandezas de entrada, suas incertezas

associadas e o mensurando são mutuamente independentes utiliza-se a equação 9

para se obter os graus de liberdade efetivos.

92

Para obter os graus de liberdade para cada tipo de incerteza se o número de

medições menos um para o tipo A e a presente na equação 10 para o tipo B, como

mostrado a seguir.

υeff(y) =uc

4(y)

∑ui

4(y)vi

3i=1

=uc

4(y)

uaBayes4 (y)

n − 1 +ub1

4 (y)

12 (

∆ub1(x)ub1(x)

)−2 +

ub24 (y)

12 (

∆ub2(x)ub2(x)

)−2

A avaliação feita para definir as bases ∆ub1(x)

ub1(x) e

∆ub2(x)

ub2(x) teve como referência a tabela

presente no Anexo 2 que para 5 medições é de 36%, como mostrado abaixo.

υeff(y) =uc

4(y)

uaBayes4 (y)

5 − 1+

(0,06)4

12 (

36100)

−2 +(0,06)4

12 (

36100)

−2

=uc

4(y)

uaBayes4 (y)

4 + 1,68.10−6

Com os valores presentes nas tabelas 3 e 4 encontra-se os graus de liberdade, que

por serem números inteiros tiveram que ser truncados para o próximo inteiro inferior

presente na tabela G.2 do GUM (GUM, 2008), como mostra a tabela 13.

TABELA 13 – Graus de liberdade

Ponto Mecânico Eletrônico

IDLE 9 20

Ponto 1 25 25

Ponto 2 6 25

Ponto 3 5 17

Ponto 4 4 10

Ponto 5 5 10

Ponto 6 5 8

Ponto 7 4 9

Ponto 8 4 12 Fonte: Elab. Autor, 2013.

O passo seguinte trata de definir a porcentagem de abrangência e como se trata de

uma aplicação de campo se recomenda usar 90,00%, tendo em vista que tal

aplicação apresenta variabilidades elevadas e uma probabilidade maior conduz a

incertezas expandidas muito grandes (MARTINS, 2010).

Por meio da tabela presente no Anexo 3 se encontra os fatores de abrangência,

como mostrado na tabela 14.

TABELA 14 – Fatores de abrangência

Ponto Mecânico Eletrônico

IDLE 1,83 1,72

93

Ponto 1 1,71 1,71

Ponto 2 1,94 1,71

Ponto 3 2,02 1,74

Ponto 4 2,13 1,81

Ponto 5 2,02 1,81

Ponto 6 2,02 1,86

Ponto 7 2,13 1,83


E em consequência, pela equação 8 e Tabela 4, as incertezas expandidas;

presentes na tabela 15.

TABELA 15 – Incertezas expandidas


IDLE 0,25 0,17

Ponto 1 0,16 0,16

Ponto 2 0,34 0,16

Ponto 3 0,47 0,19

Ponto 4 0,88 0,24

Ponto 5 0,46 0,23

Ponto 6 0,42 0,26

Ponto 7 0,56 0,25


Com os valores médios presentes nos apêndices A e B e na Tabela 4 é possível

obter o valor médio com a incerteza expandida das medições para cada ponto, tendo

em vista que os arredondamentos serão feitos somente no final da análise, como

mostrado na Tabela 16:

TABELA 16 – Consumos de combustível obtidos no teste com suas incertezas


IDLE 1,72 ± 0,25 1,81 ± 0,17

Ponto 1 6,66 ± 0,16 5,47 ± 0,16

Ponto 2 12,57 ± 0,33 12,17 ± 0,16

Ponto 3 27,50 ± 0,47 27,16 ± 0,19

Ponto 4 39,52 ± 0,88 39,20 ± 0,24

Ponto 5 59,01 ± 0,46 55,42 ± 0,23

Ponto 6 75,43 ± 0,42 70,37 ± 0,26

Ponto 7 91,33 ± 0,56 86,61 ± 0,25

Ponto 8 108,62 ± 0,83 103,36 ± 0,21 Fonte: Elab. Autor, 2013.

94

Onde o número após o símbolo ± é o valor numérico de U=kuc (uma incerteza

expandida) com U determinado na Tabela 4 por um fator de abrangência presente

na tabela 6 baseado na distribuição-t para graus de liberdade da tabela 5. U define

um intervalo estimado para ter uma probabilidade de abrangência de 90 por cento;

conforme recomendado no item 7.2.4 do guia (GUM, 2008).

Subtraindo os intervalos de medição em cada ponto, utilizando a equação 11,

obtemos as diferenças entre os consumos, mostradas na Tabela 17.

TABELA 17 – Diferença entre os consumos de combustível em cada ponto

Ponto Diferença [kg]

IDLE -0,1 ± 0,3

Ponto 1 1,2 ± 0,2

Ponto 2 0,4 ± 0,4

Ponto 3 0,3 ± 0,5

Ponto 4 0,3 ± 0,9

Ponto 5 3,6 ± 0,5

Ponto 6 5,1 ± 0,5

Ponto 7 4,7 ± 0,6

Ponto 8 5,3 ± 0,9 Fonte: Elab. Autor, 2013.

Tendo em vista o intervalo de tempo entre cada medição e a massa específica do

diesel (SALGADO, 2011) utiliza-se a equação 9 para colocar o valor medido na

grandeza padrão de consumo.

consSI = consIT

T

1

σ (14)

Onde:

consSI é o consumo das máquinas no SI (L/h);

cons é o consumo das máquinas na unidade fornecida pelo medidor (kg), presentes

na tabela 5;

IT é o intervalo de tempo em cada medição (minutos), que é de 10 minutos;

T é o intervalo de tempo de 1 hora (minutos), que é de 60 minutos;

σ é a massa específica do diesel, que é 0,845 (kg/L) (ANP, 2003);

Conforme SALGADO (2011, p.3).

Obtendo assim a Tabela 18:

TABELA 18 – Consumo de combustível no formato padrão

Ponto Mecânico

[kg/h] Eletrônico

[kg/h] Mecânico

[L/h] Eletrônico

[L/h] Diferença

[L/h]

IDLE 10 ± 1 11 ± 1 12 ± 2 13 ± 1 -1 ± 2

95

Ponto 1 40 ± 1 33 ± 1 47 ± 1 39 ± 1 8 ± 2 Ponto 2 75 ± 2 73 ± 1 89 ± 2 86 ± 1 3 ± 2 Ponto 3 165 ± 3 163 ± 1 195 ± 3 193 ± 1 2 ± 3 Ponto 4 237 ± 5 235 ± 1 281 ± 6 278 ± 2 3 ± 7 Ponto 5 354 ± 3 333 ± 1 419 ± 3 394 ± 2 25 ± 4 Ponto 6 453 ± 3 422 ± 2 536 ± 3 500 ± 2 36 ± 4 Ponto 7 548 ± 3 520 ± 2 648 ± 4 615 ± 2 33 ± 4 Ponto 8 652 ± 5 620 ± 1 771 ± 6 734 ± 2 37 ± 6


Os valores da tabela acima são descritos nas Figuras 73 a 81:

FIGURA 73 - Consumo das locomotivas em ponto IDLE


FIGURA 74 - Consumo das locomotivas em ponto 1


96







97







98



Com os valores da diferença entre os consumos de combustível das locomotivas,

presentes na coluna Diferença da tabela 18. Tomando a diferença mínima, que é o

caso mais pessimista dentro do intervalo de confiança, considera-se a soma destas

diferenças como um valor unitário. Desta forma evidencia-se a influência de cada

diferença de consumo em relação ao todo, como mostrado na Figura 82.

FIGURA 82 – Comparação das diferenças dos consumos


Analisando as Figuras 73 a 77, com exceção da 74, nota-se que ocorre

sobreposição dos intervalos de confiança. Afirmativas para tais situações são

possíveis somente utilizando a técnica estatística do teste t-pareado (SHIMAKURA,

99

2008), como tal grau de abortagem não é o foco do trabalho considera-se tais

comparações sobre a economia de combustível como inconclusivas.

Nas Figuras 78 a 81 têm-se uma situação diferente, já que a incerteza é menor do

que a diferença dos consumos, como mostrado na Tabela 18, coluna Diferença.

A Figura 82 mostra que para pontos inferiores a ponto 5, a economia de combustível

é relativamente baixa, sendo até mesmo negativa, se comparada com os pontos

superiores.

Buscando analizar a eficiência energética energética trazida pela transformação,

deve-se considerar a potência produzida em cada ponto de aceleração.

Considerando que, durante a realização dos testes, a potência fornecida pelas

máquinas foram iguais as estipuladas pelo fabricante (GE, 2003), obtemos a tabela

abaixo.

TABELA 19 – Potência das locomotivas para cada ponto

Ponto Potência [hp] Potência [kW]

Ponto 1 175 130

Ponto 2 400 298

Ponto 3 915 682

Ponto 4 1360 1014

Ponto 5 1990 1484

Ponto 6 2665 1987

Ponto 7 3350 2498


Lembrando que durante ponto de aceleração IDLE a locomotiva não produz

potência.

Como a eficiência energética é dada em litros por kilowatts hora, se divide os valores

presentes nas colunas eletrônico e mecânico da Tabela 18 com os presentes na

Tabela 19, obtendo a tabela 20.

TABELA 20 – Eficiência energética para cada ponto

Ponto Mecânico [l/MWh] Eletrônico [l/MWh]

Ponto 1 360 ± 10 299 ± 10

Ponto 2 298 ± 7 288 ± 4

Ponto 3 286 ± 4 283 ± 1

Ponto 4 277 ± 6 274 ± 2

Ponto 5 282 ± 2 266 ± 1

Ponto 6 270 ± 2 252 ± 1

Ponto 7 259 ± 2 246 ± 1

100

Ponto 8 259 ± 2 247 ± 1 Fonte: Elab. Autor, 2013.

Para se manter o mesmo número de algarismos dos valores anteriores optou-se por

dispor os números na unidade litros por megawatts hora.

Considerando o caso mais conservador, onde a faixa de valores do governador

mecânico são mínimos e os do eletrônico são máximos, obtém-se a Tabela 21.

TABELA 21 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto

Ponto Mecânico [l/MWh] Eletrônico [l/MWh]

Ponto 1 350 309

Ponto 2 291 292

Ponto 3 282 284

Ponto 4 271 276

Ponto 5 280 267

Ponto 6 268 253

Ponto 7 257 247


Colocando os valores acima em gráficos de linha obtem-se a figura 83.

FIGURA 83 – Eficiências energéticas por ponto


A figura acima ressalta a idéia que não só ocorre melhoria da economia de

combustível nos pontos 5 a 8 (e no ponto 1) como também melhoria da eficiência

energética.

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

0 2 4 6 8 10

L/M

Wh

Ponto

Mecânico

Eletrônico

101

Tendo em vista que o tempo que a locomotiva fica em cada ponto influência

diretamente tanto o consumo de combustível quanto a eficiência energética, utiliza-

se um tempo de percurso ferroviário fictício (BORBA, 2009) de 20 horas, para se

comparar os comportamentos das máquinas. Tais dados estão presentes na Tabela

22.

TABELA 22 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto

Ponto Tempo de percurso [h] Tempo de percurso [%]

Desligada 1,87 9,35

Freio dinâmico 0,86 4,08

IDLE 9,75 4,87

Ponto 1 0,72 3,58

Ponto 2 0,95 4,75

Ponto 3 1,07 5,39

Ponto 4 0,93 4,68

Ponto 5 0,93 4,64

Ponto 6 0,92 4,60

Ponto 7 0,55 2,76

Ponto 8 1,45 7,29 Fonte: BORBA, 2012.

Considerando a diferença entre os consumos presentes na Tabela 21 com os

tempos onde a locomotiva produz potência, pontos de 1 a 8, obtemos os valores

trazidos pela transformação em litros por kilowatts. Como mostrado na tabela 23.

TABELA 23 – Diferença entre os consumos em cada ponto de aceleração

Ponto Diferença [l/MW]

Ponto 1 147

Ponto 2 -5

Ponto 3 -11

Ponto 4 -23

Ponto 5 60

Ponto 6 69

Ponto 7 28

Ponto 8 66 Fonte: Elab. Autor, 2013.

Analisando a Tabela 23 percebe-se que a diferença de consumo mecânico por

eletrônico apresenta, para os pontos 2 a 4, diferença negativa. Tal fato mostra que

nesses pontos a transformação aumentou o consumo de combustível, em vez de

diminui-lo, como ocorreu no restante.

Os valores de diferença presentes na tabela 23 produzem a Figura 84.

102

FIGURA 84 –Diferença entre consumo em litros por megawatts por ponto (mecânico por eletrônico)


A Figura 84 mostra o decaimento da diferença entre consumos, em vista do ponto 1

ao 4. Quanto menor a diferença, menor é a economia de combustível trazida pela

transformação. Esta situação se torna mais relevante em percursos ferroviários onde

a máquina fica mais tempo nesses pontos, como é caso mostrado na Tabela 22.

A partir do ponto 5 ocorre crescimento no valor da diferença, influênciado pela

diferença entre os consumos ser positiva e crescente. Entre o ponto 6 e 8 ocorre

uma queda, pois o tempo que a locomotiva fica em ponto 7, neste percurso, é curto

se comparado aos outros.

Quanto mais tempo a máquina estiver em pontos de maior diferença de consumo,

pontos 1 e 5 ao 8, maior será a economia trazida pela mudança.

Adicionando os valores presentes na Tabela 23 obtém-se que, para o pior caso

neste precurso, a transformação traz uma economia de 330 l/MW ou 0,33 l/kW; o

quê representa uma economia de 4,9%.

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 2 4 6 8 10

L/M

W

Ponto

103

8 ANÁLISE FINANCEIRA

Tomando o tempo de percurso presente na Tabela 22, calcula-se o consumo em

litros que a máquina fica em cada ponto, equação 14.

consumol = TA*consSI (14)

Onde:

consumol é o consumo das máquinas em litros (L);

TA é o intervalo de tempo que a locomotiva fica em um determinado ponto na

proporção de um trajeto de 1 hora (h);


Obtendo assim a Tabela 24.

TABELA 24 – Consumos em litros por ponto de aceleração

Ponto Mecânico [l] Eletrônico [l]

IDLE 117 ± 19 127 ± 13

Ponto 1 34 ± 1 39 ± 1

Ponto 2 84 ± 2 86 ± 1

Ponto 3 210 ± 3 193 ± 1

Ponto 4 236 ± 6 278 ± 2

Ponto 5 388 ± 3 419 ± 3

Ponto 6 492 ± 3 500 ± 2

Ponto 7 357 ± 2 615 ± 2

Ponto 8 1121 ± 9 734 ± 1

Total 3065 ± 22 2852 ± 14 Fonte: Elab. Autor, 2013.

Para avaliar a viabilidade do projeto utiliza-se o pior caso, ou seja, o menor valor do

consumo total do modelo mecânico e o maior do eletrônico obtendo assim:

consTMec = 3065 − 22 = 3043 litros

consTElet = 2852 + 14 = 2866 litros

Em seguida se obtém o número de ciclos por hora, com a equação 12:

cicloa =ta%p

tc=

(360)(24)(17,27

20)

20= 373,03

ciclos

ano (16)

Onde:

cicloa é o número de ciclos pelo tempo de um ano (ciclo/ano);

ta é o tempo de um ano de 360 dias (h/ano);

%p é a eficiência de percurso (adimensional);

tc é o tempo de duração de um ciclo (h);


104

O preço do óleo combustível será estimado em vista que o valor pago as empresas

de transporte corresponde a 85% do preço presente nos postos de combustível

(PETROBRAS, 2013). Na data de coleta de 14 de agosto de 2013 o valor médio

pago nos postos foi de 2,332 reais (ANP, 2013).

Com o valor de combustível, o número de ciclos e o consumo se obtém a economia

anual gerada pela transformação.

valora = (consTMec-consTElet)cicloapc

valora = (3043 − 2866)(373,03)(0,85 ∗ 2,332) = R$ 130.877,35 (17)

Onde:

valora é o valor economizado em combustível no tempo de um ano (R$/ano);

pc é o valor do combustível (R$);


O preço de implantação do projeto será a soma do total de materiais necessários

para a modificação (presente no Apêndice C), soma dos custos por hora de trabalho

para cada pessoa envolvida na conversão, vulgarmente chamado de HHT (Homem

Hora Trabalhada).

O valor total dos materiais foi baseado no valor investido na transformação passada

(CARDOSO, 2013c). Sabendo que foram necessários dois funcionários com ensino

técnico, cuja salário bruto médio é de R$ 2100,00 (CREA, 2007) em um período de 1

mês, obtém-se o valor do investimento.

I0 = SMateriais + SHHTtp = 700000 + (2)(2100)(1) = R$ 704.200 reais (18)

Onde:

I0 é o investimento inicial, ou seja, o custo do projeto (R$);

SMateriais é a soma dos produtos (R$), presente no apêndice C;

SHHT é a soma dos custos por hora dos funcionários envolvidos (R$/h);

tp é o tempo necessário para implementar o projeto (h);


De posse do valor a ser investido deve-se obter a taxa de juros mínima que torna o

projeto rentável. Esta taxa é chamada de TIR (Taxa Interna de Retorno) e depende,

além da economia anual, do tempo de retorno do investimento. Tendo em vista que

uma locomotiva apresenta depreciação de 10 anos (GE, 2003), estipula-se tal valor

para o tempo de retorno. A equação do TIR segue abaixo.

I0 = valora [(1+TIR)tr-1

TIR(1+TIR)tr] ∴ 704.200,00 = 130.877,35 [

(1+TIR)10-1

TIR(1+TIR)10]∴ TIR = 13% (19)

105

Onde:

TIR é a taxa interna de retorno (%);

tr é o tempo de retorno do investimento (anos);

Conforme PEREIRA (2008, p.124).

Se a taxa de atratividade empregada for inferior ou igual à taxa TIR conclui-se que o

projeto é rentável. Então para garantir a rentabilidade do projeto deve-se ter uma

taxa inferior à 13%.

O próximo passo é definir a renda obtida ao final do tempo tr, ou seja, o VPL (Valor

Presente Líquido), que é um medidor do lucro econômico de um investimento

(BUENO, 2011). Para realizar seu cálculo faz-se necessário ter a taxa de

atratividade, próprio de cada empresa. Tendo em vista a taxa de exemplo para

empresas de grande porte (CURY, 2013) utiliza-se 12%, como mostrado na equação

15.

VPL = ∑valora

(1+tj)tr − I0

tl=1 = ∑

130.877,35

(1+0,12)10 − 704.200,00tl=1 = R$ 35.286,22 (20)

Onde:

VPL é o valor presente líquido (R$);

l é uma variável de contagem de tempo (anos);

tj é a taxa de atratividade, próprio para cada empresa (%);

Conforme PEREIRA (2008, p.3).

A próxima análise a ser feita é do tempo de retorno do projeto, chamado de payback,

cuja equação segue abaixo.

tPB = tr − 1 + α ∴ α =(1 + 𝑡𝑗)

𝑡𝑟

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑎(𝑡𝑟)[𝐼0 − ∑

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑎(𝑙)

(1 + 𝑡𝑗)𝑙

𝑡𝑟−1

𝑙=1

]

α =(1+0,12)10

130.877,35[704.200,00 − ∑

130.877,35

(1+0,12)𝑙9𝑙=1 ] = 9,16 𝑎𝑛𝑜𝑠 = 9 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑒 2 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 (21)

Onde:

tPB é o payback (anos);

α é o tempo de lucro (anos);

Conforme BUENO (2011, p.149).

Assim obtêm-se não só o lucro gerado pelo investimento, pelo VPL, como o tempo

de retorno, pelo tPB.

Complementa-se a análise acima inserindo a situação onde em vez de investir o

montante na transformação do governador o coloca em um fundo de renda.

106

No sistema financeiro brasileiro existem 5 fundos destinados a pessoa jurídica:

caderneta de poupança, títulos bancários, fundos de ações, câmbio e títulos

públicos (Portal Brasil, 2013). No trabalho em questão analisaremos o rendimento na

poupança.

A poupança é um depósito remunerado, usado por um banco para fornecimento de

empréstimos. Possui como características: cobertura pelo FGC (Fundo Garantidor

de Crédito) de 250.000,00 reais, ou seja, em caso de falência do banco esta é a

máxima quantia reposta, sendo assim se o valor do projeto extrapolar tal custo

devesse dividir o investimento em outros bancos. A exceção é a Caixa Econômica

Federal que repõe todo valor investido (WAWRZENIAK, 2013). Outra característica é

o não pagamento de juros mediante resgate fora da data de aniversário. Sua renda

mensal é calculada a partir de uma taxa mensal de juros de 0,5% aplicado sobre o

valor da TR (Taxa Referencial), que é definida pelo Portal Brasil (2013, p.1) como:

(...) função do volume de captação de Certificado e Recibo de Depósito Bancário (CDB/RDB), dentre os bancos múltiplos com carteira comercial ou de investimento, bancos comerciais e de investimentos e caixas econômicas.

A poupança terá o valor igual ao da taxa SELIC (Sistema Especial de Liquidação e

de Custódia), quando esta estiver igual ou inferior a 8,5% ao ano.

É definida pelo Banco Central do Brasil (2013a, p.1) como:

(...) o cálculo da taxa média ponderada e ajustada das operações de financiamento por um dia, lastreadas em títulos públicos federais e cursadas no referido sistema ou em câmaras de compensação e liquidação de ativos, na forma de operações compromissadas.

Sua equação é mostrada a seguir:

Sn = (1 + 𝑗𝑝) [(1+𝑗𝑝)

𝑡𝑟′−1

𝑗𝑝] D (22)

Onde:

Sn é o rendimento mensal da poupança (R$);

D é o valor do depósito (R$);

tr’ é o tempo de duração do investimento (meses);

jp é a taxa de juros mensal de rendimento da poupança (%);

Conforme Banco Central do Brasil (2013b, p.1).

107

O valor da taxa de juros da poupança usado será para o caso de maior rendimento

da poupança, ou seja, quando sua taxa é igual a taxa SELIC. Sendo assim o ganho

é:

Gpoup = I0 (1 + 𝑗𝑝) [(1 + 𝑗𝑝)𝑡𝑟

′

− 1] − 1

Gpoup =704.200,00

120(1 +

0,085

12) [

(1+0,085

12)

120−1

0,085

12

] − 1 = R$ 3.033,03 (23)

Como o valor obtido na equação 23 é inferior ao obtido na equação 20 tem-se que o

investimento, além de necesitar de taxa de atratividade inferior a 13%, apresenta

maior rentabilidade do que se fosse investido em um fundo de poupança, para uma

taxa de 12% com retorno em 9 anos e 2 meses.

108

9 CONCLUSÕES E PROPOSTAS FUTURAS

Este trabalho demonstrou o funcionamento dos governadores mecânico e eletrônico,

além de evidenciar o comportamento do consumo de combustível mediante o ponto

de aceleração. O trabalho também abrangiu os ensaios a serem realizados na

máquina, a análise financeira do investimento e as modificações a serem feitas no

sistema de injeção da locomotiva.

Em relação ao comportamento do consumo de combustível atenta-se que a medida

que se aumenta a marcha de operação maior é a economia de combustível do

governador mecânico em relação ao eletrônico. Assim, garantir que a máquina opere

nesses pontos aumenta a viabilidade do projeto.

O tempo que uma locomotiva fica em um ponto de aceleração é definido pelo trecho

que ela percorre. Ferrovias cujas malhas ferroviárias permitem ficar a maior parte do

tempo em alta velocidade são ideais para tal transformação.

As restrições de velocidade numa via são consequências da geometria do seu

trecho e da sua infraestrutura. Vias permanentes com déficit de infraestrutura

apresentam fatores que restringem maiores velocidades, sendo estes: o mau estado

de conservação da linha, ocupação irregular da faixa de domínio e, principalmente,

pelo grande número de passagens em nível não sinalizadas nas travessias urbanas.

A correção de tais desvios incrementa o tempo da máquina em velocidades maiores

e em consequência aumenta a eficiência do projeto.

A rentabilidade do projeto também é influênciada pela taxa de juros cobrada, preço

do óleo combustível e preço de aquisição de material, já que influênciam no cálculo

da TIR e do VPL.

Como proposta futura tem-se a expansão de tal modificação às outras locomotivas

que possuem governador mecânico, como os modelos Dash 7, tendo em vista que

será necessário inserir também os módulos de controle (AUX, EXC e CAB).

Ressalta-se que a transformação de mecânica em eletrônica dos governadores não

só trará menor consumo de combustível como também poderá aumentar a

confiabilidade do equipamento, reduzir a variação de material de reposição e

padronizar ainda mais o processo de manutenção.

Outra proposta é verificar e quantificar a redução de emissões de gases poluentes

devido a realização da transformação.

109

REFERÊNCIAS

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113

APÊNDICE A - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA

DASH 8 (GOVERNADOR MECÂNICO)

Ponto Medição Peso inicial [Kg] Peso Final [Kg] Consumo [Kg]

8

1ª 1538,00 1429,15 108,85

2ª 1423,50 1315,40 108,10

3ª 1356,70 1248,45 108,25

4ª 1234,60 1124,70 109,90

5ª 1079,70 971,70 108,00

Média 1326,50 1217,88 108,62

Desvio Padrão 176,36 176,33 0,79

7

1ª 1197,00 1106,00 91,00

2ª 1100,50 1008,85 91,65

3ª 956,10 865,10 91,00

4ª 867,30 775,30 92,00

5ª 956,10 865,10 91,00

Média 1015,40 924,07 91,33

Desvio Padrão 131,52 131,69 0,47

6

1ª 958,80 883,60 75,20

2ª 881,05 805,45 75,60

3ª 850,50 774,95 75,55

4ª 786,50 710,60 75,90

5ª 698,40 623,50 74,90

Média 835,05 759,62 75,43

Desvio Padrão 98,36 98,28 0,39

5

1ª 791,25 732,50 58,75

2ª 724,30 665,30 59,00

3ª 751,85 692,90 58,95

4ª 699,40 640,90 58,50

5ª 660,85 601,00 59,85

Média 725,53 666,52 59,01


4

1ª 652,05 611,45 40,60

2ª 604,85 565,10 39,75

3ª 683,90 644,10 39,80

4ª 630,00 591,70 38,30

5ª 610,03 570,90 39,13

Média 636,17 596,65 39,52


3

1ª 1228,85 1201,65 27,20

2ª 1200,70 1173,50 27,20

3ª 636,75 609,15 27,60

4ª 893,23 866,00 27,23

5ª 617,42 589,15 28,27

114

Média 915.39 887.89 27.50

Desvio Padrão 294,35 294,72 0,46

2

1ª 1169,90 1157,00 12,90

2ª 1156,70 1144,20 12,50

3ª 605,35 592,50 12,85

4ª 589,12 577,00 12,12

5ª 615,30 602,80 12,50

Média 827,27 814,70 12,57

Desvio Padrão 306,93 306,80 0,32

1

1ª 1142,60 1136,05 6,55

2ª 1135,80 1129,05 6,75

3ª 591,30 584,60 6,70

4ª 580,20 573,60 6,60

5ª 598,30 591,60 6,70

Média 809,64 802,98 6,66

Desvio Padrão 300,92 300,93 0,08

IDLE

1ª 1128,40 1126,55 1,85

2ª 1126,45 1124,70 1,75

3ª 583,95 582,15 1,80

4ª 546,90 545,00 1,90

5ª 582,50 581,20 1,30

Média 793,64 791,92 1,72

Desvio Padrão 305,06 305,00 0,24 Fonte: Elab. Autor, 2012.

115

APÊNDICE B - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA

DASH 9W (GOVERNADOR ELETRÔNICO)

Ponto Medição Peso inicial [Kg] Peso Final [Kg] Consumo [Kg]

8

1ª 1115,45 1012,10 103,35

2ª 537,45 434,10 103,35

3ª 1286,50 1182,80 103,70

4ª 842,50 739,40 103,10

5ª 282,00 178,70 103,30

Média 812,78 709,42 103,36

Desvio Padrão 410,62 410,51 0,22

7

1ª 999,95 912,90 87,05

2ª 426,60 340,00 86,60

3ª 1171,50 1085,10 86,40

4ª 732,00 645,45 86,55

5ª 170,95 84,50 86,45

Média 700,20 613,59 86,61

Desvio Padrão 408,64 408,57 0,26

6

1ª 904,50 834,30 70,20

2ª 327,40 256,60 70,80

3ª 1079,00 1008,60 70,40

4ª 629,50 559,25 70,25

5ª 77,10 6,90 70,20

Média 603,50 533,13 70,37

Desvio Padrão 409,48 409,53 0,25

5

1ª 826,30 770,80 55,50

2ª 252,30 196,70 55,60

3ª 1001,50 945,95 55,55

4ª 554,30 499,10 55,20

5ª 0,65 -54,60 55,25

Média 527,01 471,59 55,42

Desvio Padrão 408,65 408,58 0,18

4

1ª 766,20 726,80 39,40

2ª 192,90 153,85 39,05

3ª 943,95 904,80 39,15

4ª 495,30 455,90 39,40

5ª -57,65 -96,65 39,00

Média 468,14 428,94 39,20

Desvio Padrão 408,71 408,60 0,19

3

1ª 715,50 688,20 27,30

2ª 150,20 123,10 27,10

3ª 903,40 876,10 27,30

4ª 453,25 426,15 27,10

5ª -99,30 -126,30 27,00

116

Média 424,61 397,45 27,16

Desvio Padrão 407,57 407,45 0,13

2

1ª 687,05 674,95 12,10

2ª 121,75 109,55 12,20

3ª 874,90 862,75 12,15

4ª 424,75 412,45 12,30

5ª -127,35 -139,45 12,10

Média 396,22 384,05 12,17

Desvio Padrão 407,43 407,43 0,08

1

1ª 673,00 667,50 5,50

2ª 108,70 103,20 5,50

3ª 862,10 856,55 5,55

4ª 412,05 406,55 5,50

5ª -140,20 -145,50 5,30

Média 383,13 377,66 5,47

Desvio Padrão 407,27 407,19 0,10

IDLE

1ª 105,00 103,10 1,90

2ª 103,00 101,10 1,90

3ª 856,30 854,50 1,80

4ª 406,40 404,80 1,60

5ª -145,85 -147,70 1,85

Média 264,97 263,16 1,81

Desvio Padrão 384,15 384,20 0,12 Fonte: Elab. Autor, 2012.

117

APÊNDICE C - TABELA DE MATERIAIS DO PROJETO DE CONVERSÃO

Equipamento Quant.

Abraçadeira da Engrenagem Bi-Partida 2

Acoplamento descontínuo rápido, Conexão macho 1

Adaptador, 1/2 polegadas, modelo Od Tube 1

Adaptador, 1/4 polegadas, modelo Od Tube 1

Anel olhal do banjo 64

Anel de vedação, 1/2 polegadas 1

Anel olhal da base da bomba injetora 16

Anel olhal do bico injetor 16

Arruela de encosto do eixo comando 2

Arruela do parafuso de fixação da engrenagem do eixo comando 24

Arruela Lisa, modelo N06 1

Arruela, 1/2 polegadas 1



Arruela, modelo 10 1

Arruela, modelo 6 1

Banjo da bomba injetora 16

Bicos injetores de combustível 16

Bloco Manifold, 5 3/4 polegadas 1

Bloco Manifold, 6 1/4 polegadas 1

Bombas injetoras de Combusível Bosh 16

Botão de chaveamento de dois estágios 1

Botão de chavemento, modelo DPDT 1

Bucha do eixo comando 18

Bujão, 1/4 polegadas 1

Bushing,1/2 polegadas 1

Cabo condutor do CNK 1

Cabo de cobre, 600 Volts, Condutor único,16 AWG 500

Cabo triplo Shildado 3 por 14 AWG 95

Caixa de sensores do motor diesel (Apenas a carcaça de aço) 1

Camisa com cabeçote, modelo nitretada 16

Chaveta da engrenagem bi-partida 1

Conector 3/8 polegadas 1

Conector da caixa de ar a caixa de sensores 1

Conector da lateral do bloco a caixa de sensores 1

Conector do sensor do CNK 1

Cotovelo de 90o e 1/4 polegadas 1

Cotovelo de 90o e 3/8 polegadas 1

Cruzetas das bombas de combustível 1

EGU 1

Eixo de comando do lado direito 7

Eixo de comando do lado direito ao cilindro número 8 1

118

Eixo de comando do lado esquerdo 7

Eixo de comando do lado esquerdo ao cilíndro número 16 1

Eixo intermediário da cabeça do eixo complementar do lado direito ao cilíndro número 8

1

Eixo intermediário da cabeça do eixo complementar do lado esquerdo ao cilíndro número 16

1

Eixo intermediário do eixo de comando do lado direito e esquerdo ao cilíndro G2

16

Eletroduto com alma de aço, 1 polegada 10

Eletroduto com alma de aço, 3/2 polegadas 10

Eletroduto Flexível, à prova de líquidos 3/8 polegadas de diâmetro por 15 polegadas de largura

1

Eletroduto Flexível, à prova de líquidos 3/8 polegadas de diâmetro por 17 polegadas de largura

1

Eletroduto Flexível, à prova de líquidos, 5/14 polegadas de diâmetro com 12 polegadas de largura

1

Engrenagem bi-partida 1

Engrenagem do eixo comando 2

Espaçador, 1/4 polegadas 1

Gaxeta do bloco manifold 2

Haste de acionamento das bombas injetoras 16

intercooler LD G15 1

intercooler LE G15 1

Jaqueta 16

Junta da tampa da engrenagem do comando 2

Junta da tampa de regulagem de bomba 16

Junta da tampa do suporte do eixo de girar o motor 1

Junta de 1 3/4 polegadas 1

Junta do flange da tampa do eixo de comando do lado esquerdo 1

Junta do receptáculo da tampa do eixo de comando do lado esquerdo 1

Kit de instalação do bico injetor 16

Kit de junta de instalação do conjunto 16

kit do anel de pistão 16

Módulo AUX 1

Módulo CAB 1

Módulo EXC 1

Niple da mangueira de combustível 8

Parafuso da abraçadeira bi-patida 1

Parafuso da base da bomba injetora 64

Parafuso de fixação da engrenagem do eixo de comando 24

Parafuso do banjo da bomba injetora 32

Parafuso do eixo de comando 248

Parafuso flex, 5/16 polegadas, modelo 18 2

Parafuso, modelo Hex Hd, 1/2 polegadas por 2 1/2 polegadas 1

Parafuso, modelo Hex Hd,1/4 polegadas por 3/4 polegadas 1

Parafuso, modelo Sl Fil Hd, 1/2 polegadas 1

Pino elástico da engrenagem bi-partida 1

119

Pino elástico da engrenagem do eixo de comando 2

Pino guia do eixo intermediário do eixo comando 32

Pistão da bomba injetora 16

Porca, 1/2 polegadas, modelo 13 1

Porca de 5/8 polegadas da engrenagem bi-partida 4

Porca, modelo Hex No 6-32 1

Porca, modelo Hex, 5/16 polegadas 1

Porca, modelo Hex, No 10-32 1

Porca, modelo Hex, No 6-40 1

Relé de 5 contatos, modelo DVR 1

Sensor CNK 1

Sensor COP 1

Sensor EPS 1

Sensor FIMAP 1

Sensor FIOP 1

Sensor FIWPS 1

Sensor MAPS 1

Suporte da caixa de sensores 1

Suporte da tábua de borne 1

Suporte do CNK 1

Suporte, 7 1/4 polegadas 1

Tabela de regulagem 16

Tábua de borne das caixas de sensores 1

Tampa capilar 1

Tampa cega das mangueiras de combustível 1

Tampa cega do Eixo Comando 2

Tampa da engrenagem do comando das válvulas do lado direito 1

Tampão traseira do labirinto 1

Tampão, conexão macho 1

Terminal Ring, modelo Tng N0 Stud N0 22, 16 Awg 1

Tomada de 24 pinos 1

Tubo de alta pressão das bombas injetoras 16

Tubo de combustível 36 Fonte: Elab. Autor, 2012.

120

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

Fonte: GUM, 2008.

ANEXO 2 – VALOR DO GRAU DE LIBERDADE DA DISTRIBUIÇÃO-t PARA UM

NÚMERO DE GRAUS DE LIBERDADE QUE ABRANGE UMA PORCENTAGEM

DA DISTRIBUIÇÃO

Fonte: GUM, 2008.

ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA...

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