Tracção Eléctrica

Tracção Eléctrica 1 Introdução à Tracção Eléctrica ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| A Tracção Eléctrica é uma forma de utilização de energia que aproveita a capacidade de transformação de energia eléctrica em energia mecânica para promover o deslocamento de um ou de mais veículos. Esta aplicação da electricidade apareceu no ano de 1879, logo nos primórdios da exploração industrial daquela forma de energia. Nesse ano, Werner von Siemens apresentou na Exposição Internacional de Berlim um pequeno tractor, accionado por um motor eléctrico de corrente contínua, que rebocou três pequenos vagões, constituídos por bancos de seis lugares montados sobre rodas, e que podiam transportar 18 passageiros. O conjunto deslocava-se sobre carris, numa via circular de 300 m de comprimento, com uma velocidade de 12 km/h. A alimentação era feita por um carril central, em corrente contínua, com uma tensão de 150 V, sendo o circuito de retorno constituído pelos carris de guiamento. Fig. 1.1 – Primeiro sistema público de Tracção Eléctrica — 1879 O comboio eléctrico da empresa Siemens & Halske, para além de constituir, na sua época, uma mera demonstração das possibilidades de utilização da energia eléctrica, apresentou, desde logo, todo o conjunto de problemas inerentes à Tracção Eléctrica: o problema da alimentação em energia do veículo motor, o problema da disponibilidade e © Manuel Vaz Guedes, 1992, 2ooo pp. 1.1 a 1.32 Tracção Eléctrica 1.2 controlo da força motriz e, também, todo o conjunto de problemas inerentes à exploração deste novo sistema de transporte. Nos anos que se seguiram, foi grande o número de realizações, assim como foi grande o estudo e a experimentação efectuados na procura de soluções para aquele amplo conjunto de problemas. Hoje, ainda continuam a realizar-se estudos e continua a realizar-se investigação no âmbito da Tracção Eléctrica, mas existe já um vasto conjunto de soluções possíveis, que só não são adoptadas porque dependem de opções de carácter político ou económico, que ultrapassam o domínio da Tracção Eléctrica. Nos estudo da Tracção Eléctrica aparecem problemas de várias áreas do conhecimento. Mesmo no restrito campo da Engenharia Electrotécnica existem alguns problemas de produção e distribuição de energia eléctrica, um grande conjunto de problemas de utilização de energia eléctrica e aparecem, já, problemas do domínio da Informática e da área dos Sistemas Digitais. Neste curso, esses problemas serão devidamente apresentados, assim como serão apresentados os métodos e as tecnologias desenvolvidas para a sua resolução. No entanto, alguns assuntos serão apenas referidos nos aspectos específicos da sua ligação à Tracção Eléctrica, porque tais assuntos pertencem ao programa de outras disciplinas. Entre os assuntos estudados na disciplina de Tracção Eléctrica, incluem-se: – uma descrição sumária dos diferentes veículos utilizados nas diferentes formas de tracção eléctrica; –o problema mecânico da tracção eléctrica; –a alimentação em energia eléctrica do veículo motor; –o problema do accionamento electromecânico — elementos constituintes do sistema de accionamento, estratégia de controlo, aplicação; – os sistemas auxiliares de controlo, comando, sinalização e de utilização da energia eléctrica em tracção; – os diversos sistemas de tracção em serviço, ou em desenvolvimento; –a problemática resultante da inserção dos assuntos de Tracção Eléctrica nas preocupações sociais contemporâneas — preocupação com uma economia de recursos escassos, preocupação com a influência na sociedade do problema dos transportes, preocupação com a utilização racional de energia e preocupação com o meio e o ambiente. Com o estudo destes assuntos de Tracção Eléctrica pretende-se que o aluno crie um maior conhecimento dos problemas de accionamentos electromecânicos, e de utilização de energia eléctrica, através de uma aplicação actual, com grande interesse social e económico. Os sistemas de tracção eléctrica existentes em Portugal servirão, frequentemente, de exemplo no âmbito desta disciplina. No entanto, serão também analisadas as soluções tecnológicas aplicadas, ou em desenvolvimento, noutros países e que, num futuro próximo, poderão ser instaladas em Portugal. سزرش © Manuel Vaz Guedes, 1992, 2ooo Tracção Eléctrica 1.3 1.1 História Breve da Tracção Eléctrica Com a descoberta em 1820 por H. C. Oersted da interacção entre um íman permanente e uma corrente eléctrica — descoberta do electromagnetismo — iniciou-se um década em que da observação experimental de Ampére, de Arago e de Faraday surgiu o conhecimento dos fenómenos físicos e das leis que regem as acções electromecânicas. Mas irão passar muitos anos até que sejam dominados todos os problemas de construção de máquinas capazes de promover eficazmente a conversão de energia envolvendo a energia eléctrica e a energia mecânica. Durante esses quarenta anos (1820 a 1860) surgiram aplicações primitivas que se tornaram precursoras dos sistemas de tracção eléctrica. 1837 – Thomas Davenport, um ferreiro em Rutland, Vermont, obteve a primeira patente sobre um motor electromagnético (1837), julga-se ter sido a primeira pessoa a produzir trabalho útil com um motor eléctrico. Davenport construiu um modelo com uma máquina magnetoeléctrica rudimentar que utilizou para movimentar um veículo que transportava uma bateria de pilhas. 1839 – M. H. Jacobi, na Rússia, inicia um conjunto de experiências que conduziram ao primeiro barco movido a electricidade. Efectuou várias viagens a uma velocidade de 4 km/h no rio Neva, num barco que podia transportar dez pessoas, e era accionado por uma motor eléctrico de electroímanes, alimentado por uma bateria eléctrica com uma superfície de 1,9 m2. 1840 – Em Inglaterra, utilizaram-se telégrafos Wheatstone de agulha magnética para transmitir sinais simples (ready ; stop) ao mecânico que controlava uma máquina a vapor a partir das seis estações de uma linha funicular instalada entre Londres e Blackwall (13 km) por Robert Stephenson. Representa uma primeira aplicação da electricidade na exploração dos caminhos de ferro — sinalização. 1842 – Robert Davidson, um escocês residente em Aberdeen, construiu uma locomotiva eléctrica, com quatro rodas e 4,8 m de comprimento, que pesava cerca de 5 ton. com a bateria de pilhas (ferro-zinco). O motor tinha bobinas indutoras em ferradura, mas sem núcleo ferromagnético, em frente das quais rodavam barras de ferro apoiadas no eixo das rodas. Esta locomotiva foi experimentada na linha de caminho de ferro Edimburgo-Glasgow; atingiu uma velocidade de 6 km/h. 1850 – George. C. Page, de Salem, Massachusetts, promoveu a construção de uma locomotiva (12 ton.), financiada pelo Congresso, que atingiu a velocidade de 31 km/h com um motor alternativo: dois solenóides atraíam alternativamente uma armadura de ferro que estava ligada a um volante por um sistema de biela–manivela; era alimentado por uma bateria de pilhas; chegou a atingir a velocidade de 30 km/h… Teve apenas um sucesso parcial. 1850 – Moses G. Farmer construiu uma pequena locomotiva electromagnética que rebocava uma carruagem de dois lugares. 1855 –O italiano Alexander Bessolo requereu uma patente sobre um sistema de tracção em que previa a possibilidade da energia eléctrica ser transmitida ao motor por um condutor aéreo, análogo ao utilizado em telegrafia, e com o retorno pelos carris. Pode-se verificar que, nesta fase histórica, o veículo motor transportava a fonte de energia eléctrica, que era uma bateria de pilhas. © Manuel Vaz Guedes, 1992, 2ooo Tracção Eléctrica 1.4 1855 – Thomas Hall, de Boston, de 1851 a 1860 construiu várias locomotivas eléctricas alimentadas em energia pelos carris de guiamento a partir de pilhas. A pequena locomotiva eléctrica que foi construída em 1851 encontra-se representada na figura junta. A fonte de energia eléctrica então utilizada, que era uma bateria de pilhas, não era suficientemente potente para permitir o desenvolvimento da tracção eléctrica face à tracção animal e à tracção a vapor. No entanto é importante salientar que nesta fase de desenvolvimento dos mais diversos aparelhos electromagnéticos destinados a produzir movimento, a utilização mais experimentada era a da movimentação de veículos. No ano de 1860 Antonio Pacinotti construiu um modelo de um máquina electromagnética com induzido em anel e formulou o princípio de reversibilidade das máquinas de corrente contínua. Mas a sua aplicação industrial só começou com a construção das máquinas de corrente contínua por Werner von Siemens (1867 e 1873) e por Z. Gramme (1870) e com a demonstração prática, na Exposição de Viena de 1873, da transmissão da energia eléctrica à distância e da reversibilidade do funcionamento de máquinas eléctricas semelhantes. Nesta época o transporte ferroviário com locomotivas a vapor continuava a progredir, enquanto que o transporte público urbano continuando a explorar a tracção animal (através dos tramways ou carros americanos de tracção animal) vinha experimentando outros meios de tracção mecânica ferroviária, como a tracção funicular e a tracção a vapor. Ao período dos precursores segue-se a fase de grande desenvolvimento da Tracção Eléctrica. Esse desenvolvimento dá-se, primeiro, na Europa, de 1879 a 1883, e depois nos Estados Unidos, de 1883 a 1888, e resulta, fundamentalmente, da utilização do dínamo (máquina electromagnética de corrente contínua com excitação ligada) como fonte de energia eléctrica, e da confirmação experimental do princípio da reversibilidade de funcionamento da máquina eléctrica de corrente contínua.

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