Dispositivo Vazio carregado nos sistemas de freio de vagoes

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INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAÇÕES 
Departamento de Tecnologias da Informação e das Comunicações 
 
Projecto I 
 
Licenciatura em Engenharia Ferroviária 
Métodos de Investigação Científica e Tecnologia 
 
 
 
Discente: Pedro Nhachungue 
Docentes: 
Prof. Arão Manhique 
 & 
Prof. Hermínio Muiambo 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maputo, Outubro de 2020.
INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAÇÕES 
Departamento de Tecnologias da Informação e das Comunicações 
 
 
Discente: Pedro Nhachungue 
Docentes: 
Prof. Arão Manhique 
& 
Prof. Hermínio Muiambo 
 
 
 
 
Tema: (Estudo da possibilidade de colocação do dispositivo vazio-carregado na 
série de vagões dos CFM). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maputo, Outubro de 2020
 
Índice 
1.0. Introdução: ......................................................................................................... 1 
1.1. Objectivos .......................................................................................................... 2 
1.1.1. Objectivo Geral ........................................................................................... 2 
1.1.2. Objectivos Específicos ................................................................................ 2 
1.2. Sistema de freio de vagões ................................................................................. 3 
1.3. Dispositivo Vazio-Carregado.............................................................................. 4 
1.4. Formas de accionamento do dispositivo .............................................................. 5 
1.5. Conclusão .......................................................................................................... 9 
1.6. Bibliografia ...................................................................................................... 10 
 
 
 
Pedro Nhachungue 1 
 
1.0.Introdução: 
A frenagem dos vagões e todos veículos ferroviários é uma questão complexa dado que 
a componente ferroviária é um sistema guiado por um conjunto de perfis de aço 
laminado denominados carris. Para a paragem com segurança dos vagões é necessário 
ter-se em consideração a várias indicações por cumprir durante a operação. 
Em função do exposto acima, o vagão destina-se ao transporte de carga e para efectuar 
uma paragem segura, dependendo do seu estado torna-se necessário o uso de um 
dispositivo para mudar o regime de frenagem em função da sua carga. 
Quanto menor for a sua tara e maior as suas capacidades de carga, melhor será seu 
desempenho. O presente projecto surge no âmbito de analisar a proposta de aplicação 
desse sistema (vazio-carregado) na série de vagões em uso nos CFM em freios. 
 
Pedro Nhachungue 2 
 
Pergunta: Vagões com dispositivo vazio-carregado reduzem problemas de patinagem 
durante a frenagem, em relação aos vagões sem o mesmo? 
Hipótese 1: Dispositivo vazio-carregado produz esforços de frenagem diferentes de 
acordo com a condição de vazio ou carregado; 
Hipótese 2: Dispositivo vazio-carregado é eficaz para um sistema de freios a ar 
comprimido 
Hipótese 3: Dispositivo vazio-carregado diminui falhas de frenagem em rampas 
acentuadas 
Hipótese 4: Dispositivo vazio-carregado reduz problemas de patinagem dos rodados em 
vagões. 
 
1.1.Objectivos 
1.1.1. Objectivo Geral 
 Proposta de uso do dipositivo vazio-carregado em vagões dos CFM. 
1.1.2. Objectivos Específicos 
 Analisar a possibilidade do uso de dispositivo vazio-carregado na série X em 
vagões dos CFM; 
 Analisar o funcionamento do dispositivo vazio-carregado em vagões da série X. 
 Descrever os parâmetros necessários para aplicação do dispositivo vazio-
carregado. 
 
 
 
 
 
 
 
Pedro Nhachungue 3 
 
1.2.Sistema de freio de vagões 
Aplicar freio ao comboio não é uma tarefa simples. o que possibilita isso é um sistema, 
composto por tubagem, mangueiras, compressores, cilindros, válvulas, entre outros, 
onde cada unidade de uma composição ( locomotiva e vagões) tem seu equipamento de 
freios. Esses equipamentos tem que trabalhar de forma sincronizada para que a 
composição possa aplicar freio de maneira uniforme e segura, até parar (MUCHANGA 
2020). 
A necessidade de se aumentar o número de vagões em uma composição levou ao 
desenvolvimento do sistema de freios e incorporação dos equipamentos de frenagem 
nos vagões, além da locomotiva. O grande desafio não era só instalar equipamento 
desse tipo nos vagões, mas sim fazê-los trabalhar em sincronia (SILVA 2012). 
Para os vagões é utilizado o freio mecânico que compreende as seguintes frenagens: 
1. A vácuo; 
2. A ar comprimido e 
3. Manual. 
Os freios a ar comprimido dividem-se em: 
1. Sistema de freio a ar directo ; 
2. Sistema de freio a ar automático. 
O primeiro sistema de freio desenvolvido para composições foi o freio a vácuo, no 
século XIX. Sua aplicação foi mais efectiva na europa, onde as composições eram 
pequenas e compostas de vagões variados. os pontos fracos desse sistema eram o 
tamanho dos componentes necessários para a sua aplicação, perda de rendimento em 
grandes altitudes e dificuldades de manutenção. 
 
Pedro Nhachungue 4 
 
Este sistema foi logo substituído pelo o de ar comprimido, desenvolvido por George 
Westinghouse em 1869. seu uso foi difundido rapidamente tanto nos comboios de carga 
como nos comboios de passageiros (SILVA 2012). 
 
1.3.Dispositivo Vazio-Carregado 
É um dispositivo mecânico, que permite fornecer duas relações de alavancagem 
diferentes para a amarração do freio do vagão em condições vazio e carregado 
(Trainguard 2018). 
Para um vagão parar, a força de frenagem necessária dentro de uma distância permitida 
depende da carga do vagão. Conforme a carga aumenta, mais potência de frenagem é 
necessária, e conforme a carga diminui, menos potência de frenagem é necessária para 
parar o comboio (Trainguard 2018). 
O sistema de freios com dispositivo vazio-carregado pode ser definido também como de 
dupla capacidade, isto é, produz esforços de frenagem diferentes de acordo com a 
condição de vazio ou carregado. 
Existe uma condição que define a necessidade ou não do sistema de dupla capacidade 
definida pela relação: Peso bruto máximo/Tara >4,16. (MUCHANGA 2020). 
O peso bruto máximo (PB) será a soma da tara com a carga. 
 
T é a tara do vagão o seja, o peso da vagão vazio 
C é o peso da carga. 
 
Pedro Nhachungue 5 
 
Ao se aplicar a relação que define o uso ou não do sistema de dupla capacidade pode se 
escrever: 
 
 
 
Segundo (MUCHANGA 2020) o dispositivo vazio-carregado proporciona o ajuste da 
taxa de frenagem de acordo com a carga do vagão, e apresenta a segunda condição 
necessária em vagões com relação de peso vazio/carregado <25%. 
 
 
 
 
 
A (Trainguard 2018), define duas condições necessárias conforme a potência do freio de 
acordo com o peso bruto do vagão, como é indicado abaixo: 
Menos de 42,5 toneladas – na posição do vagão vazia; 
4,5 toneladas e acima- freio na posição carregada. 
As relações acima apresentadas ditam a necessidade do uso do dispositivo vazio-
carregado ou sistema de dupla capacidade. 
1.4.Formas de accionamento do dispositivo 
O dispositivo pode ser accionado mecanicamente, pneumaticamente e ainda tem de 
accionamento automático, sendo todos convergentes a certo objectivo comum. 
Mecanicamente: este tipo de accionamento é realizado através de um sistema de 
alavanca interligado com punho de accionamento que muda a posição de vazio e carga. 
 
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Figura 01: Dispositivo vazio-carregado manual com accionamento mecânico. 
Fonte: (Vale 2012). 
Pneumaticamente: o accionamento de mudança de vazio para carga é realizado através 
de ar comprimido. Que pode ser accionado manualmente através da válvula AB-5 ou 
automaticamente através da válvula VTA. 
 
Figura 02:Dispositivo Vazio-Carregado Com válvula AB-5 e punho do vazio carregado. 
Fonte: (Vale 2012). 
Através da válvula de mudança automática VTA, instalada na travessa e batente do 
sensor fixado na lateral do truque do vagão 
 
Pedro Nhachungue 7 
 
 
Figura 03: Dispositivo vazio-carregado com válvula VTA e instalação no vagão. 
Fonte: (Vale 2012). 
Automaticamente: o dispositivo é composto de uma válvula comutação automática 
EL-60 ou ELX-B com sensor e um reservatório de volume. 
É instalada na estrutura do vagão na região próxima a linha de centro da travessa do 
vagão. 
É colocada no encanamento do cilindro de freio entre o suporte de encanamento e o 
cilindro de freios. 
Condição de funcionamento: 
Deve possuir uma distancia relativa entre a estrutura do vagão e a lateral do truque. A 
altura entre a lateral do truque e base da válvula EL-60 deve ser de 260 +- 6mm. 
 
 
Pedro Nhachungue 8 
 
 
Figura 04: Válvula EL-60- Vista de instalação. 
Fonte: (Vale 2012). 
A válvula só funcionará quando o freio for aplicado. 
 
Figura 05: Válvula EL-60 e Válvula EL-XB 
Fonte: (Vale 2012). 
 
Ao medir quanto movimento do braço sensor da válvula é necessário para que se 
encoste na travessa lateral do bogie. se o vagão estiver carregado com 20% de seu 
carregamento ou mais, o movimento do braço sensor será restringido de fazer contacto 
com a travessa do bogie, posicionando assim a válvula para uma frenagem de veículo 
carregado. não há redução na pressão do cilindro de vagão se o vagão estiver carregado 
 
Pedro Nhachungue 9 
 
menos que 20% da sua capacidade, e a pressão do cilindro do freio chegar a 20 psi 
(libras), o braço sensor poderá se mover além do ponto de câmbio (MUCHANGA 
2020). 
Se o vagão estiver totalmente vazio, o braço sensor ficará com uma folga de ¼ da 
travessa lateral do bogie. uma relação estabelecida entre a posição do braço sensor e a 
válvula proporcional do dispositivo vazio/carregado resulta na proporção 
vazio/carregado (40%,50% ou 60%) (MUCHANGA 2020). 
É desejável, para um bom maneio do comboio, projectar buscando taxas de frenagem 
para o vagão carregado na faixa superior das recomendações da AAR, (próximo de 
14%). 
 
 
 
 
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1.5.Conclusão 
Feito o projecto, concluiu-se que o dispositivo vazio carregado devido a sua capacidade 
dupla, isto é, produzir esforços de acordo com a condição de vazio ou carregado, para o 
vagão vazio vai produzir esforço de frenagem proporcional. 
Esse esforço para ser proporcional é necessário que a válvula do dispositivo vazio-
carregado desvie uma parte do ar que sai do reservatório fazendo com que se determine 
movimento do braço sensor da válvula é necessário para que se encoste na travessa 
lateral do bogie. 
Quanto aos parâmetros necessários para a aplicação foi possível concluir que é 
necessário que sejam cumpridas as condições pré-estabelecidas para que as taxas de 
frenagem recomendadas pela norma AAR sejam mantidas. 
 
 
 
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1.6.Bibliografia 
MUCHANGA, Abrao. sistema de freios de vagoes. Maputo. 2020. 
SILVA, Paulo Ferreira Da. Curso de Especializacao Em Engenharia Ferroviaria. Maputo: Vale, 
2012. 
Trainguard. 2018. http://trainguard.in/empty-load-device (acedido em 12 de Outubro de 
2020). 
Vale. Manual Tecnico de Vagoes. Brasil, 2012.