A locomotiva híbrida a diesel é uma exibição incrível de potência e engenhosidade. Ele combina uma excelente tecnologia mecânica, incluindo um enorme, 12 cilindros, motor diesel de dois tempos, com alguns motores e geradores elétricos pesados, adicionando um pouco de tecnologia de computador para uma boa medida.
Este 270, 000 libras (122, A locomotiva de 470 kg é projetada para rebocar vagões de passageiros a velocidades de até 110 milhas por hora (177 km / h). O motor diesel faz 3, 200 cavalos de potência, e o gerador pode transformar isso em quase 4, 700 amperes de corrente elétrica. Os quatro motores de acionamento usam essa eletricidade para gerar mais de 64, 000 libras de impulso. Há um motor V-12 e gerador totalmente separados para fornecer energia elétrica para o resto do trem. Este gerador é chamado de unidade de potência frontal . O que está neste trem pode gerar mais de 560 quilowatts (kW) de energia elétrica.
Essa combinação de motor diesel e geradores e motores elétricos torna a locomotiva um veículo híbrido. Neste artigo, começaremos aprendendo por que as locomotivas são construídas dessa maneira e por que têm rodas de aço. Em seguida, daremos uma olhada no layout e nos componentes principais.
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Os 3, Motor de 200 cavalos de potência que aciona o gerador principal A principal razão pela qual as locomotivas a diesel são híbridas é porque isso elimina a necessidade de uma transmissão mecânica, como encontrado em carros. Vamos começar entendendo por que os carros têm transmissões.
Seu carro precisa de uma transmissão por causa da física do motor a gasolina. Primeiro, qualquer motor tem uma linha vermelha - um valor máximo de rpm (rotações por minuto) acima do qual o motor não pode funcionar sem explodir. Segundo, se você leu Como funciona a potência, então você sabe que os motores têm uma faixa estreita de rpm, em que a potência e o torque estão no máximo. Por exemplo, um motor pode produzir sua potência máxima entre 5, 200 e 5, 500 rpm. A transmissão permite que a relação de marcha entre o motor e as rodas motrizes mude à medida que o carro acelera e desacelera. Você muda as marchas para que o motor possa ficar abaixo da linha vermelha e perto da faixa de rpm de seu melhor desempenho (potência máxima).
A transmissão de cinco ou seis velocidades na maioria dos carros permite que eles andem 177 km / h ou mais rápido com uma faixa de velocidade do motor de 500 a 6, 000 rpm. O motor de nossa locomotiva a diesel tem uma faixa de velocidade muito menor. Sua velocidade de marcha lenta é de cerca de 269 rpm, e sua velocidade máxima é de apenas 904 rpm. Com uma faixa de velocidade como esta, uma locomotiva precisaria de 20 ou 30 marchas para chegar a 177 km / h.
Uma caixa de engrenagens como essa seria enorme (teria que lidar com 3, 200 cavalos de potência), complicado e ineficiente. Também teria que fornecer energia para quatro conjuntos de rodas, o que aumentaria a complexidade.
Indo com um híbrido configurar, o motor diesel principal pode funcionar a uma velocidade constante, girando um gerador elétrico. O gerador envia energia elétrica para um motor de tração em cada eixo, que aciona as rodas. Os motores de tração podem produzir torque adequado em qualquer velocidade, de uma parada total a 177 km / h, sem precisar mudar de marcha.
Motores diesel são mais eficiente do que motores a gasolina. Uma locomotiva enorme como essa usa uma média de 1,5 galão de diesel por milha (352 L por 100 km) ao rebocar cerca de cinco carros de passageiros. Locomotivas que rebocam centenas de vagões de carga totalmente carregados usam muito mais combustível do que este, portanto, mesmo uma redução de 5 ou 10 por cento na eficiência resultaria rapidamente em um aumento significativo nos custos de combustível.
Você já se perguntou por que os trens têm rodas de aço , ao invés de pneus como um carro? É para reduzir fricção de rolamento . Quando seu carro está dirigindo na rodovia, algo como 25% da potência do motor está sendo usado para empurrar os pneus na estrada. Os pneus dobram e deformam muito à medida que rolam, que usa muita energia.
A quantidade de energia usada pelos pneus é proporcional ao peso que está sobre eles. Uma vez que um carro é relativamente leve, essa quantidade de energia é aceitável (você pode comprar pneus de baixa resistência ao rolamento para seu carro se quiser economizar um pouco de combustível).
Uma vez que um trem pesa milhares de vezes mais do que um carro, a resistência ao rolamento é um grande fator para determinar quanta força é necessária para puxar o trem. As rodas de aço do trem passam por uma pequena área de contato - a área de contato entre cada roda e os trilhos tem o tamanho de uma moeda de dez centavos.
Usando rodas de aço em uma trilha de aço, a quantidade de deformação é minimizada, o que reduz a resistência ao rolamento. Na verdade, um trem é a maneira mais eficiente de transportar mercadorias pesadas.
A desvantagem de usar rodas de aço é que elas não têm muito tração . Na próxima seção, vamos discutir a solução interessante para este problema.
A tração nas curvas não é um problema porque as rodas dos trens têm flanges que as mantêm nos trilhos. Mas a tração ao frear e acelerar é um problema.
Esta locomotiva pode gerar 64, 000 libras de impulso . Mas, para que ele use esse impulso de forma eficaz, as oito rodas da locomotiva devem ser capazes de aplicar esse impulso à pista sem escorregar. A locomotiva usa um truque bacana para aumentar a tração.
Na frente de cada roda há um bico que usa ar comprimido para pulverizar areia , que é armazenado em dois tanques na locomotiva. A areia aumenta drasticamente a tração das rodas motrizes. O trem possui um sistema eletrônico de controle de tração que aciona automaticamente os pulverizadores de areia quando as rodas escorregam ou quando o maquinista faz uma parada de emergência. O sistema também pode reduzir a potência de qualquer motor de tração cujas rodas estejam escorregando.
Agora vamos verificar o layout da locomotiva.
Quase cada polegada da locomotiva de 54 pés (16,2 m) está repleta de equipamentos.
O gigante de dois tempos, V-12 turboalimentado e gerador elétrico fornecem a enorme quantidade de energia necessária para puxar cargas pesadas em altas velocidades. O motor sozinho pesa mais de 30, 000 libras (13, 608 kg), e o gerador pesa 17, 700 libras (8, 029 kg). Falaremos mais sobre o motor e o gerador mais tarde.
A vista da cabine da locomotiva
A cabine da locomotiva opera em seu próprio sistema de suspensão, o que ajuda a isolar o engenheiro de solavancos. Os bancos também possuem sistema de suspensão.
Dentro da cabine há dois assentos:um para o maquinista e outro para o bombeiro. O maquinista tem fácil acesso a todos os controles da locomotiva; o bombeiro tem apenas um rádio e um controle de freio. Também dentro do carro, bem no nariz da locomotiva, é um banheiro.
Os caminhões são a montagem completa de dois eixos com rodas, motores de tração, engrenamento, suspensão e freios. Discutiremos esses componentes mais tarde.
o unidade de potência frontal consiste em outro grande motor a diesel, desta vez, um quatro tempos, Caterpillar V-12 biturboalimentado. O motor em si é mais potente do que o motor de quase qualquer caminhão. Ele aciona um gerador que fornece 480 volts, Alimentação CA trifásica para o resto do trem. Este motor e gerador fornecem mais de 560 kW de energia elétrica para o resto do trem, para ser usado pelos condicionadores de ar elétricos, luzes e cozinha. Ao usar um motor e gerador completamente separados para esses sistemas, o trem pode manter os passageiros confortáveis mesmo se o motor principal falhar. Também diminui a carga do motor principal.
Este enorme tanque na parte inferior da locomotiva segura 2, 200 galões (8, 328 L) de combustível diesel. O tanque de combustível é compartimentado, então, se algum compartimento estiver danificado ou começar a vazar, as bombas podem remover o combustível daquele compartimento.
A locomotiva opera em um sistema elétrico nominal de 64 volts. A locomotiva tem oito baterias de 8 volts, cada um pesando mais de 136 kg (300 libras). Essas baterias fornecem a energia necessária para dar partida no motor (tem um enorme motor de arranque), bem como para operar a eletrônica na locomotiva. Assim que o motor principal estiver funcionando, um alternador fornece energia para os componentes eletrônicos e as baterias.
Vamos dar uma olhada mais detalhada em alguns dos principais sistemas da locomotiva.
O motor principal desta locomotiva é um motor da série General Motors EMD 710. O "710" significa que cada cilindro neste turboalimentado, dois tempos, diesel V-12 tem um deslocamento de 710 polegadas cúbicas (11,6 L). Isso é mais do que o dobro do tamanho da maioria dos maiores motores de automóveis V-8 a gasolina - e estamos falando apenas de um dos 12 cilindros neste 3, Motor de 200 cv.
Então por que dois tempos ? Mesmo que este motor seja enorme, se operasse no ciclo diesel de quatro tempos, como a maioria dos motores diesel menores fazem, faria apenas cerca de metade da potência. Isso ocorre porque com o ciclo de dois tempos, há o dobro de eventos de combustão (que produzem a energia) por revolução. Acontece que o motor diesel de dois tempos é realmente muito mais elegante e eficiente do que o motor a gasolina de dois tempos. Consulte Como funcionam os motores diesel de dois tempos para obter mais detalhes.
Você pode estar pensando, se este motor for cerca de 24 vezes o tamanho de um motor de carro V-8 grande, e usa dois tempos em vez de um ciclo de quatro tempos, por que ele produz apenas cerca de 10 vezes mais potência? A razão é que este motor foi projetado para produzir 3, 200 hp continuamente, e dura décadas. Se você continuamente ligou o motor do seu carro na potência máxima, você teria sorte se durasse uma semana.
Aqui estão algumas das especificações deste motor:
Este motor gigante está ligado a um igualmente impressionante gerador . Tem cerca de 6 pés (1,8 m) de diâmetro e pesa cerca de 17, 700 libras (8, 029 kg). No pico de potência, este gerador produz eletricidade suficiente para abastecer uma vizinhança de cerca de 1, 000 casas!
Então, para onde vai todo esse poder? Ele vai para quatro, maciços motores elétricos localizados nos caminhões.
Os caminhões são as coisas mais pesadas no trem - cada um pesa 37, 000 libras (16, 783 kg). Os caminhões realizam vários trabalhos. Eles suportam o peso da locomotiva. Eles fornecem a propulsão, as suspensões e a travagem. Como você pode imaginar, eles são estruturas tremendas.
o motores de tração fornecem potência de propulsão às rodas. Existe um em cada eixo. Cada motor aciona uma pequena engrenagem, que engrena com uma engrenagem maior no semi-eixo. Isso fornece a redução de marcha que permite ao motor acionar o trem a velocidades de até 170 mph.
Dois dos motores de tração removidos de um caminhão Cada motor pesa 6, 000 libras (2, 722 kg) e pode puxar até 1, 170 amperes de corrente elétrica.
Os caminhões também fornecem a suspensão para a locomotiva. O peso da locomotiva repousa sobre um grande, volta consequência , o que permite que os caminhões girem para que o trem faça uma curva. Abaixo do pivô há uma enorme mola de folha que repousa sobre uma plataforma. A plataforma está suspensa por quatro, metal gigante links , que se conectam ao conjunto do caminhão. Esses links permitem que a locomotiva oscile de um lado para o outro.
O peso da locomotiva repousa sobre o Leaf Springs , que se comprimem quando passa por cima de uma saliência. Isso isola o corpo da locomotiva do solavanco. Os links permitem que os caminhões se movam de um lado para o outro com flutuações na pista. A pista não é perfeitamente reta, e em altas velocidades, as pequenas variações na pista tornariam o percurso difícil se os caminhões não pudessem balançar lateralmente. O sistema também mantém a quantidade de peso em cada trilho relativamente igual, reduzindo o desgaste nas esteiras e rodas.
Os freios são semelhantes a Travões de tambor em um carro. A frenagem é fornecida por um mecanismo semelhante ao freio a tambor de um carro. Um pistão movido a ar empurra uma almofada contra a superfície externa da roda do trem.
Em conjunto com os freios mecânicos, a locomotiva tem travagem dinâmica . Neste modo, cada um dos quatro motores de tração atua como um gerador, usar as rodas do trem para aplicar torque aos motores e gerar corrente elétrica. O torque que as rodas aplicam para girar os motores desacelera o trem (em vez dos motores girarem as rodas, as rodas giram os motores). A corrente gerada (até 760 amperes) é direcionada para uma malha resistiva gigante que transforma essa corrente em calor. Um ventilador de resfriamento suga o ar pela malha e o sopra para fora da locomotiva - efetivamente o secador de cabelo mais potente do mundo.
No caminhão traseiro, há também um freio de mão -- sim, até mesmo os trens precisam de freios de mão. Uma vez que os freios são movidos a ar, eles só podem funcionar enquanto o compressor estiver funcionando. Se o trem estiver desligado por um tempo, não haverá pressão de ar para manter os freios acionados. Sem um freio de mão e à prova de falhas de um reservatório de pressão de ar, até mesmo uma ligeira inclinação seria suficiente para fazer o trem andar, devido ao seu imenso peso e ao atrito de rolamento muito baixo entre as rodas e os trilhos.
O freio de mão é uma manivela que puxa uma corrente. São necessárias muitas voltas da manivela para apertar a corrente. A corrente puxa o pistão para fora para aplicar os freios.
Você não pode simplesmente entrar no táxi, gire a chave e vá embora em uma locomotiva a diesel. Ligar um trem é um pouco mais complicado do que ligar seu carro.
O engenheiro sobe uma escada de 2,4 m (8 pés) e entra em um corredor atrás da cabine. Ele ou ela se envolve com um interruptor de faca (como os dos filmes antigos de Frankenstein) que conecta as baterias ao circuito inicial. Em seguida, o engenheiro aciona cerca de cem interruptores em um painel de disjuntor, fornecendo energia para tudo, desde as luzes até a bomba de combustível.
Próximo, o engenheiro caminha por um corredor até a sala de máquinas. Ele se vira e segura um botão lá, que prepara o sistema de combustível, certificando-se de que todo o ar está fora do sistema. Ele então vira a chave para o outro lado e o motor de partida é acionado. O motor dá partida e começa a funcionar.
Próximo, ele sobe para a cabine para monitorar os medidores e acionar os freios assim que o compressor pressurizar o sistema de freio. Ele pode então ir para a parte de trás do trem para liberar o freio de mão.
Finalmente, ele pode voltar para a cabine e assumir o controle de lá. Assim que tiver permissão do condutor do trem para se mover, ele envolve o Sino , que toca continuamente, e soa o buzinas de ar duas vezes (indicando movimento para frente).
O controle do acelerador tem oito posições, mais uma posição inativa. Cada uma das posições do acelerador é chamada de " entalhe . "O entalhe 1 é a velocidade mais lenta, e o entalhe 8 é a velocidade mais alta. Para fazer o trem andar, o engenheiro libera os freios e coloca o acelerador no entalhe 1.
Neste motor da série EMD 710 da General Motors, colocar o acelerador no entalhe 1 envolve um conjunto de contatores (relés elétricos gigantes). Esses contatores prendem o gerador principal aos motores de tração. Cada entalhe envolve uma combinação diferente de contatores, produzindo uma voltagem diferente. Algumas combinações de contatores colocam certas partes do enrolamento do gerador em uma configuração em série que resulta em uma tensão mais alta. Outros colocam certas partes em paralelo, resultando em uma tensão mais baixa. Os motores de tração produzem mais potência em tensões mais altas.
À medida que os contatores se engajam, os controles computadorizados do motor ajustam o injetores de combustível para começar a produzir mais potência do motor.
o controle de freio varia a pressão do ar nos cilindros do freio para aplicar pressão nas sapatas do freio. Ao mesmo tempo, combina com a frenagem dinâmica, usando os motores para diminuir a velocidade do trem também.
Os controles de freio e acelerador O engenheiro também possui uma série de outros controles e luzes indicadoras.
Controles, indicadores e o rádio Uma leitura computadorizada exibe dados de sensores em toda a locomotiva. Ele pode fornecer ao engenheiro ou aos mecânicos informações que podem ajudar a diagnosticar problemas. Por exemplo, se a pressão nas linhas de combustível estiver ficando muito alta, isso pode significar que um filtro de combustível está entupido.
Este display computadorizado pode mostrar o status dos sistemas em toda a locomotiva. Agora vamos dar uma olhada dentro do trem.
Dentro de um carro de passageiros As acomodações dentro de um trem de passageiros são bastante luxuosas. Este trem é o Piemonte , que funciona diariamente de Raleigh a Charlotte, Carolina do Norte. Os assentos deste trem reclinam mais do que os assentos de aviões e têm mais espaço para as pernas. Eles também têm apoios para os pés.
Os assentos deste carro podem ser virados um para o outro para que quatro pessoas possam sentar-se juntas. 
O trem também possui uma cozinha que serve principalmente sanduíches e lanches leves. 
Para passageiros de primeira classe neste trem, há um carro de observação que tem uma marquise no andar de cima e um bar. Embora pegar o trem possa ser mais lento do que voar, é definitivamente muito mais confortável. Há muito espaço para andar, e você pode comer em um vagão-restaurante ou olhar a vista de cima do vagão-lounge. Alguns trens têm até quartos privativos para passageiros de primeira classe - o que não é uma maneira ruim de ir daqui para lá.
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