Soluções de transporte ferroviário: simulação de marcha e de tráfego de veículos de tração diesel e elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

O transporte ferroviário ocupa atualmente uma posição relevante no setor dos transportes, não só no transporte de passageiros como também no transporte de mercadorias, pelo que é importante ter um conhecimento detalhado das marchas dos comboios. Este trabalho tem como objetivos principais simular a marcha de um comboio ao longo de um percurso, bem como quantificar o consumo de energia elétrica nesse percurso, e realizar a simulação do tráfego ferroviário dos vários comboios que podem circular em simultâneo numa rede ferroviária. A primeira fase do trabalho, e a de maior importância, diz respeito à simulação de marcha, a qual compreende por sua vez duas etapas: uma pré-simulação de marcha em regime de tempo mínimo e a simulação de marcha propriamente dita em regime de tempo horário. Para se poder realizar a simulação de marcha, é necessário, em primeiro lugar, desenvolver um algoritmo, que seja capaz de prever todas as situações possíveis de ocorrer, em termos do movimento de um comboio, normalmente estabelecidas pelas velocidades máximas a que um comboio pode circular nos diferentes troços de uma linha ferroviária. A partir deste algoritmo será desenvolvido um programa em MATLAB, que permite, após a introdução dos dados do comboio e do percurso necessários à realização da simulação de marcha, obtêm-se obter os resultados da simulação sob a forma de diagramas de marcha, os quais permitem conhecer a velocidade e o tempo de percurso correspondente a cada posição do comboio ao longo do percurso. Simultaneamente à realização da simulação de marcha, pode-se quantificar a energia consumida por um dado comboio para percorrer um determinado percurso. Após se conhecerem as marchas dos comboios que podem circular numa rede ferroviária, através da simulação de tráfego, pode-se prever a ocorrência de situações de risco. Verifica-se deste modo a necessidade de realizar uma correta gestão do tráfego ferroviário não só para evitar a ocorrência de acidentes como também para maximizar a nível económico a exploração das linhas. Pretende-se, portanto, caracterizar a marcha de um comboio de forma pormenorizada tanto ao nível do movimento, nomeadamente velocidade de circulação e tempo de percurso relativo a cada posição do comboio, como a nível do consumo de energia elétrica. Por fim, realiza-se a simulação de tráfego das marchas dos comboios numa determinada rede ferroviária.

Abstract: Railway transport has an important role in the transportation sector, not only of passengers but also of commercial goods. Therefore it’s necessary to have a detailed knowledge about the train movement. This thesis main goal is to simulate the movement of a train during a journey, as well as to determine the amount of energy consumed during this journey, and perform traffic simulations considering all the trains in movement during the same period of time in a particular rail network. The first stage of this analysis, and the most important one, is the train movement simulation, which comprises two steps: the first one is a pre-simulation for a minimum journey time and the second is the real train movement simulation for the real journey time. In order to accomplish all the goals of this assignment, firstly, it’s necessary to create an algorithm able to predict all the possible situations that may occur during a train journey, which are usually defined by the maximum speed at which the train can travel in the different parts of a railway line. Based on this algorithm and using the data about the train and the railway track, it will be developed a program in MATLAB, which allows us to get graphics about the train movement as a result of the simulation. These graphics can give us information about the train speed and the travel time at each point of the railway track. Simultaneously to the previous simulation, it's intended to quantify the amount of energy consumed for a specific train during a particular railway journey. Furthermore, the correct use of the information, obtained through the traffic simulation, can be used not only to predict and prevent potentially dangerous situations but also to maximize the profit of the railway network. In conclusion, this project aims to characterize, in detail, the journey of a given train considering its movement, namely the circulation speed and travel time relative to the position of the train, and its energy consumption. Finally, it is presented a traffic simulation regarding the movement of the trains on a specific railway network.