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Contribuição do Instituto à compreensão do desgaste de rodas e trilhos ferroviários.

terça-feira, 15 de outubro de 2019 08:27

Roda e trilho (acima) e ensaio pino-disco (abaixo).

Roda e trilho (acima) e ensaio pino-disco (abaixo).

Segundo dados do Ministério de Infraestrutura, 40% de toda a carga ferroviária do Brasil é transportada por uma ferrovia que liga Belo Horizonte (MG) à Região Metropolitana de Vitória (ES), conhecida como "Estrada de Ferro Vitória a Minas" (EFMV). Os trilhos da EFMV percorrem um caminho sinuoso que conecta dezenas de municípios entre si e com a zona portuária do litoral capixaba. Além de carregar minério de ferro, aço, carvão, combustível, grãos e muitos outros produtos, a ferrovia transporta cerca de 2.000 pessoas todos os dias. Evidentemente, essa ida e volta de trens lotados de carga e passageiros gera desgastes que requerem manutenção.

Uma pesquisa encabeçada por laboratórios da UFES (TRICORRMAT) e USP (LFS), ambos participantes do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, determinou como ocorre, em ferrovias de tipo similar à EFMV, o desgaste resultante do contato entre as rodas do trem e os trilhos da estrada férrea, o qual resulta, em muitos casos, na necessidade de troca dessas peças. Como as condições de contato (carga do trem, traçado da estrada de ferro, materiais do trilho e da roda) variam em cada ferrovia, é importante entender os mecanismos de desgaste existentes em cada linha férrea, de modo a tomar decisões que aumentem a segurança dos transportes e tragam redução de custos. De fato, trilhos e rodas representam o segundo e terceiro maiores custos com materiais nas ferrovias, atrás apenas dos combustíveis, comenta o professor Cherlio Scandian (UFES), que liderou a pesquisa.

Para simular em laboratório condições semelhantes às da EFMV, os pesquisadores da UFES realizaram um ensaio no qual um pino, que faz o papel do trilho da via férrea, desliza em cima de um disco, o qual equivale às rodas do trem. Os pinos usados foram confeccionados a partir de um trilho clássico de aço empregado na ferrovia e os discos foram fabricados a partir de rodas de aços ora fundidas, ora forjadas. “O ensaio representou muito bem as condições de contato típicas de uma ferrovia sinuosa como é a EFVM, especialmente o contato oriundo do ataque do friso da roda ao canto de bitola do trilho, em curvas”, diz Scandian. Esse tipo de contato, apesar de ocorrer apenas em curvas fechadas, merece atenção por provocar desgaste severo.

O ensaio foi realizado a diferentes velocidades de deslizamento e com dois tipos de materiais no disco (aço fundido e forjado). Por meio do ensaio pino-disco e de análises realizadas em equipamentos de caracterização de materiais (microscópios, durômetros, analisador tridimensional de superfícies) na UFES e na USP, os pesquisadores puderam estudar em detalhe como ocorre o desgaste dos componentes do sistema. Entre outros resultados, a equipe comprovou que o desgaste é mais severo quando a velocidade de deslizamento é menor e quando o material da roda é aço forjado. Para diminuir o desgaste típico das curvas, sugeriram os pesquisadores, seria necessário reduzir o contato entre o friso da roda e a bitola do trilho usando, por exemplo, um lubrificante ferroviário.

A pesquisa foi realizada dentro do mestrado em Engenharia Mecânica de Leandro Prates Ferreira de Almeida, realizado na UFES com orientação do professor Scandian. A pesquisa está relacionada à Cátedra Roda-Trilho, programa existente entre a empresa Vale e a USP e outras instituições de ensino e pesquisa, inclusive a UFES, que trabalham em rede. A Cátedra Roda-Trilho fomenta a formação de pesquisadores no Brasil e a consequente geração de conhecimento nos diversos assuntos envolvidos no tema roda-trilho. “Em um passado não muito distante, praticamente todas as pesquisas no assunto dependiam da contratação de institutos internacionais”, conta o professor Scandian. A Cátedra, criada em 2014, vem formando profissionais desde a graduação até o pós-doutorado, com alta especialização em diversos aspectos do assunto roda-trilho (mecânica de contato, solda, defeitos, materiais, lubrificação, entre outros). “Além disso, com os diversos desenvolvimentos do Projeto Roda-Trilho (inclusive da Cátedra), estima-se um aumento de vida útil de rodas e trilhos em torno de 40%, o que representará uma redução de custos superior a 10 milhões de reais por ano, comparando com o cenário atual”, diz Scandian.

O estudo foi reportado no seguinte artigo científico:

Study of sliding wear of the wheel flange - Rail gauge corner contact conditions: Comparative between cast and forged steel wheel materials. Leandro Prates Ferreira de Almeida, Leandro Entringer Falqueto, Hélio Goldenstein, Antônio Cesar Bozzi, Cherlio Scandian. Wear, volumes 432–433, 15 August 2019, 102894. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.05.009

Fonte: Gerência de Comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

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Palavras-chave: cherlio scandian, desgaste, ensaio pino-disco, estrada de ferro vitória a minas, ferrovias, roda-trilho, rodas, tribologia, tricorrmat, trilhos, UFES

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