Modelagem Híbrida de um Sistema de Regeneração de Energia de Frenagem em Locomotivas Diesel-Elétricas

Nome: Junio Cézar de Amorim
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 29/12/2020
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Walbermark Marques dos Santos Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Danilo de Paula e Silva Examinador Externo
Hélio Marcos André Antunes Examinador Externo
Jose Leandro Félix Salles Examinador Externo
Jussara Farias Fardin Examinador Interno
Walbermark Marques dos Santos Orientador

Resumo: Um dos meios de transporte mais eficiente e seguro é o transporte ferroviário. No Brasil, são utilizadas na grande maioria das ferrovias locomotivas do tipo diesel-elétricas, onde um motor a diesel fornece energia cinética para um gerador elétrico que alimenta os motores de tração. Neste trabalho é realizado um estudo sobre regeneração da energia produzida pelos motores de tração
em frenagem da locomotiva para alimentação de suas cargas auxiliares, tais como ar condicionado, compressor de ar, ventiladores e sopradores. Este trabalho limita-se ao estudo da frota de locomotivas Dash 9 de uma ferrovia brasileira. Neste trabalho utilizam-se os dados reais de viagens dos trens para determinar o acumulador de energia mais adequado. Para tal, foi necessário a identificação das características das frenagens, como o tempo médio de aplicação do freio, energia média produzida por frenagem e o tempo médio entre as frenagens. Fez-se necessário a identificação em campo das cargas alimentadas pelo circuito auxiliar, pois muitas destas o fabricante não forneceu todas as informações
necessárias para o desenvolvimento deste trabalho.
Foram modeladas as cargas, os motores de tração como geradores e três diferentes tipos de
acumuladores, sendo o primeiro formado por baterias e supercapacitores, o segundo formado
exclusivamente por supercapacitores e o terceiro formado exclusivamente por baterias. Com
posse dos dados armazenados pelo registrador de eventos das locomotivas referente à energia produzida nas frenagens e, dos modelos, determinou-se a melhor configuração de acumuladores para regeneração da energia. É de extrema importância a definição do melhor acumulador a ser utilizado e o seu dimensionamento adequado para redução do custo do projeto, reduzindo o tempo de retorno do investimento comprometido no projeto. Caso, por exemplo, seja sobredimensionamento os acumuladores, ocorrerá uma subutilização destes, aumentando o custo desnecessariamente do projeto. Todavia, o subdimensionamento reduz a quantidade de energia regenerada, não aproveitando adequadamente toda a energia produzida. Neste trabalho, o sistema de regeneração foi modelado como um sistema híbrido, o qual é
constituído por equações diferenciais, ou equações à diferenças e equações lógicas. Tais modelos foram simulados com auxílio do toolbox Hysdel da ferramenta computacional Matlab. Conclui-se neste trabalho que para a ferrovia em estudo, o acumulador formado exclusivamente por baterias foi o que apresentou o melhor resultado. Contudo, em ferrovias cuja o tempo médio de frenagens é inferior à 62 segundos, o acumulador formado por supercapacitores provavelmente apresentará o melhor resultado. Já para as ferrovias cuja o tempo médio de frenagem fique entre 62 e 110 segundos, provavelmente o melhor resultado será obtido utilizando o acumulador formado por baterias e supercapacitores.

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