Evolução tecnológica nos trens
As tecnologias presentes nas modernas frotas, que entraram recentemente em operação nas linhas do Metrô de São Paulo, atingiram a sua maturidade atual graças aos diversos estágios de evolução desde o primeiro projeto de trens operados a partir de 1974.
Os primeiros trens da Linha 1 – Azul, adquiridos na década de 70, utilizavam o topo da tecnologia ferroviária da época. A estrutura dos carros foi fabricada em aço inoxidável, proporcionando robustez e durabilidade, o controle elétrico dos motores do sistema de tração em corrente contínua foi projetado com tiristores, tecnologia conhecida como chopper, que já proporcionava ganhos em economia de energia em relação ao controle convencional por contatores e resistores, adotados em trens de passageiros da época.
O acionamento pneumático do sistema de freio de atrito era controlado eletronicamente e, já naquela época, contemplava um sistema eletrônico para evitar a patinagem e o deslizamento das rodas, similar aos modernos sistemas do tipo ABS (Automatic Braking System) utilizados atualmente nos veículos com pneus.
Os equipamentos eletrônicos embarcados ainda eram compostos por componentes discretos do tipo transistores e circuitos lógicos (TTL). Nessa época, foi implantada também a operação automática dos trens (ATO-Automatic Train Operation), onde a segurança da movimentação dos trens pelo sistema de sinalização e controle era garantida pelo equipamento automático de proteção (ATP-Automatic Train Protection). Em condições normais, o acionamento das portas do salão de passageiros era comandado automaticamente pelo sistema, restando ao operador do trem atuar nas anormalidades, anunciar a próxima estação pelo sistema de sonorização e monitorar a operação nas estações para evitar acidentes com usuários, principalmente durante o embarque e desembarque dos passageiros.
A cabine do operador ocupava somente a metade da largura total da caixa, com restrição de espaço para a ergonomia e a circulação do operador. Um fato interessante é que todos os carros intermediários também possuíam cabines, pois no início pensava-se em operar com composições de 2, 4 ou 6 carros para atender diversas demandas de passageiros, o que nunca ocorreu devido a complexidade da estratégia operacional.
Os motores dos equipamentos auxiliares do trem tais como o compressor de ar e os ventiladores utilizados na climatização do salão de passageiros, bem como nos demais equipamentos, eram alimentados em corrente contínua na tensão de linha de 750 VCC.
O sistema de climatização era composto por insufladores e por exaustores e ambos os equipamentos eram instalados no teto do salão de passageiros e controlados por termostatos.
As baterias do trem com tensão de 37,5 VCC foram dimensionadas para garantir que os equipamentos tais como sistema de sonorização, iluminação de emergência e portas continuassem funcionando satisfatoriamente por pelo menos uma hora em situações onde o conversor auxiliar era desligado devido à perda de energia principal da linha (750 VCC).
O sistema de iluminação principal do salão de passageiros era formado por duas fileiras de luminárias com uma lâmpada de 40 W por luminária. A iluminação de emergência mantinha automaticamente algumas luminárias acesas próximas da região de portas pelo inversor de emergência.
O freio de estacionamento era acionado manualmente através de uma alavanca acoplada a uma corrente. Essa alavanca ficava alojada dentro do salão de passageiros ao lado da porta de entrada da cabine.
As guarnições de borracha entre as folhas de porta utilizadas na época eram macias e diminuíam o risco de machucar o usuário, entretanto não impediam de liberar a partida do trem no caso de uma pessoa ter acidentalmente seu braço ou tornozelo preso entre as folhas, podendo resultar no risco de arraste desta pessoa.
Vários testes foram realizados introduzindo outros materiais mais rígidos tais como madeira e espuma na borracha visando deixá-las mais duras, porém os resultados obtidos demonstraram a possibilidade de causar lesões aos usuários.
No caso de emergência, cada porta do salão de passageiros dispunha de um dispositivo de abertura conhecido como alça de emergência que, quando acionado, permitia abertura da porta em qualquer velocidade e inibia a atuação do sistema de tração do trem.
Os trens da Linha 3 – Vermelha, adquiridos na década de 80, apresentavam grandes melhorias no sistema de tração com a incorporação do freio dinâmico, que utilizava os motores de tração também como elementos de freio e como regeneradores de energia. Assim, a energia resultante da frenagem poderia ser aproveitada por outros trens ou dissipada em resistores de frenagem, reduzindo sensivelmente o consumo de sapatilhas de freio, consequente a emissão de particulados (pó de freio) no ambiente, e reduzindo o consumo de energia elétrica pelo sistema de tração.
Os motores auxiliares do trem eram alimentados por um grupo motor-alternador em tensão e corrente de uso comercial. O sistema de ventilação dos passageiros foi melhorado com o aumento da capacidade dos ventiladores insufladores e exaustores, praticamente dobrando o desempenho em relação ao trem da Linha 1 – Azul.
O ar insuflado era distribuído em todo o salão através de grelhas, com exceção da região das portas, pois na época pensava-se que a menor disponibilidade de ar nessa região estimularia a diminuição do acúmulo de pessoas, melhorando o fluxo de entrada e saída de passageiros no trem.
A tensão nominal do sistema de baixa tensão passou de 37,5 VCC para 48 VCC visando facilitar a aquisição de componentes de uso comercial.
Nestas frotas, também foi implantada a modificação do acabamento interno e do leiaute do salão de passageiros, reconfigurando a disposição dos assentos e dos pega-mãos. A modificação foi resultado de um estudo com o objetivo de melhorar o visual, a acomodação e minimizar o conflito no embarque e desembarque dos passageiros. O novo visual do salão de passageiros foi posteriormente adotado por diversas operadoras de trens de passageiros nas principais cidades do país.
Em ambas as frotas, a cabine de condução nos carros intermediários foi finalmente removida, liberando mais espaço aos usuários. A largura da cabine nos carros de extremidade foi ampliada ocupando toda a largura da caixa, disponibilizando mais espaço ao operador para circular e permitindo a instalação de uma porta em cada lateral da cabine, além do acesso convencional da cabine pelo salão.
A iluminação do salão de passageiros passou a ter 2 lâmpadas de 40 W cada por luminária, melhorando significativamente o nível de iluminamento interno.
Para melhorar a segurança do usuário, foi desenvolvido um dispositivo de abertura de portas conhecido como botão soco e instalado ao lado de cada porta para casos de emergência. Quando acionado, até aproximadamente 17 segundos após a partida do trem, aplicava-se o freio no trem, que reduzia então a sua velocidade e, ao atingir 20 Km/h (hoje 30 Km/h), somente a respectiva porta abria automaticamente visando liberar algum usuário que pudesse estar preso pela porta ainda na região de plataforma.
Visando aprimorar a assistência remota ao usuário, o projeto das frotas C e D também contemplava alguns intercomunicadores com o operador do trem em ambas as laterais do salão.
Nesses trens, visando melhorar o diagnóstico de falhas e ocorrências, foram incorporados registradores embarcados de eventos operacionais trazendo benefícios para as áreas de projetos, operação e manutenção da empresa.
Esta frota passou a utilizar a tecnologia puramente eletrônica de inversores estáticos para a alimentação de sistemas auxiliares para a conversão da tensão principal de 750 VCC em 220 VCA.
Os requisitos técnicos na fabricação dos carros passaram a exigir o emprego de materiais com resistência ao fogo e com baixo teor de emissão de fumaça.
Devido o botão soco não permitir abertura da porta após a temporização e a necessidade de possibilitar a saída do usuário em caso de emergência, duas portas de cada carro do trem, passaram a ter a função de saída de emergência.
O dispositivo de abertura da porta de emergência quando acionado, com o trem parado ou em movimento, faz o destravamento mecânico das folhas de portas, permitindo que o usuário abra a porta manualmente e em ocorrendo a abertura, o freio de emergência é aplicado no trem.
Nesta frota foi incorporado um sistema anunciador de falhas, alocado no armário elétrico da cabine, que tem por função sinalizar a ocorrência de uma ou mais falhas em equipamentos.
Recursos de acessibilidade para cadeirantes, bancos preferenciais e padronização da comunicação visual, também foram introduzidos nessa frota.
Para melhoria do conforto aos usuários, foi incorporado um recirculador, na região de portas.
As folhas das portas desta frota foram substituídas por um novo modelo guarnição de borracha mais rígida.
As guarnições de borracha foram projetadas para que tivessem flexibilidade suficiente para não causar lesões aos passageiros diminuindo o risco de arraste de uma pessoa que tivesse o tornozelo, braço ou outra parte do corpo preso no fechamento das portas, diferentemente com a guarnição anterior que era muito macia, para não causar lesões ao usuário, entretanto por ser mais mole ao fechar liberava a tração do trem.
No caso de uma obstrução causada pelo usuário durante o fechamento da porta, um novo comando de abertura seguido do comando de fechamento é executado, esta função é denominada de Reciclo de portas.
Para efeito de segurança, nesta frota sobre as portas foi implementado um sinal luminoso, sinalizando o fechamento iminente de portas, para deficiente auditivo. Inicialmente foram instalados somente nos carros de extremidade, entretanto devido ao bom resultado decidiu-se instalar em todas as portas de todos os carros.
Nesta frota foi modificado o leiaute do salão de passageiros com o intuito de melhorar o fluxo de embarque e desembarque dos passageiros.
Os trens da frota E, para a Linha 2 – Verde, conhecida na época como Linha Paulista, foram adquiridos no final da década de 90 e possuíam um controle microprocessado para os principais equipamentos eletrônicos de comando e controle, abolindo as lógicas de controle eletromecânico (lógica de relés). O desempenho do controle de patinagem e deslizamento das rodas pelo freio de atrito foi significantemente melhorado com o uso de microprocessadores.
Os trens da Linha 5 – Lilás, adquiridos no início da década de 2000, pela CPTM, que circula em vias com catenária de 1.500 VCC, apresentam grandes inovações tecnológicas. Os motores de tração são em corrente alternada e o controle de tensão e frequência por inversores de potência. Os inversores utilizam dispositivos semicondutores de potência do tipo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) e controle microprocessado. A tecnologia de inversor com motores de tração em corrente alternada proporciona economia de energia em relação a “chopper” com motores de tração em corrente contínua. O consumo de energia do trem com tração em corrente alternada e ar refrigerado no salão de passageiros é menor que o trem com tração em corrente contínua e ventilação convencional.
O sistema de comando e controle do trem foi implantado com monitoração das portas e falhas de equipamentos por rede digital de comunicação de dados, monitores de LCD e funções de auto-diagnóstico nos equipamentos de controle microprocessado.
As melhorias introduzidas nesta frota foram o ar refrigerado no salão de passageiros, mapa de linha com indicação luminosa de próxima estação, mensagens pré-gravadas e as portas do salão de passageiros mais largas (1,60 m) para facilitar o embarque e desembarque.
Os trens da Linha 2 – Verde, adquiridos em 2009 (frota G), apresentam inovações com a colocação de câmeras de segurança no salão de passageiros para monitoração operacional pela cabina de condução de forma inibir o vandalismo, ar refrigerado e sistema de detecção de incêndio. As portas são acionadas com motores elétricos, no lugar de motores pneumáticos, reduzindo o consumo de ar, e largura da porta de 1.600 mm facilitando o embarque e desembarque dos usuários.
Banco do operador com maior recurso de ajustes melhorando o conforto e a ergonomia na condução do trem pelo operador.
Mapa de Linha dinâmico em Led sobre a região das portas com pontos discretos indicando as estações.
O 1º e o 2º trem foram fabricados na CAF Espanha, e os demais na CAF Brasil em Hortolândia.
A frota H, adquiridos a partir de 2010, incorporam as melhorias anteriores, e inovação com a colocação de dispositivos de detecção e combate a incêndio por água nebulizada no salão de passageiros.
Os trens da frota P incorporam dispositivos que aumentam o conforto, a acessibilidade e a segurança dos passageiros; um sistema duplo de ar-condicionado em cada salão; o nível de ruído externo foi reduzido; portas com largura de 1.600 mm, para facilitar o embarque e desembarque; quatro câmeras de segurança internas em cada salão, uma interna e outra externa nas cabines, monitoram a operação no trem; monitores de LCD incorporados ao acabamento do salão de passageiros, e os freios possuem sistemas de controle de deslizamento e controle de patinagem, para garantir uma parada suave. Amplo corredor de passagem entre os carros.
As imagens das câmeras de segurança, já presentes nas composições novas e modernizadas do Metrô, serão transmitidas em tempo real para um dos monitores na cabine do operador, além do armazenamento nos gravadores de imagem e registro nas caixas pretas embarcadas no trem.
No salão de passageiros, acima de cada porta, existe um painel eletrônico que informa dinamicamente, por meio de indicadores luminosos, a localização do trem, estações percorridas, próxima parada e respectivo lado de abertura, portas “fora de serviço” e portas destravadas para saída de emergência, auxiliando também pessoas com deficiência auditiva.
Além disso, no caso de queda de energia, a iluminação principal interna do salão será mantida plena durante 5 minutos. Passado este período, a iluminação e ventilação de emergência serão mantidas por cerca de 30 minutos. Também as janelas basculantes no salão do trem serão automaticamente destravadas e uma mensagem digital automática será emitida no salão orientando os passageiros sobre o correto procedimento.
No caso de incidência de fogo ou fumaça no salão de passageiros, o trem possui um sistema de detecção que, através de sensores ópticos e alarmes escalados por nível de gravidade, e em conjunto com imagens automáticas das câmeras, possibilita habilitar remotamente um sistema de combate de incêndio através da aplicação de água nebulizada.
Toda a iluminação do trem feita através da tecnologia LED; mais eficiente, econômica e durável em relação às lâmpadas convencionais, proporciona um confortável e uniforme nível de iluminamento aos passageiros no salão. Outra novidade é o sistema digital do trem, que melhora a qualidade das mensagens sonoras que são transmitidas automaticamente aos passageiros, adequando continuamente seu volume sonoro ao nível de ruído ambiente do salão, sendo também veiculadas de forma visual nos 8 monitores de vídeo instalados em cada carro.Os trens serão controlados pelo equipamento de sinalização CBTC (Controle de Trens Baseado em Comunicações) e utilizarão o sistema SCMVD (Sistema de Comunicação Móvel de Voz e Dados), que permitirá a comunicação bidirecional de informações de voz, dados e imagens das câmeras do trem com o CCO (Centro de Controle Operacional).
Finalizando, o trem dispõe também de dispositivos que reduzem alguns custos de manutenção, como a utilização de lubrificadores embarcados que são ecologicamente corretos e que reduzem o desgaste entre as rodas e os trilhos.
A partir de 2009, iniciou-se o processo de modernização dos trens das frotas das Linhas 1 e 3, com aproveitamento apenas das estruturas do carro (aço inoxidável) e os truques (dispositivo onde estão as rodas).
A modernização dos trens prevê a melhoria do acabamento interno dos carros, a implantação de tração em corrente alternada, funções de auto-diagnóstico dos equipamentos, câmeras de segurança, ar refrigerado para o salão de passageiros, detecção de incêndio e melhoria das informações para os passageiros.
Ao mesmo tempo, está em implantação no Metrô um processo de modernização da sinalização e controle de movimentação de trens e da rede interna de telecomunicação, que implica em controle do trem por meio de radio (CBTC – Communication Based Train Control) e comunicação de voz, dados e vídeo entre o trem e a estação através radio digital tipo banda-larga em todos os trens das Linhas 1, 2 e 3 do Metrô.
O Metrô de São Paulo, mais uma vez por tradição, implantou nesta capital de São Paulo o monotrilho, um modal com tecnologia de ponta. Esta linha iniciou a operação a partir do segundo semestre de 2014.
CARACTERÍSTICAS:
- 1º monotrilho de alta capacidade
- O novo modal de 86 m, é composto de sete carros, com capacidade de transporte de 1.000 passageiros, considerando carregamento de 6 pass/m², circula sobre os pneus de borracha, apoiado sobre vigas de concreto e atingem uma velocidade máxima de 80 km/h.
INOVAÇÕES:
- Foco na redução de peso:
- Caixa de alumínio (relação tara x carregamento) – Material reciclável.
- Motor de imã permanente e caixa de redução planetária.
- Refrigeração dos motores a líquido.
- Tensão de bateria em 110 Vcc, diminuindo a bitola dos cabos e consequentemente o peso.
- Banco de resistência de frenagem fica na via, eliminando peso a bordo dos trens (Fácil interface para instalação de supercapacitores para armazenamento da energia da frenagem dos trens).
- Foco na redução no consumo de energia:
- Iluminação a LED com controle automático de ganho – Menor manutenção requerida.
- Funções Sleeping e Stand-by.
- Banco de resistência de frenagem na via
- Foco no conforto dos passageiros:
- Passagem entre carros – gangway.
- Ar condicionado inteligente que se ajuste automaticamente de acordo com o carregamento do trem.
- Mensagens áudio / visuais automáticas aos usuários – Mensagem por trem / carro.
- Operação em modo UTO:
- Redundâncias com chaveamento automático em caso de falha.
- Possibilidade para diagnósticos de todos os sistemas de forma remota.
- O sistema está operando em Shuttle entre as estações, Oratório e Vila Prudente, na modalidade UTO (Unattended Train Operation), ou seja, sem o operador de trem.
PRÓXIMAS INOVAÇÕES NO MATERIAL RODANTE
Comunicação com os passageiros
- Uso de mapa dinâmico de linhas utilizando tecnologia do tipo LCD que torne a atualização das informações de forma simples, rápida e precisa, padronizando a comunicação visual e facilitando a manutenção remota.
- Opção de utilização de porta corrediça externa para acesso ao salão de passageiros liberando espaço da bolsa de portas para a aplicação de painéis multimídias ou para ampliar a área envidraçada do salão.
Saúde e bem estar dos passageiros
- Uso de tecnologias para a redução de bactérias e vírus no salão dos trens aplicadas nos pega mãos e nos filtros do sistema de ar condicionado.
- Maior controle do conforto térmico do salão considerando as variáveis de carregamento dos carros.
- Estudo de sistema de cancelamento ativo de ruído no salão de passageiros, similar ao aplicado em alguns aviões de linhas aéreas comerciais.
- Revisão da ergonomia no leiaute do salão dos trens por empresa especializada considerando dados antropométricos atuais.
Eficiência energética
- Aplicação de motores de imã permanente no sistema de tração dos trens visando maior rendimento, menor ocupação de espaço no truque, menor peso do trem, minimizando o processo de manutenção e reduzindo o ruído sonoro gerado ao ambiente (tecnologia utilizada no monotrilho da Bombardier e no metrô de Singapura).
- Utilização novas tecnologias de componentes eletrônicos de potência para redução de peso e tamanho de sistemas embarcados no trem tais como conversores auxiliares e inversores de tração.
- Aplicação de materiais atualmente utilizados no revestimento em aeronaves comerciais no salão de passageiros para redução do peso do trem.
Sustentabilidade
- Adotar requisitos nas especificações para reduzir ou eliminar a utilização de materiais nocivos ao ambiente tal como o chumbo aplicado em baterias e no processo de soldagem de componentes eletroeletrônicos, contribuindo no processo de descarte.
- Uso de compressores sem lubrificação dispensando o descarte de resíduos de óleos minerais ao meio ambiente.
Segurança
- Aprimoramento do sistema de vídeo monitoramento embarcado dos trens, com melhor cobertura, alta definição das imagens e maior tempo de armazenamento.
