ESTUDO DE PERFORMANCES – TRENS MAGLEV E SHINKANSEN PERFORMANCE EVALUATION – MAGLEV AND SHINKANSEN TRAINS

OLIVEIRA, Vitor Ramos* EUGENIO, Régis**

Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Marília

Docente do curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Marília – orientador. E-mail resantos@unimar.br

RESUMO: O estudo visa comparar sob o olhar do viés técnico e também socioeconômico o desempenho, vantagens e desvantagens, do trem magnético Transrapid e do trem de alta velocidade Shinkansen, utilizando de fundamentação teórica e de outros estudos já publicados por outros autores para que seja possível chegar a um entendimento sobre a utilização de ambos nos diversos contextos da sociedade. Assim será possível observar de forma ampla como e porque cada um deles possui suas respectivas popularidades e limitações, além de seus fundamentos técnicos que podem torná-los impraticáveis, seja sob o viés do desenvolvimento tecnológico ou de como seus custos podem tornar uma das alternativas completamente inviável como forma de transporte regular.

Palavras-chave: Transporte urbano. Trem Magnético. Trem Shinkansen.

ABSTRACT: This study aims to evaluate under technical and socioeconomic views the performance of the magnetic train Transrapid and the Shinkansen train, using theoretical foundation and other published studies, to establish a deeper understanding of its use in society. It will be possible to understand the popularity and problems of each model, and the reasons that can make it better or worse in for urban transportation, through technical or economic problems.

Keywords: Urban Transportation. Magnetic Train. Shinkansen Train. INTRODUÇÃO

O estudo proposto por esse artigo visa analisar sob diversos ângulos aspectos que tornam os trens magnéticos e trens Shinkansen, rivais para o transporte urbano das próximas décadas. Será analisado sob o olhar técnico, de características funcionais e de capacidade, como cada um é capaz de operar. Para que tal análise seja feita observaremos em quais condições cada um é capaz de operar, atentos ao resultado de seus desempenhos e quais deles de fato são importantes para a mobilidade urbana em larga escala.

Observando cada uma dessas características será necessário olhar para como alguns dos sistemas de cada um deles se comporta, sem esquecer obviamente de suas aplicações. Para trens que operam em grandes velocidades alguns fatores, como o cuidado acústico, segurança e sua rapidez tem de ser abordados para que possamos identificar como cada um deles soluciona seus respectivos problemas. Para que possamos analisar cada um desses aspectos, será necessário também analisar alguns dos aspectos mais importantes para mobilidade urbana, como sua aplicação e custos, tendo como base o maior sistema em operação de cada um deles no mundo atual; na China e no Japão.

Analisando em escala suas devidas aplicações, será também observado o impacto de cada um deles na sociedade, e como a mobilidade urbana de seus respectivos países reagiu a sua implantação. Será observado a integração trazida por ambos, em suas devidas escalas, se tratando de sistemas em níveis de atuação diferentes na atualidade.

1. FUNCIONAMENTO E ESPECIFICAÇÕES

O Transrapid é o trem magnético atualmente em operação na China, entre as cidades de Xangai e o Aeroporto Internacional de Pudong, sendo atualmente o único que atua comercialmente no mundo. Outros projetos existem em diversos países, dos quais se destacam a Alemanha, Estados Unidos e o Japão. Os alemães participaram da criação do veículo atualmente em circulação na Chinae mantém um próprio projeto que ainda não foi colocado em prática desde o início deste século.

Em seu ápice pode atingir cerca de 430 km/h, sendo o veículo comercial terrestre mais rápido do mundo. Sua velocidade de pico excede em quase 130 km/h o Shinkansen japonês. Atingir esse nível de velocidade só é possível devido ao seu modo de operação, que não possui nenhum tipo de atrito, sem as limitações impostas por rodas e trilhos.

Ele consegue acelerar até cerca 1,5 m por segundo, fazendo com ele possa atingir 300 km/h em cerca de 5 km. Seu concorrente atinge essa mesma velocidade após aproximadamente 30 km, que se torna um agravante e limitador em casos de estações próximas, muitas vezes em distâncias inferiores a quarenta quilômetros de distância. Esse tipo de problema atualmente é imperceptível no caso do Transrapid, já que ele apenas atua em uma única linha, mas é compreensível sua adoção, visto que esse problema não existiria, visto que ele atingiria sua velocidade habitual em um curto espaço de tempo.

Se tratando de um país extremamente populoso e dotado de grandes centros por todo o país, seria impraticável utilizar um trem cujo auge de sua performance se atinge após trinta quilômetros. A China enfrentaria o mesmo problema do Japão caso o sistema fosse ampliado, com cada vez mais estações em curtos espaços, caso utilizasse os mesmo trens utilizados no Japão. Com a utilização do Transrapid, uma estação a cerca de 30 km, como é o caso da linha operacional, continua sendo operada em poucos minutos, já ele consegue atingir um pico de velocidade em uma curta distância. 1.2 FUNCIONAMENTO – UTILIZANDO OS PRINCÍPIOS MAGNÉTICOS

Seu funcionamento está diretamente ligado aos princípios do magnetismo, e é através dele que sua performance se torna tão surpreendente.

FIGURA 1 – FUNCIONAMENTO INTERNO MAGNÉTICO

FONTE: Holmer, Philip. "Faster than a speeding bullet train." Pg. 33.

O sistema utilizado é chamado de “suspensão eletrodinâmica”, cuja sigla é EDS. Ele depende de repulsão magnética, e só é possível através da utilização de imãs supercondutores. Essa tecnologia é a chave de seu funcionamento, e grande parte do desafio pelo qual outros países ainda não obtiveram êxito completo no desenvolvimento. Sua base de sustentação envolve um trilho especialmente

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desenhado, abraçando-o e permitindo que a repulsão permita-o flutuar, enquanto estatores estão diretamente ligados aos trilhos.

Enquanto parado ele é mantido por um palhete de sustentação, que evita seu contato direto com o trilho, que possui os estatores que irão propulsioná-lo mais tarde. O imã de suporte inferior é atraído, de forma calculada, pelo estator localizado na parte inferior do trilho, de forma que a distância entre eles não ultrapassa 10 mm – com isso, a parte superior do veículo é levantada, com um espaço de cerca de quinze centímetros entre os trilhos e o massivo corpo do trem.

Como o peso do trem varia com a entrada e saída de passageiros, é necessário que exista uma medição constante da distância entre os trilhos e os imãs. O sensor mede cerca de 100 mil vezes por segundo essa distância, e calcula a intensidade da força magnética, que é induzida por baterias (as mesmas que alimentam a parte eletrônica e o interior do trem) e permitem que o equilíbrio seja sempre mantido sem movimentos abruptos, e sem que o trem recém propulsionado toque nos trilhos novamente. A ativação sequencial dos estatores permite que o processo aconteça no veículo todo, enquanto uma espécie de motor linear síncrono está montado no próprio trilho, e o funcionamento é exatamente como o de um motor, onde sua força girante irá empurrar o véiculo. A força gerada pelo campo girante é o que cria o movimento inicial do veículo, sendo tirá-lo do repouso um dos grandes desafios desse sistema. Esses equipamentos estão em sessões especificas ao logo da linha.

É notório como tudo é extremante calculado e monitorado com precisão, de forma que o veículo precisa de especificações claras para operar. Seu custo de desenvolvimento estimado por quilometro era de 20 milhões de dólares em 2003, ano de sua construção, que corrigidos a inflação acumulada, equivalem a 28 milhões de dólares em 2020.

Algumas coisas amenizam em parte os gastos na construção, visto que o trem magnético consegue subir elevações de até dez graus, enquanto um trem comum não pode ser elevado a mais que três, sob o risco de desestabilizar sua estrutura, com risco de descarrilamento dos seus vagões.

1.3 SHINKANSEN

O Shinkansen é o mais famoso trem em operação no Japão, sendo um dos meios de transporte mais utilizados no país. Ele não apenas se tornou extremamente famoso, mas também é considerado um exemplo, com um sistema considerado quase impecável. Sua popularidade se deve a diversos fatores, como seu conforto, velocidade e segurança. Além de tudo isso, ele também cobre grande dos grandes centros japoneses, que apesar de ser um país com alta densidade demográfica, sua área habitada cobre cerca de 20% da área do país.

Em termos de funcionamento, o Shinkansen está mais próximo dos trens convencionais. Ele pode inclusive atuar em trilhos de trens comuns, desde que opere em níveis de velocidade compatíveis. Seus trilhos precisam ser especificamente feitos para suportar a sua velocidade, já que trata-se de um veículo que atua com as rodas sobre os trilhos em alta velocidade, gerando mais atrito e aquecimento que um trem comum.

Muitos dos feitos do Shinkansen não estão exatamente relacionados a sua performance técnica, mas ao seu sistema pontual e seguro, assim como outras razões menos relacionadas mas também muito importantes, como o preço médio da gasolina no país. Em comparação com os Estados Unidos, um país onde o sistema rodoviário é amplamente mais utilizado em detrimento ao ferroviário, o preço médio da gasolina japonesa é três vezes mais cara que a vendida nos Estados Unidos.

Sua velocidade média é de aproximadamente 300 km/h, sendo capaz de atingir essa velocidade em cerca de trinta quilômetros. Isso eventualmente se tornou um problema, já que o sistema opera em estações por todos país, e grande parte delas estavam a distâncias inferiores a quarenta quilômetros. Nesse caso, o trem perderia seu propósito e passaria a operar muito próximo de trens muito mais baratos que existiam anteriormente, sendo custoso demais para não utilizar todo seu potencial Apesar de eventualmente passar a impressão de ser uma máquina regular e sem grandes atrativos para além de sua velocidade, operada por um sistema competente, o trem também possui feitos relevantes

em sua performance. Ele opera em uma rede de 25kV, em uma faixa de frequência pode variar entre 50/60Hz, pesando menos de dezesseis toneladas (para os modelos tradicionais de cinco vagões), atingindo a já citada velocidade de quase 300 km/h, ao longo de seus cento e cinquenta metros de comprimento.

O custo da infraestrutura é o grande empecilho da implementação desse modelo em qualquer lugar do mundo, e que deve ser sempre calculado com cuidado. No caso do Japão, ainda há o agravante de ter um dos mais altos preços de terra por metro do mundo, o que poderia baratear o custo em países onde o metro quadrado de terra seja menor.A linha Osaka-Okayama, foi estimada em aproximadamente 190 milhões de dólares (valor corrigido), em uma distância inferior a 150 km, com os respectivos gastos:

Tendo isso em mente, dentro da infraestrutura, ainda podemos estimar o custo médio de cada uma das modalidades que são exigidas para a passagem do trem, como pontes (9%), viadutos (49%), túneis (35%), cortes (2%) e reservatórios (5%).

Seu consumo de energia é considerado bastante eficiente, consumindo em média 30W para cada passageiro por quilômetro rodado.

REFERÊNCIAS

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GUANGWEI, Shu; MEISINGER, Reinhold; GANG, Shen. Modeling and simulation of Shanghai maglev train transrapid with random track irregularities. 2007.

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TANABE, Makoto . Simulation and visualization of a high-speed Shinkansen train on the railway structure. Japan journal of industrial and applied mathematics, v. 17, n. 2, p. 309, 2000.