BR112021015761A2 - Dispositivo móvel para aquecer um trilho de uma via permanente com o uso de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha e método de aquecimento associado - Google Patents
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Abstract
dispositivo móvel para aquecer um trilho de uma via permanente com o uso de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha e método de aquecimento associado. trata-se de um dispositivo móvel para aquecer um trilho (12) de uma via permanente (2) que é constituído por um módulo de aquecimento (34) que compreende pelo menos uma zona de aquecimento (28) e pelo menos uma fonte de radiação de calor (46), direcionada rumo à zona de aquecimento (28), e por um veículo de transporte (16) para transportar o módulo de aquecimento (34). uma unidade de aquecimento (36) do módulo de aquecimento (34) compreende lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) que podem emitir radiação que está concentrada no infravermelho próximo e que são equipadas com um refletor primário (48) orientado de modo a refletir a radiação infravermelha emitida pela fonte de radiação (46) em direção à zona de aquecimento (28). a unidade de aquecimento (36) também compreende um refletor secundário (50) que tem uma superfície de reflexão côncava que circunda a zona de aquecimento (28) e pode retornar em direção aos raios da zona de aquecimento (28) refletidos pelo trilho e que passam entre as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42).
Description
[0001] A invenção refere-se ao aquecimento de um trilho de uma via férrea, com o objetivo de neutralizar ou pré-neutralizar o dito trilho antes de fixar o mesmo a um dormente de ferrovia. A invenção se refere tanto a um dispositivo de aquecimento móvel que se move ao longo da via quanto a um método de assentamento que inclui aquecer o trilho.
[0002] Os trilhos da via férrea são submetidos a variações significativas de temperatura, dependendo das estações do ano e das condições meteorológicas. Os trilhos tendem a se estender e expandir sob o efeito de um aumento de temperatura e, em contrapartida, sob o efeito de uma queda de temperatura, tendem a se contrair.
[0003] No passado, as juntas de expansão eram fornecidas entre trilhos sucessivos de uma linha de trilhos de ferrovia. Atualmente, os trilhos são soldados de extremidade a extremidade em comprimentos muito significativos e, portanto, fixados nos dormentes da via. Sob o efeito de uma temperatura ambiente superior à média anual, os trilhos, impossibilitados de se expandir, são submetidos a uma força de compressão, ao passo que os dormentes são submetidos a forças que tendem a afastá-los uns dos outros. De outro modo, sob o efeito de uma temperatura ambiente inferior à média anual, os trilhos, impossibilitados de se contrair, são submetidos a uma força de tração, ao passo que os dormentes são submetidos a forças que tendem a deslocá-los um em direção ao outro.
[0004] Quando a temperatura do trilho não é controlada durante o assentamento, é necessário proceder às operações denominadas de “neutralização” mecânica após o assentamento e limitar a velocidade de percurso, desde que essas operações não sejam finalizadas. A neutralização mecânica consiste em cortar uma seção do trilho cuja espessura depende de uma diferença identificada entre a temperatura no momento da intervenção e a temperatura “neutra” da localização, em desmantelar o trilho e no estiramento do mesmo com o uso de um estirador de trilho a fim de preencher o espaço deixado pela seção de corte, antes reaparafusar e, caso aplicável, soldar novamente o trilho. Não tendo ocorrido essa operação de neutralização, a velocidade de deslocamento na via deve ser limitada, geralmente a 50 km/h. Será entendido que tal organização das obras provoca perturbações significativas ao tráfego, tanto durante a operação de neutralização quanto durante a fase anterior, entre o assentamento do trilho e a neutralização.
[0005] A fixação direta dos trilhos aquecida continuamente a um valor próximo ou igual à temperatura “neutra” possibilita obter melhores resultados em termos de minimizar a perturbação do tráfego. Uma operação desse tipo é conhecida como neutralização térmica.
[0006] Uma solução de aquecimento contínuo dos trilhos, realizada até então, exige uma tecnologia de indução. O dito método possibilitar obter um aquecimento que seja suficientemente preciso para garantir que os trilhos sejam assentados dentro da tolerância exigida pela temperatura “neutra”. Desse modo, é possível se referir à neutralização térmica precisa direta. No entanto, o material necessário para a operação é relativamente complexo, pois precisa de um gerador de energia e, também, de resfriamento dos circuitos de energia, do gerador e do indutor.
[0007] Para locais que exigem a estabilização subsequente do balastro, foi proposto um processo de "pré-neutralização" térmica, que consiste em submeter o trilho, antes de fixá-lo aos dormentes, a uma temperatura suficientemente próxima da temperatura "neutra" da localização, sem, no entanto, garantir que a temperatura “neutra” seja atingida. Tal "pré-neutralização" é de interesse, pois permite viajar imediatamente a uma velocidade na região de 80 km/h em vez de 50 hm/h, ao passo que aguarda as operações de neutralização mecânicas finais descritas acima. Um método para realizar a dita pré-neutralização térmica consiste em aspergir nos trilhos água quente: uma solução simples que, entretanto, tem desvantagens de uso, em particular, em termos de saída, entrega e drenagem da água, o que a torna menos interessante.
[0008] Além disso, o documento n° U.S. 6308635 propôs aquecer o trilho que já está assentado no solo com o uso de um módulo de aquecimento radiante elétrico que compreende elementos de aquecimento elétrico de carboneto de silício, cada um associado a um refletor parabólico dedicado. No entanto, o desempenho de um dispositivo desse tipo ainda não foi documentado.
[0009] A invenção tem como objetivo superar as desvantagens da técnica anterior e propor um modo de aquecimento que é potente, preciso em termos de quantidade de calor transmitido e reativo nos períodos transitórios de mudança na velocidade de assentamento ou mudança na temperatura ambiente.
[0010] Com essa finalidade, de acordo com um primeiro aspecto da invenção, é proposto um dispositivo móvel para aquecer um trilho de uma via férrea que compreende: pelo menos um módulo de aquecimento que compreende pelo menos uma zona de aquecimento e pelo menos uma fonte de radiação de calor que é orientada em direção à zona de calor; e um veículo de transporte para transportar o módulo de aquecimento que tem capacidade para percorrer ao longo de uma via férrea em uma direção de assentamento, de modo que, a cada momento, uma porção de um trilho da via férrea que não é fixa a um dormente da via férrea passa através da zona de aquecimento, em uma direção de avanço. De maneira característica, o módulo de aquecimento compreende pelo menos uma unidade de aquecimento, sendo que a unidade de aquecimento compreende uma pluralidade de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha que são distribuídas ao longo da periferia da zona de aquecimento e são orientadas em direção à zona de aquecimento, em que cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha lâmpadas compreende pelo menos uma fonte de radiação que tem capacidade para emitir radiação infravermelha com uma densidade espectral de energia máxima para um comprimento de onda inferior a 2 μm, de preferência, inferior a 1,4 μm, com muita preferência, inferior a 1,2 μm, e pelo menos um refletor primário que é orientado de modo a refletir a radiação infravermelha emitida pela fonte de radiação em direção à zona de aquecimento, sendo que a fonte de radiação está disposta entre o refletor primário e a zona de aquecimento, diretamente oposta à zona de aquecimento, a unidade de aquecimento compreende adicionalmente um refletor secundário que tem uma superfície de reflexão côncava que circunda a zona de aquecimento e tem capaz para retornar os raios refletidos, passando entre as lâmpadas elétricas de radiação de infravermelho, em direção à zona de aquecimento.
[0011] Um trilho de via férrea de aço tem uma absorvência que aumenta quando o comprimento de onda é reduzido, pelo menos para os comprimentos de onda superiores a 0,5 μm. A seleção de lâmpadas infravermelhas cujo pico de radiação está localizado na faixa do infravermelho próximo (em particular, IR-A ou NIR) atinge uma melhor absorção do que para lâmpadas que emitem infravermelho médio ou distante.
[0012] A presença de refletores primários individuais e um refletor secundário comum faz com que seja possível aumentar consideravelmente a produção, retornando para o trilho da radiação refletida desse modo.
[0013] De fato, uma porção da radiação que é incidente sobre o trilho é refletida desse modo. Isso é particularmente verdade para a parte debaixo do trilho, que é brilhante e para a qual a taxa de reflexão pode chegar a 65%. O refletor primário integrado em cada lâmpada infravermelha é destinado para direcionar a radiação, emitida pela lâmpada, em direção ao trilho, porém também funciona como um refletor secundário para redirecionar, em direção ao trilho, a radiação que o trilho refletiu anteriormente.
O refletor secundário comum completa a ação dos refletores primários para redirecionar em direção ao trilho a radiação que não foi absorvida. Essa provisão possibilita obter um rendimento muito bom com lâmpadas que não são unidas.
[0014] As lâmpadas elétricas de radiação infravermelho próximo tem um tempo de resposta extremamente rápido em comparação à velocidade de avanço da obra da estrada de ferro, o que possibilita prever não apenas operações de pré-neutralização como também operações neutralização precisas.
[0015] De acordo com uma modalidade, há pelo menos um ponto da zona de aquecimento, que está localizado a uma distância de menos de 160 mm e, de preferência, menor que 120 mm da fonte de radiação de cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha.
[0016] De acordo com uma modalidade, há pelo menos um ponto da zona de aquecimento que está localizada a uma distância menor que 160 mm e, de preferência, menor que 120 mm, de qualquer ponto da superfície de reflexão do refletor secundário.
[0017] De acordo com uma modalidade, pelo menos algumas das lâmpadas são distribuídas de modo que fiquem separadas uma da outra ao longo da periferia da zona de aquecimento. De acordo com uma modalidade, pelo menos algumas das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha são unidas aos pares.
[0018] A fim de limitar as perdas, o refletor secundário precisa, de preferência, circundar ao máximo o trilho que está posicionado no centro da zona de aquecimento. Portanto, é possível fornecer, de preferência, em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço, a superfície de reflexão do refletor secundário que tem um corte transversal na forma de um arco circular que tem um ângulo maior que 180°, de preferência, maior que 240° ou um corte transversal circular. Em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço, a superfície de reflexão do refletor secundário tem, de preferência, um raio de curvatura que é menor que
160 mm, de preferência, menor que 120 mm e maior que 70 mm, de preferência, maior que 100 mm.
[0019] A superfície de reflexão do refletor secundário deve exibir, de preferência, a refletância significativa na região espectral considerada. Na prática, é selecionada, de preferência, uma superfície de reflexão que tem uma refletância superior a 80% na faixa espectral entre 0,5 e 2 μm, o que pode ser obtido a um custo razoável, em particular, no caso de uma superfície produzida a partir de alumínio polido ou, caso aplicável, no caso de uma superfície de prata ou de ouro.
[0020] De um modo semelhante, há um interesse em que a refletância dos refletores primários seja muito alta, de preferência, maior que 90%, na faixa espectral entre 0,5 e 2 µm. O refletor primário de cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha é, de preferência, produzido a partir de prata ou ouro.
[0021] A fim de alcançar um redirecionamento ideal do fluxo emitido por cada fonte de radiação em direção à zona de aquecimento, o refletor primário de cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha é parabólico ou tem formato de arco elíptico ou circular em corte transversal de acordo com um plano em corte perpendicular à direção de avanço. A fonte de radiação está localizada, de preferência, na região de um foco da parábola ou da elipse ou do centro do arco circular.
[0022] Na prática, a densidade espectral de potência máxima é observada para um comprimento de onda superior a 0,7 μm. Em particular, é possível selecionar, como fonte de radiação, lâmpadas incandescentes de halogênio que são emitidas no infravermelho próximo.
[0023] É preferencial que o número de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha seja maior que 2, de preferência, maior que
4.
[0024] De acordo com uma modalidade que é particularmente simples de implementar, o refletor secundário circunda as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha. O refletor secundário pode assim ser formado por uma única peça, sem recortes.
[0025] Alternativamente, é possível permitir que o refletor secundário se estenda entre as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha. Nesse caso, é necessário fornecer recortes ou estampagens no defletor secundário para acomodar as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha.
[0026] O veículo de transporte do módulo de aquecimento compreende, de preferência, meios para elevar a porção do trilho localizada na zona de aquecimento em relação à via férrea e meios para posicionar a porção do trilho, seguindo a entrada de calor, em um dormente de uma via férrea e para fixar a porção do trilho no dormente.
[0027] O veículo de transporte do módulo de aquecimento compreende, de preferência, meios para elevar a porção do trilho localizada na zona de aquecimento em relação à via e meios para posicionar a porção do trilho, seguindo a entrada de calor, em um dormente antes de fixar a porção do trilho no dormente. Conforme afirmado acima, a elevação da porção do trilho na zona de aquecimento possibilitar circundar melhor o trilho ao mesmo tempo que o aquece, não apenas de cima como também pelos lados e, caso aplicável, por baixo, a fim de uniformizar a entrada de calor na periferia da porção do trilho e para minimizar as perdas. O fato de a zona de aquecimento estar afastada da via e, em particular, dos dormentes, possibilita, caso aplicável, usar uma energia de aquecimento aumentada, sem qualquer risco para a via.
[0028] De acordo com uma modalidade, o módulo de aquecimento compreende, pelo menos, duas unidades de aquecimento que estão alinhadas na direção de avanço, a fim de definir a zona de aquecimento. O módulo de aquecimento é dotado, de preferência, de meios-guia para garantir o guiamento da porção do trilho na zona de aquecimento do módulo de aquecimento guiado, em que os meios-guia compreendem, de preferência, rolos que rolam na porção do trilho.
[0029] Naturalmente, a potência de aquecimento deve ser modulada de acordo com as condições externas a fim de obter uma temperatura de ponto de definição desejada para o trilho.
[0030] De acordo com uma modalidade, a pluralidade de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha compreende pelo menos duas lâmpadas elétricas de radiação infravermelha, de preferência, pelo menos quatro lâmpadas elétricas de radiação infravermelha e, particularmente, de preferência, uma quantidade maior de lâmpadas.
[0031] Caso aplicável, é possível modular o número de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha ativa, dependendo de um ou mais parâmetros de controle.
[0032] O parâmetro ou parâmetros de controle incluem, de preferência, um ou mais dentre os parâmetros medidos ou estimados: uma temperatura da porção do trilho antes do aquecimento, uma temperatura da porção do trilho após aquecimento, uma temperatura da porção do trilho durante aquecimento, uma temperatura ambiente externa, uma velocidade de movimento do veículo de transporte do módulo de aquecimento, uma velocidade de movimento do trilho com relação ao dispositivo de aquecimento, uma duração do aquecimento, um desvio entre uma temperatura de ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho antes do aquecimento, um desvio entre uma temperatura de ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho após aquecimento, um desvio entre uma temperatura medida de ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho após aquecimento, um desvio entre uma temperatura de ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho durante a entrada de calor, uma umidade ambiente ou uma velocidade de vento. Particularmente, é possível fornecer um ou mais dentre os seguintes procedimentos:
[0033] - Pelo menos uma temperatura da porção do trilho é medida após a entrada de calor, por meio de um sensor de temperatura disposto na região de uma zona de saída da zona de aquecimento ou atrás da zona de aquecimento na direção de assentamento;
[0034] - Pelo menos uma temperatura da porção do trilho é medida antes da entrada de calor por meio de um sensor de temperatura disposto na região de uma zona de entrada da zona de aquecimento ou na frente da zona de aquecimento na direção de assentamento;
[0035] - Pelo menos uma temperatura da porção do trilho é medida durante a entrada de calor, por meio de um sensor de temperatura disposto dentro da zona de aquecimento.
[0036] A fim de alcançar um posicionamento reprodutível da porção do trilho a ser fixa, passando através da zona de aquecimento, é possível, em particular, para fornecer um ou mais dentre os seguintes procedimentos:
[0037] - A porção do trilho é guiada em relação a uma armação do chassi do veículo de transporte do módulo de aquecimento, de modo que a porção do trilho passe através da zona de aquecimento durante o movimento do veículo de transporte do módulo de aquecimento.
[0038] - O módulo de aquecimento é guiado em relação a uma armação do chassi do veículo de transporte do módulo de aquecimento, de modo que a porção do trilho passe através da zona de aquecimento durante o movimento do veículo de transporte do módulo de aquecimento.
[0039] - O módulo de aquecimento é guiado em relação à porção do trilho, de preferência, fazendo com que o módulo de aquecimento role sobre a porção do trilho, de modo que a porção do trilho passe através da zona de aquecimento durante o movimento do veículo de transporte do aquecimento módulo.
[0040] De acordo com uma modalidade, o movimento do veículo de transporte do módulo de aquecimento na direção de assentamento ocorre sem interrupção.
[0041] A invenção pode ser implantada, a saber, para o primeiro assentamento da nova via ou para reparação ou renovação. Em particular e de acordo com um aspecto preferencial da invenção.
[0042] Outras características e vantagens da invenção ficarão evidentes a partir da seguinte descrição fornecida com referência aos desenhos anexos nos quais:
[0043] [Figura 1]: é uma vista esquemática de um local para colocar um trilho de uma via férrea, usando um dispositivo de aquecimento de acordo com a invenção;
[0044] [Figura 2]: é uma vista esquemática detalhada do local da Figura 1 que mostra o aquecimento de um trilho a ser fixado, com o uso do dispositivo de aquecimento da invenção;
[0045] [Figura 3]: é uma vista esquemática de baixo de um módulo de aquecimento de um dispositivo de aquecimento de acordo com a invenção;
[0046] [Figura 4]: é uma vista frontal esquemática do módulo de aquecimento da Figura 3;
[0047] [Figura 5]: é uma vista esquemática que mostra o controle do módulo de aquecimento da Figura 3 e 4;
[0048] [Figura 6]: é uma vista frontal esquemática de uma lâmpada de radiação infravermelha de um módulo de aquecimento de acordo com uma primeira variante;
[0049] [Figura 7]: é uma vista frontal esquemática de um módulo de aquecimento de acordo com uma segunda variante;
[0050] [Figura 8]: é uma vista frontal esquemática de um módulo de aquecimento de acordo com uma terceira variante.
[0051] Para fins de maior clareza, elementos idênticos ou semelhantes são indicados por sinais de referência em todas as Figuras.
[0052] A Figura 1 é uma vista global de um local para substituir uma via férrea (2), em que, por meio de um trem de serviço (4) (mostrado parcialmente), os trilhos antigos (6) (setor frontal) e os dormentes antigos (8) são depositados e são substituídos por dormentes novos (10) e por trilhos novos (12), em que tudo isso é realizado continuamente à medida que trem avança em uma direção de trabalho (100). O trem de serviço (4) compreende vagões (16) apoiados em troles (18, 20) que rolam nos trilhos antigos (6) na parte frontal do trem de serviço (4) e nos trilhos novos (12) na parte traseira do trem de serviço (4). Uma parte intermediária do trem de serviço (4), por sua vez, repousa sobre as lagartas (22) que, na ausência de trilhos na via (2) nessa parte do local, rolam diretamente sobre os dormentes antigos (8) antes de serem depositados.
[0053] Em uma porção frontal do local, as ferramentas possibilitam separar os trilhos antigos (6) dos dormentes (8). De modo gradual, durante a sua desmontagem, os trilhos antigos (6) são elevados e colocados no balastro (24) nos lados da via. Na porção frontal do local estão expostos os dormentes antigos (8), o que possibilita continuar a deposição dos mesmos por meio de um grupo de ferramentas de deposição e substituição dos mesmos por dormentes novos (10) por meio de um grupo de ferramentas de assentamento. Os trilhos novos (12) que, antes da passagem do trem de serviço (4), foram dispostos no solo em ambos os lados da via (2), são elevados e posicionados, aderindo à geometria desejada da via (2), antes de serem assentados nos dormentes novos (10). A fixação final dos trilhos novos (12) é realizada com o uso de ligações, após o trem de serviço (4) ter passado.
[0054] A fim de impedir ou limitar o risco de deterioração da via que pode ser causado pelas variações dimensionais dos trilhos (12) sob o efeito de condições climáticas ou meteorológicas mais severas, é proporcionado que os trilhos novos ou restaurados (12) sejam fixados, por fim, nos dormentes, submetendo os ditos perfis de metal a uma temperatura média do local de assentamento, denominada de "pré-neutralização" ou "neutralização".
[0055] Com essa finalidade, a porção do trilho novo ou restaurado a ser colocado (12) é colocada a uma temperatura de ponto de definição em uma zona de condicionamento térmico (28) localizada a montante e próximo da zona de fixação (30) da dita porção do trilho em um ou mais dormentes (10). Quando a intervenção no local ocorre em um momento em que a temperatura ambiente é inferior à temperatura de ponto de definição denominada de "pré-neutralização" ou "neutralização", essa regulação compreende aquecer o trilho, em que a zona de condicionamento térmico (28) é uma zona de aquecimento.
[0056] Com essa finalidade, é proposto, de acordo com a invenção, usar um dispositivo de aquecimento (32), que é mostrado esquematicamente na Figura 2 a 4, e que funciona em grande parte, por meio de radiação térmica de infravermelho próximo. O dispositivo de aquecimento (32) compreende pelo menos um módulo de aquecimento (34) que é transportado por um dos vagões (16) do trem de serviço (4). Cada módulo de aquecimento é constituído por pelo menos uma unidade de aquecimento, e de preferência, conforme mostrado na Figura 3, pelo menos duas unidades de aquecimento (36), que define uma zona de aquecimento longilínea (28) que está localizada a uma distância da via e é orientada em uma direção de avanço (200), de preferência, em paralelo à direção de assentamento (100) do trem de serviço (4). A zona de aquecimento (28) é aberta em uma extremidade frontal (38) e em uma extremidade traseira (40), de modo a permitir que uma porção do trilho (12) penetre na uma extremidade (38) e reemerja através da outra (40). As duas unidades de aquecimento (36) estão dispostas uma atrás da outra ao longo da zona de aquecimento e cada uma circunda a zona de aquecimento (28), pelo menos em parte.
[0057] Cada unidade de aquecimento (36) compreende uma pluralidade de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) que são distribuídas em torno da periferia da zona de aquecimento (28) e orientadas para a zona de aquecimento (28). Cada uma das lâmpadas elétricas
(42) compreende um tubo (44) que é orientado em paralelo à direção de avanço (200) e envolve pelo menos um filamento (46). O filamento (46) constitui uma fonte de radiação que tem capacidade para emitir radiação infravermelha próxima que tem uma densidade espectral de potência máxima para um comprimento de onda inferior a 2 μm, de preferência, inferior a 1,4 μm, com muita preferência, inferior a 1,2 μm. Uma face côncava interna do tubo é coberta com um material altamente reflexivo, formando um primeiro refletor (48) que é orientado de modo a refletir a radiação emitida pela fonte de radiação (46) em direção à zona de aquecimento (28), em que o filamento ou filamentos (46) são dispostos entre o refletor primário (48) e a zona de aquecimento (28), diretamente oposta à zona de aquecimento (28). Em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço, o refletor primário pode ter um raio de curvatura constante. No entanto, de acordo com diferentes modalidades, um refletor que tem um perfil que é parabólico, elíptico ou multifocal, em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço (200), pode ser usado. O filamento (46) passa, então, de preferência, através do foco da parábola ou da elipse.
[0058] As lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) são unidas ou dispostas a uma distância uma da outra, e cada uma se estende em paralelo à direção de avanço (200). Cada unidade de aquecimento (36) compreende adicionalmente um refletor secundário (50) que tem uma superfície de reflexão cilíndrica côncava produzida a partir de alumínio polido cuja superfície circunda a zona de aquecimento (28) e as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42). O refletor secundário (50) pode ser um cilindro completo que circunda inteiramente a zona de aquecimento (28). Alternativamente, caso seja desejável manter o acesso ao trilho para a guiamento do mesmo, o dito refletor pode ser uma porção de cilindro que cobre um ângulo ϕ maior que 180°, e, de preferência, maior que 240°, em um plano em corte perpendicular à direção de avanço (200). O raio de curvatura do refletor secundário (50) em um plano em corte perpendicular à direção de avanço e, de preferência, entre 70 mm e 160 mm. O comprimento das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) e do refletor secundário (50), medido em paralelo com a direção de avanço (200), é, de preferência, maior que 80 cm.
[0059] Os meios-guia (52) são fornecidos na entrada (38) e na saída (40) da zona de aquecimento (28) do dispositivo de aquecimento, a fim de garantir o guiamento do trilho (12) na zona de aquecimento (28). Nessa modalidade preferencial, a porção do trilho (12) que passa através da zona de aquecimento (28) é elevada, isto é, localizada verticalmente a uma distância acima da posição final do mesmo ao término do processo de assentamento. O próprio módulo de aquecimento (34) pode ser dotado de um ou mais atuadores (54) ou um mecanismo de posicionamento passivo, a fim de garantir o posicionamento correto do mesmo em relação ao trilho (12), e para compensar as variações de posicionamento do veículo de transporte (16) das unidades de aquecimento (36) com relação à trajetória desejada da via. Os meios-guia (52) incluem, de preferência, rolos que rolam no trilho (12) e, caso aplicável, sustentam o módulo de aquecimento (34).
[0060] Sensores de temperatura (56) são posicionados na entrada (38) da zona de aquecimento (28), dentro da zona de aquecimento (28) e na saída (40) da zona de aquecimento (28) e, caso aplicável, diretamente na vizinhança da zona de fixação (30). Os ditos sensores de temperatura (56) estão conectados a uma unidade de controle (58), mostrada na Figura 5, que recebe sinais de outros sensores (60), por exemplo: um sensor de velocidade do veículo de transporte (16) das unidades de aquecimento (36), um sensor de velocidade do trilho para ser fixo, um sensor de temperatura ambiente, um sensor de pressão atmosférica e/ou um sensor de umidade ambiente. A unidade de controle (58) tem, portanto, capacidade para de medir, estimar ou calcular um ou mais dentre os seguintes parâmetros: uma temperatura da porção do trilho a ser fixa antes do aquecimento, uma temperatura da porção do trilho a ser fixada após o aquecimento, uma temperatura da porção do trilho a ser fixa durante o aquecimento, uma temperatura ambiente externa, uma velocidade de movimento do veículo de transporte das unidades de aquecimento (16), uma velocidade de movimento do trilho em relação ao dispositivo de aquecimento, uma quantidade de calor transmitido para a porção do trilho pelo dispositivo de aquecimento.
[0061] Além disso, a unidade de controle (58) contém, em uma memória, uma temperatura de ponto de definição que pode ter sido adquirida ou programada e representa a “pré-neutralização” da temperatura de “neutralização” almejada na zona de fixação (30), o possibilita, caso aplicável, determinar um desvio entre a temperatura do ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho a ser fixada antes do aquecimento, um desvio entre a temperatura do ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho a ser fixada após aquecimento ou um desvio entre a temperatura do ponto de definição e uma temperatura medida da porção do trilho a ser fixa durante o aquecimento.
[0062] Por fim, a unidade de controle (58) é conectada a uma fonte de alimentação (fonte de tensão ou fonte de corrente alternada ou contínua) (62) que está associada a um dispositivo de modulação (64) para modular a energia de alimentação elétrica das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42).
[0063] Assim, é possível modular a potência elétrica de cada radiação infravermelha lâmpada elétrica (42) de uma forma relativamente contínua, ao longo de um intervalo em torno de um valor nominal, por exemplo, entre 10% e 100% do valor máximo, variar a amplitude e/ou uma frequência da corrente e/ou da tensão de alimentação na região do dispositivo de modulação (58). Fora dessa faixa de modulação, variações maiores podem ser obtidas através da extinção completa de algumas lâmpadas (42) ou, de fato, uma unidade de aquecimento completa (36).
[0064] Quando o veículo de transporte (16) das unidades de aquecimento (36) avança em uma direção de assentamento (100), o trilho a ser fixado (12) se move, em relação ao dispositivo de aquecimento (28),
na direção oposta e é conduzido de modo que, a cada momento, uma porção elevada do trilho a ser fixada (12) passe através da zona de aquecimento (28). Caso aplicável, o posicionamento do módulo de aquecimento (34) é ajustado por meio de atuadores (54) ou um mecanismo de posicionamento. É assegurado que as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) estejam próximas da porção do trilho a ser fixada (12), de preferência, em uma distância menor que 20 cm, de preferência, menor que 10 cm, porém sem contato.
[0065] Fica assim assegurado que, a cada momento e dependendo do avanço do veículo de transporte (16) das unidades de aquecimento (36), uma porção do trilho a ser fixada (12) passa pela zona de aquecimento (28), onde é aquecida pela unidade de aquecimento (36) antes de reemergir da zona de aquecimento (28), e seja transportada para a zona de fixação (30), onde é colocada em um dormente (10) da via férrea.
[0066] A unidade de controle (54) determina, por meio de um algoritmo de cálculo, com base em todos ou em alguns dos parâmetros discutidos acima, o número de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) e/ou a energia elétrica necessária para aquecer o trilho a ser fixo (12).
[0067] Concentrando-se a radiação infravermelha em infravermelho próximo a fim de ser localizada em uma região de alta absorção da radiação pelo trilho e dispor o refletor secundário de modo a refletir pelo menos 50% da radiação não absorvida em direção à zona de aquecimento, a saída do dispositivo é aumentada consideravelmente. Dispondo-se as lâmpadas de radiação infravermelha a uma curta distância do eixo central da zona de aquecimento e em torno da zona de aquecimento, a transferência de calor por convecção é limitada.
[0068] O movimento do veículo de transporte das unidades de aquecimento na direção de assentamento ocorre, de preferência, sem interrupção a uma velocidade que é, na prática, superior a 30 mm/s, de preferência, superior a 100 mm/s.
[0069] Evidentemente, os exemplos mostrados nos desenhos e descritos acima são fornecidos apenas a título de exemplo e não de limitação.
[0070] Cada uma das lâmpadas elétricas pode compreender mais de um filamento. Em particular, é possível usar lâmpadas elétricas de radiação infravermelha denominadas de idênticas que compreendem dois tubos adjacentes e um refletor primário compartilhado, conforme mostrado na Figura 6.
[0071] O refletor secundário pode estar localizado na mesma distância do eixo geométrico central da zona de aquecimento que as lâmpadas e pode se estender entre as lâmpadas de modo a formar, junto dos defletores primários, uma superfície de reflexão quase contínua, a partir da qual a radiação não pode escapar. Com esse propósito, é possível fornecer um refletor secundário (50) cuja parede é dotada de recortes (150) para encaixar as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42), conforme mostrado na Figura
7. Alternativamente, é possível fornecer um defletor secundário (50) cuja parede é dotada de reentrâncias (250) que são formadas, por exemplo, por estampagem e estão destinadas a acomodar as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42), conforme mostrado na Figura 8.
[0072] O número de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) e o posicionamento das mesmas em cada unidade de aquecimento (36) podem variar. Em particular, é possível aproveitar a elevação da porção do trilho (12) que passa através da zona de aquecimento (28), a fim de orientar pelo menos uma porção da radiação térmica de modo a atingir a face inferior do trilho, conforme mostrado em Figura 7 e 8. Nesse sentido provisões. Além disso, é vantajosa a presença de uma pluralidade de unidades de aquecimento (36) dispostas em uma fileira na direção de avanço longitudinal do veículo, conforme mostrado na Figura 3, ou, de fato, uma pluralidade de módulos de aquecimento (34), conforme mostrado na Figura 2, a fim de permitir o aquecimento progressivo, em uma pluralidade de estágios, ou para alcançar uma maior energia de aquecimento. Os módulos de aquecimento (34)
localizados em uma fileira podem ser diretamente adjacentes ou separados por uma porção de isolamento isotérmico. Podem, também, ser separados por uma porção ao ar livre.
[0073] O veículo de transporte do módulo de aquecimento pode ser formado por um vagão (16) do trem de serviço (4). Pode ser um veículo autônomo sobre rodas ou lagartas que avançam na via.
[0074] Caso aplicável, é possível que apenas algumas das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) sejam equipadas com um dispositivo de modulação (64).
[0075] Além disso, é possível permitir que os dispositivos de modulação (64) não sejam proporcionais, porém que funcionem em uma operação “tudo ou nada” a fim de desligar as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) em um número correspondente às exigências. Além disso, é possível fornecer um modo de operação pulsado, no qual algumas das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) são iluminadas intermitentemente. Além disso, é possível fornecer articulação das unidades de aquecimento (36) de modo a poder movê-las rapidamente na direção contrária à zona de aquecimento (28) quando for desejável reduzir a quantidade de calor transmitido ao trilho a ser colocado (12).
[0076] Devido ao tempo de resposta muito rápido das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42), é possível implantar o método de acordo com a invenção, não apenas para pré-neutralização térmica como também para neutralização térmica precisa direta.
[0077] A direção de avanço (200) do trilho (12) na zona de aquecimento (28) pode ser ligeiramente inclinada em relação à direção de assentamento (100), embora permaneça em grande parte em paralela a um plano longitudinal vertical.
[0078] Em uma variante, a operação de aquecimento para o trilho a ser fixo (12) pode ocorrer ao mesmo tempo que o trilho a ser fixo (12) já está assentado nos dormentes.
[0079] O modo de aquecimento dos trilhos que foi descrito acima para uma renovação da via férrea, substituindo trilhos, também se aplica para uma renovação de via substituindo trilhos antigos ou para o primeiro assentamento.
Claims (15)
1. Dispositivo móvel para aquecer um trilho (12) de uma via férrea (2), caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos um módulo de aquecimento (34) que compreende pelo menos uma zona de aquecimento (28) e pelo menos uma fonte de radiação de calor (46) que é orientada em direção à zona de aquecimento (28); e um veículo de transporte (16) para transportar o módulo de aquecimento (34), que tem capacidade para percorrer ao longo de uma via férrea (2) em uma direção de assentamento (100), de modo que, em cada momento, uma porção do trilho (12) da via férrea (2) não fixa a um dormente (8, 10) da via férrea (2) passe através da zona de aquecimento (28) em uma direção de avanço (200); o módulo de aquecimento que compreende pelo menos uma unidade de aquecimento (36), que tem como particularidade a unidade de aquecimento (36) compreende uma pluralidade de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) que são distribuídas na periferia da zona de aquecimento (28) e são orientadas em direção à zona de aquecimento (28), em que cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) compreendem pelo menos uma fonte de radiação (46) que tem capacidade para emitir radiação infravermelha que tem uma densidade espectral de energia máxima para um comprimento de onda menor que 2 μm e pelo menos um refletor primário (48) que é orientado para refletir a radiação infravermelha emitida pela fonte de radiação (46) em direção à zona de aquecimento (28), a fonte de radiação (46) está disposta entre o refletor primário (48) e a zona de aquecimento (28), diretamente oposto à zona de aquecimento (28), a unidade de aquecimento (36) que compreende adicionalmente um refletor secundário (50) que tem uma superfície de reflexão côncava que circunda a zona de aquecimento (28) e tem capacidade para retornar raios refletidos que passam entre as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42), em direção à zona de aquecimento (28).
2. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha são tubulares e são orientadas de modo que estejam paralelas à direção de avanço (200).
3. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço, a superfície de reflexão do refletor secundário (50) tem um corte transversal no formato de um arco circular que tem um ângulo maior que 180°, de preferência, maior que 240°, ou um corte transversal circular.
4. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, em um corte transversal através de um plano perpendicular à direção de avanço, a superfície de reflexão do refletor secundário (50) tem um raio de curvatura que é menor que 160 mm, de preferência, menor que 120 mm e mais que 70 mm, de preferência, maior que 100 mm.
5. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a superfície de reflexão do refletor secundário (50) é produzida a partir de alumínio polido, prata ou ouro.
6. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o refletor primário (48) de cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) é produzido a partir de prata ou ouro.
7. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o refletor primário (48) de cada uma das lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) é parabólico ou tem o formato de um arco elíptico ou circular em um corte transversal em um plano perpendicular em corte em relação à direção de avanço (200).
8. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a densidade espectral de energia máxima é observada para comprimento de onda maior que 0,7 μm.
9. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o número de lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42) é maior que 2, de preferência, maior que 4.
10. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o refletor secundário (50) circunda as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42).
11. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o refletor secundário (50) se estende entre as lâmpadas elétricas de radiação infravermelha (42).
12. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o veículo de transporte (16) do módulo de aquecimento (34) compreende meios para elevar a porção do trilho (12) localizada na zona de aquecimento (28) com relação à via férrea (2) e meios para posicionar a porção do trilho (12), seguindo a entrada de calor em um dormente (10) da via férrea (2) e para fixar a porção do trilho no dormente.
13. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de aquecimento (34) compreende pelo menos duas unidades de aquecimento (36) que estão alinhadas na direção de avanço (200) a fim de definir a zona de aquecimento (28).
14. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de aquecimento é dotado de meios-guia (52) para garantir o guiamento da porção do trilho (12) na zona de aquecimento do módulo de aquecimento guiado, sendo que os meios-guia compreendem, de preferência, rolos que rolam na porção do trilho.
15. Dispositivo de aquecimento móvel (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação (46) tem capacidade para emitir radiação infravermelha que tem uma densidade espectral de energia máxima para um comprimento de onda inferior a 1,4 μm, de preferência, inferior a 1,2 μm.
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