Análise do Potencial de Regeneração de Energia Através do Freio Dinâmico em Locomotivas Diesel-Elétricas

Abstract

A necessidade de redução de consumo de combustíveis fósseis, agravada pelas mudanças climáticas, e à busca por redução de custo operacional demonstram a necessidade de busca de alternativas menos poluentes. Diante dessas premissas, este trabalho apresenta um estudo do potencial de utilização da energia gerada pelo freio dinâmico em locomotivas. A partir de dados do registrador de eventos, buscou-se valorar o potencial regenerativo de locomotivas, com método definido a partir da adaptação de diversos trabalhos realizados acerca deste tema nos últimos anos. Após avaliar as características da operação ferroviária em sentido importação e exportação no trecho entre Rondonópolis – MT e Santos – SP, utilizou-se dos dados de operação de 9 locomotivas em posições distintas ao longo do trecho e avaliou-se a utilização da energia dissipada para alimentação do circuito auxiliar, dos motores de tração e de ambos os sistemas. Após a definição de tamanho ideal de banco de baterias para cada posição, e de definição de avaliação de baterias de tecnologia LTO (Titanato de Lítio), NMC (Níquel-manganês-cobalto) e LiFePO4 (Lítio-Ferro-Fosfato) encontradas a preço de mercado, valorou-se o potencial de economia financeira e de combustível. A tecnologia LiFePO4 demonstrou ser mais promissora para o setor ferroviário, apresentando vantagens dimensionais e menor investimento inicial. Sugere-se aplicação via motor de tração, alimentando em paralelo ao sistema de geração de energia via motor diesel. O sistema demonstrou potencial de economia de combustível de 2,90% via circuito auxiliar, 12,50% via motor de tração e 13,44% no modo combinado, e economia financeira de 2,16% via circuito auxiliar, 11,91% via motor de tração e 12,84% no modo combinado. Os resultados deste estudo demonstram que o sistema de tração híbrido com energia regenerada a partir do freio dinâmico apresenta potencial de redução de emissões e custos, otimizando a operação ferroviária.

The needing to reduce the consumption of fossil fuels, aggravated by climate change, and the search for operating cost reductions demonstrate the need to look for less polluting alternatives. Given these premises, this work presents a study of the promising use of the energy generated by the dynamic braking in locomotives. Using data from the event recorder, it is used a method defined by adapting various studies carried out on this subject in recent years. After evaluating the characteristics of railway operations in the import and export direction on the railway between Rondonópolis - MT and Santos - SP, operating data from 9 locomotives in different positions along the railway was used to evaluate the amount of dissipated energy during the breaking process in order to regenerate it to power the auxiliaries, the traction motors and both systems. After defining the ideal battery bank size for each position, and checking out the LTO, NMC and LiFePO4 technology batteries found at market prices, the probable financial and fuel savings were evaluated. LiFePO4 technology proved to be more promising for the railway sector, presenting advantages in terms of dimensions and lower initial investment. It is suggested to be applied via a traction motor, feeding in parallel to the power generation system via diesel engine. The system demonstrated possible fuel savings of 2,90% via the auxiliaries, 12,50% via the traction motor and 13,44% in combined mode, and financial savings of 2,16% via the auxiliaries, 11,91% via the traction motor and 12,84% in combined mode. The results of this study show that the hybrid traction system with energy regenerated from the dynamic brake has the potential to reduce emissions and costs, optimizing rail operations.