Estudo do comportamento do sistema de freio pneumático de trens de carga utilizando o método de volumes finitos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teodoro, Ícaro Pavani, 1992-
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634734
Resumo: Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior
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spelling Estudo do comportamento do sistema de freio pneumático de trens de carga utilizando o método de volumes finitosRailway pneumatic brake system's behavior study using finite volume's methodFreios pneumaticosTransporte ferroviárioPneumatic brakeRailway transportOrientador: Auteliano Antunes dos Santos JúniorDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O transporte ferroviário se destaca pela sua alta capacidade de carga e baixo custo por tonelada transportada. O conhecimento do comportamento dinâmico da composição ferroviária ao longo de seu curso é necessário para o desenvolvimento de conduções mais eficientes e seguras. Um dos principais sistemas de controle de velocidade do trem é o sistema pneumático de freio, que pode ocasionar acidentes se utilizado de forma indevida. Por exemplo, se em uma entrada de curva a força de frenagem não for suficiente para reduzir a velocidade do trem, este pode descarrilar. Para a análise desse sistema é necessário conhecer as características do fluido em seu interior em cada componente. Assim, buscou-se desenvolver um modelo matemático que reproduzisse o comportamento do sistema de freio de composições ferroviárias de carga em todas as suas etapas de funcionamento, que são carregamento, alivio, aplicação e emergência. Para isso, estudou-se o comportamento do fluído (ar comprimido) dentro do encanamento geral do sistema de freios ferroviários e seu conjunto de válvulas, visando modelar seus acionamentos e aplicações devido a variações das características do escoamento em sua entrada. Foram desenvolvidos modelos utilizando as equações conservativas que regem os escoamentos compressíveis com as devidas simplificações, junto com a aplicação de um método numérico que focado no aspecto físico do problema, o método de volumes finitos. Além disso, foram criados modelos lógicos compostos por componentes pneumáticos simples, que têm a função de representar as variações dos fluxos de fluido pelo sistema de freio pneumático. O modelamento foi escrito em linguagem C++, com o intuito de obter uma alta taxa de geração de resultados. Isso permite sua utilização em um simulador em tempo real, capaz de representar o comportamento do sistema de freio pneumático ferroviário e servindo de suporte para treinamento de operadores e projetos logístico-ferroviários. Os resultados obtidos mostram o comportamento da pressão do fluido em cada componente do sistema de freio e como cada um destes está vinculado com o seu adjacente, de modo que é possível observar curvas de pressão distintas e especificas para cada operação. Esses resultados foram comparados com as respostas de um simulador comercial. As respostas do modelo divergiram alguns segundos nos tempos de estabilização de pressão, mas seu comportamento transiente foi similar a resposta do simulador comercial. Pode-se concluir, que o grau das divergências entre as respostas não causava interferência significativa no comportamento macro do sistema e consolidava o modelo como um método adequado de simulação do sistema de freio pneumático ferroviárioAbstract: The railroad transportation stands out for its high load capacity and cost per ton transported. Knowledge of the dynamic behavior of train composition throughout its course is necessary for the development of more efficient and safe driving. One of the main control systems of the train is the pneumatic brake system, which can cause accidents if used improperly. For example, if the value of the brake force was not enough to reduce the velocity of the train in the entrance of a curve, it could derail. For the analysis of this system, it is necessary to know the characteristics of the fluid in its interior in each component. Thereby, this work sought to develop a model to reproduce the behavior of the freight train¿s brake system in all its working stages, which are supply, brake release, application and emergency application. Therefore, the behavior of the fluid (compressed air) inside the brake system¿s brake pipe and set of valves was studied, aiming to model the actuation and application due the characteristics variation of the inlet flow. Models were developed using the conservative equations that govern the compressive flow with its necessary simplifications, together with a numerical method focused on the resolution by the physics aspect, the finite volume method. Besides that, it was created logical models composed of simple pneumatic components, which has the function to represent the variations of fluid flows by the pneumatic brake system. The modeling was written in C++ language, in order to obtain a high rate of results generation. This allows its use in a real-time simulator, capable of representing the behavior of the railway pneumatic brake system and serving as support for operator training and logistical-rail projects. The obtained results show the behavior of the fluid pressure in each component of the brake system and how each of them is linked with its adjacent, so that it is possible to observe different and specific pressure curves for each operation. These results were compared with the responses of a commercial simulator. The responses of the model diverged a few seconds in the pressure stabilization times, but its transient behavior was similar to the commercial simulator response. It can be concluded that the degree of divergence between the responses did not cause significant interference in the macro behavior of the system and consolidated the model as an adequate method of simulation of the railway pneumatic brake systemMestradoMecânica de Sólidos e Projeto MecânicoMestre em Engenharia Mecânica[s.n.]Santos Júnior, Auteliano Antunes dos, 1963-Kurka, Paulo Roberto GardelSilveira, Zilda de CastroUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASTeodoro, Ícaro Pavani, 1992-20172017-06-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (129 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634734TEODORO, Ícaro Pavani. Estudo do comportamento do sistema de freio pneumático de trens de carga utilizando o método de volumes finitos. 2017. 1 recurso online (129 p.) 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