ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LUIZ GUILHERME RIVA TONINI
ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8
VITÓRIA
2013

Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Coordenadoria
de Engenharia Elétrica do
Instituto Federal do Espírito
Santo como requisito parcial
para obtenção do título de
Graduação em Engenharia
Elétrica.
Orientador: Prof. M.e. Marcelo
Brunoro
VITÓRIA
2013

Trabalho de conclusão de curso apresentado à
Coordenadoria do Curso Superior em Engenharia
Elétrica do Instituto Federal do Espírito Santo como
requisito parcial para obtenção de título de
Graduação em Engenheiro Elétrica.
Aprovado em 13 de Agosto de 2013.

DECLARAÇÃO DO AUTOR
Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que
este Trabalho de Conclusão de Curso pode ser parcialmente usado, desde
que se faça referência à fonte e ao autor.
Vitória, 13 de Agosto de 2013
Luiz Guilherme Riva Tonini

AGRADECIMENTOS
Agradeço à mineradora Vale S.A. por disponibilizar sua infraestrutura e
pessoal para a realização deste trabalho, em especial aos funcionários:
Adislau Salmont, Alex Salgado, Ariomar Pedro, Cícero Zucolotti, Élcio Folli,
Eustáquio Andrade, Etevaldo Baptista, Fábio Masolini, Flávio Arrigoni, Igor
Fardin, Junio Amorin, Luiz Tuzuki, Márcio Bertoni, Marcos A. Cardoso, Publio
Portela, Ricardo Lempke, Ronilson Vieira, Vitor Pereira e todos aqueles que
leram este trabalho pelas críticas e sugestões.
Agradeço ao meu orientador Marcelo Brunoro pelos conselhos na revisão
deste material, assim como Pablo Rodrigues Muniz pela ajuda no tratamento
de dados.
Por fim agradeço a José Luiz Borba, Nerson Romanha Jr. e Geraldo
Denardi, pelo apoio incondicional em todos os momentos do trabalho.

RESUMO
Este trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de automatização do
governador, componente responsável pela injeção de combustível, do motor diesel
(MD) das locomotivas modelo Dash 8 da Fabricante General Electric, englobando
desde o estudo de viabilidade econômica às modificações elétricas e mecânicas.
Tal modificação visa aumentar a rentabilidade da máquina tendo em vista a
economia de combustível gerada pela mudança. Os resultados previstos na
conversão serão obtidos comparando o consumo da máquina em questão com sua
sucessora, Dash 9W, cujo governador já é automatizado. Nestes testes serão
aplicadas técnicas de metrologia garantindo maior nível de confiança nos dados
obtidos.
Em seguida se realizará um estudo literal de viabilidade econômica levando em
consideração a taxa interna de retorno, valor presente futuro e a comparação a um
investimento em fundos de capital.
A próxima fase trata do projeto da adaptação dos componentes elétricos e
mecânicos para o funcionamento do novo governador como, por exemplo, os
sensores dos sistemas de supervisão e o suporte do governador, respectivamente.
Por fim, se analisará os resultados obtidos das medições dos testes de consumo se
e identificará as características que uma malha ferroviária deve apresentar que torne
o projeto viável.
Palavras-chave: Eficiência energética. Automatização. Governador de motor diesel.
Locomotivas. Transporte ferroviário.

ABSTRACT
This work aims to develop a project of automation for the diesel engine governor,
responsible component of the fuel injection, for model Dash 8 locomotive
manufacturer by General Electric, encompassing from the economic feasibility study
to the electrical and mechanical modifications.
This modification aims to increase the profitability of the machine by fuel savings
generated by the change. The expected results in the conversion will be obtained by
comparing the consumption of the injection system in question with its latest version,
Dash 9W, whose governor is already automated. In this tests will be applied
metrology techniques increasing the confidence level of the data obtained.
Then there will be a literal economic feasibility study taking into account the internal
rate of return, present value and future compared to an investment in equity funds.
The next phase of the project is the adaptation of electrical and mechanical
components for the operation of the new governor, for example, sensors of the
systems control and governor support, respectively.
Finally, it wil analyze the results of the mesurements by consumer tests and identify
the characteristics that a railway should present that make the project viable.
Keywords: Energy efficiency. Automation. Governor Diesel Engine. Locomotives.
Railroad system.

LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard .............................................................................. 24
FIGURA 2 – Sistema Ward-Leonard acionado por um motor diesel .............................. 24
FIGURA 3 – Conjunto de tração diesel-elétrico.............................................................. 25
FIGURA 4 – Cadeia de transmissão de energia de uma locomotiva diesel-elétrica ...... 25
FIGURA 5 – Curvas de conjugado e potência................................................................ 26
FIGURA 6 – Malha de controle do motor diesel ............................................................. 26
FIGURA 9 – Curva resultante do gerador de tração....................................................... 28
FIGURA 10 – Curva de operação tensão-corrente do gerador de tração ...................... 29
FIGURA 11 – Curva de operação potência-velocidade do gerador de tração................ 29
FIGURA 12 – Curva de operação esforço trator-potência-velocidade do gerador de
tração ............................................................................................................................. 30
FIGURA 13 - Locomotiva GE U26C em Vitória (ES)...................................................... 31
FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES)..................................................... 33
FIGURA 15 - Diagrama da injeção mecânica................................................................. 34
FIGURA 16 - Governador mecânico isolado .................................................................. 35
FIGURA 17 - Governador mecânico em corte................................................................ 36
FIGURA 18 - Governador mecânico (em evidência os componentes dos conjuntos de
controle) ......................................................................................................................... 37
FIGURA 19 - Esquemático do funcionamento do governador mecânico ....................... 39
FIGURA 20 - Governador de excesso de rotação.......................................................... 41
FIGURA 21 - Alavanca de aceleração-rearme e link...................................................... 41
FIGURA 22 - Diagrama da injeção eletrônica ................................................................ 42
FIGURA 23 - Fotografia do EGU.................................................................................... 43
FIGURA 24 - Diagrama de blocos do governador eletrônico ......................................... 44
FIGURA 25 - Fotografia do controlador CAB ................................................................. 45
FIGURA 26 - Fotografia do controlador EXC ................................................................. 46
FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC ................................................................. 47
FIGURA 28 - Diagrama do sistema do ar....................................................................... 47
FIGURA 29 - Diagrama do sistema de combustível....................................................... 48
FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante ................................................................... 50

FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água ........................................ 51
FIGURA 32 - Circuito do extensômetro elétrico de resistência....................................... 51
FIGURA 33 - Sensores de pressão para locomotivas com dois e três fios,
respectivamente ............................................................................................................. 52
FIGURA 34 – Sensor COP............................................................................................. 52
FIGURA 35 - Sensor FIOP ............................................................................................. 53
FIGURA 36 - Sensores FIWPS, FIMAP e MAPS respectivamente ................................ 54
FIGURA 37 - Sensor de temperatura para locomotiva ................................................... 55
FIGURA 38 - Sensor FIMAT........................................................................................... 55
FIGURA 39 - Sensor FIEWT .......................................................................................... 56
FIGURA 40 - Componentes internos do sensor de rotação ........................................... 57
FIGURA 41 - Sensor indutivo de rotação para locomotiva ............................................. 57
FIGURA 42 - Sensor EPS .............................................................................................. 58
FIGURA 43 - Sensores CNK1 e CNK2........................................................................... 58
FIGURA 44 – Sensor DSS ............................................................................................. 59
FIGURA 45 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC evidenciando as
partes removidas............................................................................................................ 61
FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado ....... 62
FIGURA 47 - Detalhe do diagrama unifilar da conexão Governador-DVR evidenciando
as partes removidas ....................................................................................................... 63
FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado ........................ 64
FIGURA 49 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada A do EGU................. 65
FIGURA 50 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada B do EGU................. 67
FIGURA 51 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada C do EGU................. 69
FIGURA 52 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX ...................... 70
FIGURA 53 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX modificado .... 70
FIGURA 54 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX ...................... 71
FIGURA 55 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX modificado .... 71
FIGURA 56 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC ......................... 72
FIGURA 57 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC modificado....... 72
FIGURA 58 – Diagrama da caixa de sensores............................................................... 73
FIGURA 59 - Caixa de sensores instalada na locomotiva Dash 8.................................. 73
FIGURA 60 - Diagrama da caixa de passagem de cabos.............................................. 74
FIGURA 61 - Caixa de passagem de cabos instalada na locomotiva Dash 8 ................ 74

FIGURA 62 – Instalação dos eletrodutos da caixa de passagem de cabos na locomotiva
Dash 8 modificada.......................................................................................................... 75
FIGURA 63 – Diagrama da tomada de diagnóstico........................................................ 75
FIGURA 64 – Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 9W...................... 76
FIGURA 65 - Tomada de diagnóstico instalada na locomotiva Dash 8 .......................... 76
FIGURA 66 – Desenho do suporte de instalação do EGU............................................. 77
FIGURA 67 – Área calafetada em uma locomotiva BB-40............................................. 77
FIGURA 68 - Curva de potência do teste de carga externa ........................................... 79
FIGURA 69 - Curva de potência do teste de auto carga ................................................ 80
FIGURA 70 – Distribuição da incerteza tipo B, quadrada, trapezoidal e triangular
respectivamente ............................................................................................................. 84
FIGURA 71 - Prédio do teste de carga........................................................................... 88
FIGURA 72 - Tanque de combustível externo com balança .......................................... 88
FIGURA 73 - Consumo das locomotivas em ponto IDLE ............................................... 95
FIGURA 74 - Consumo das locomotivas em ponto 1..................................................... 95
FIGURA 82 – Comparação das diferenças dos consumos ............................................ 98
FIGURA 83 – Eficiências energéticas por ponto .......................................................... 100
FIGURA 84 –Consumo em litros por megawatts por ponto.......................................... 102

LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Lista de cabos a serem removidos da conexão governador-EXC...............62
TABELA 2 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador-DVR.........64
TABELA 3 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (A)............65
TABELA 4 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (B)............67
TABELA 5 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (C)............69
TABELA 6 - Lista de cabos a serem conectados na ligação MAPS-AUX....................... 70
TABELA 7 - Lista de cabos a serem conectados na ligação COPS-AUX....................... 71
TABELA 8 - Lista de cabos a serem conectados na ligação DSS-EXC..........................72
TABELA 9 - Grandezas do medidor................................................................................ 89
TABELA 10 – Desvios padrões das médias de cada medida......................................... 89
TABELA 11 – Incertezas tipo A....................................................................................... 90
TABELA 12 – Incertezas combinadas............................................................................. 91
TABELA 13 – Graus de liberdade....................................................................................92
TABELA 14 – Fatores de abrangência............................................................................ 92
TABELA 15 – Incertezas expandidas.............................................................................. 93
TABELA 16 – Consumos de combustível obtidos no teste com suas incertezas............93
TABELA 17 – Diferença entre os consumos de combustível em cada ponto................. 94
TABELA 18 – Consumo de combustível no formato padrão........................................... 94
TABELA 19 – Potência das locomotivas para cada ponto............................................ 99
TABELA 20 – Eficiência energética para cada ponto.................................................... 99
TABELA 21 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto... 100
TABELA 22 – Valores conservadores para a eficiência energética para cada ponto... 101
TABELA 23 – Diferença entre os consumos em cada ponto de aceleração.................101
TABELA 24 – Consumos em litros por ponto de aceleração.........................................103

LISTA DE SIGLAS
AC – Alternating Current
AFR – Alternator Field Regulation
ANFT – Associação Nacional de Transportadores Ferroviários
AUX – Auxiliar Controller
BFR – Auxiliary Alternator Field Regulator
BRP – Battery Regulator
CAB – Cabine Controller
CDBs – Certificados de Depósito Bancário
CNK – Crank Sensor
COP – Crankcase Overpressure Sensor
DID – Diagnostic Interface Display
DC – Direct Current
DSS – Diesel Speed Sensor
EBP – Equipment Blower Motor Drive Regulator
EFVM – Estrada de Ferro Vitória Minas
EGU – Eletronic Governator Unit
EPS – Engine Position Sensor
EXC – Excitation Controler
EWT – Engine Water Temperature
FCFP – Fuel Controler Flashover Panel
FGC – Fundo Garantidor de Crédito
FIEWT - Fuel Injection Engine Water Temperature
FILP – Fuel Injection Left Panel
FIMAP – Fuel Injection Manifold Air Pressure
FIMAT – Fuel Injection Engine Air Temperature
FIOP – Fuel Injection Oil Pressure Transducer
FIRP – Fuel Injection Right Panel
FIS – Fuel Injection Connector
FIWPS – Fuel Injection Water Pressure Sensor
FOREX – Foreign Exchange
GE – General Electric
GUM – Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement
IFC – Integration Function Computer

IFD – Integration Function Display
IOF – Imposto sobre Operação Financeira
LCP – Load Controlled Pot
MAPS – Manifold Air Pressure Sensor
MD – Motor Diesel
NTC – Negative Temperature Coefficient
OPS – Oil Pressure Sensor
PID – Proporcional Integral Derivativo
PMS – Ponto Morto Superior
PT – Providência Tecnológica
RFP – Radiator Fan Motor Controller
RPS – Rail Position Sensor
RDBs – Recibos de Depósitos Bancários
SELIC – Sistema Especial de Liquidação e de Custódia
SCR – Silicon Controlled Rectifier
TC – Transformador de Corrente
TP – Transformador de Potência
TR – Taxa Referencial
VPL – Valor Presente Líquido
WPS – Water Pressure Sensor

LISTA DE SÍMBOLOS
(a+ - a-) – Largura da base [Segue a grandeza da medida]
aIRF – Alíquota de IRF [%]
c – Coeficiente de sensibilidade
cicloa – Número por ano [ciclos/ano]de ciclos
CLocoParada – Custo de uma locomotiva parada [R$];
ConsElet – Consumo com o governador eletrônico em um determinado ponto [L]
ConsMec – Consumo com o governador mecânico em um determinado ponto [L]
ConsTMec – Consumo total com o governador mecânico [L]
ConsTElet – Consumo total com o governador eletrônico [L]
consumo – Consumo de massa na máquina [kg]
consumoL – Consumo em litros da máquina [L]
consumoSI – Consumo da máquina no SI [L/horas]
consumot – Consumo e combustível em um ano [R$/ano]
D – Valor do depósito [R$]
f – Relação funcional [Segue a grandeza da medida]
GCDBpré
– Ganho por investir em títulos CDB préfixados [R$]
GCDBpós
– Ganho por investir em títulos CDB pós-fixados [R$]
GLTN – Ganho por investir em títulos LTN [R$]
GLTN – Ganho por investir em títulos LFT [R$]
GNTN – Ganho por investir em títulos NTN [R$]
i – Índice da amostra [Adimensional]
ib – Taxa bruta anual de rendimento [R$]
IT – Tempo entre cada medição [horas]
j – Índice da amostra [Amostra]
jp – Taxa de juros mensal de rendimento da poupança [%]
k – Fator de abrangência [adimensional]
l – Variável de contagem de tempo [anos]
nc – Contador que varre os 9 pontos da locomotiva [admensional]
N – Número de grandezas associadas [Adimensional]
n – Número de amostras [Amostras]
P – Preço de aquisição do título [R$]

pc – Valor do combustível [R$]
q – Valor da amostra [Segue a grandeza da medida]
q̅ – Média das amostras [Segue a grandeza da medida]
qj – Amostra na posição j [Segue a grandeza da medida]
R – Taxa de juros semestral [%]
RT – Resistência na temperatura real [Ω]
RT0 – Resistência na temperatura de referência [Ω]
SHHT – Soma dos custos por hora dos funcionários envolvidos [R$/h]
SMateriais – Soma dos produtos [R$]
Sn – Rendimento mensal da poupança [R$]
s – Desvio padrão [Segue a grandeza da medida]
T – Temperatura real [K]
T – Tempo de uma hora [horas]
ta – Tempo de um ano [anos]
TA – Tempo em cada ponto [horas]
tc – Tempo de duração de um ciclo [horas]
T0 – Temperatura de referência [K]
TIR – Taxa interna de retorno [%]
tj – Taxa anual de juros [%]
tp – Tempo necessário para realizar o projeto [h]
tPB – Payback [anos]
tr – Tempo de retorno do investimento [anos];
tr’ – Tempo de duração do investimento [meses]
u – Incerteza padrão avaliada, podendo ser tipo A ou B [Segue a grandeza da
medida]
ua – Incerteza tipo A [Segue a grandeza da medida]
uaBayes
– Incerteza tipo A com Fator de Bayes [Segue a grandeza da medida]
ubquad
– Incerteza tipo B para distribuição quadrangular [Segue a grandeza da
medida]
Uc – Incerteza expandida [Segue a grandeza da medida]
ubnorm
– Incerteza tipo B para distribuição normal (Segue a grandeza da medida);
ubquad
– Incerteza tipo B para distribuição trapezoidal [Segue a grandeza da medida]

ubtrian
– Incerteza tipo B para distribuição triangular [Segue a grandeza da medida]
u1 e u2 – Exemplos de incertezas [Segue a grandeza da medida]
VA – Valor do investimento [R$]
valora – Gasto em combustível por ano [R$/ano]
VR – Valor de aquisição do título [R$], próprio para cada título NTN
VLRpré – Rendimento líquido para título CDB préfixado [R$]
VLRpré – Rendimento líquido para título CDB pós-fixado [R$]
VPL – Valor Presente Líquido [R$]
x – Incerteza de uma grandeza [Segue a grandeza da medida]
X – Grandeza do mensurando [Segue a grandeza da medida]
X1 e X2 – Exemplos de medida [Segue a grandeza da medida]
Y – Mensurando [Segue a grandeza da medida]
y – Incerteza de um mensurando [Segue a grandeza da medida]
YTM – Rentabilidade do título [%]
α – Tempo de lucro [anos]
β – Fator de projeto do termistor, especificado pelo fabricante [adimensional]
β – Largura do topo [Segue a grandeza da medida]
𝑢 𝑐 𝑖𝑛𝑑
– Incerteza combinada para grandezas independentes [Segue a grandeza da
medida]
µconsMec – Incerteza associada a medição de consumo de ConsMec [L]
µconsElet – Incerteza associada a medição de consumo de ConsElet [L]
𝑢 𝑐 𝑐𝑜𝑟
– Incerteza combinada para grandezas correlacionadas [Segue a grandeza da
medida]
σ – Massa específica do Diesel [kg/m3
]
𝜐 𝑒𝑓𝑓 – Grau de liberdade efetivo [adimensional]
𝜐𝑖 – Grau de liberdade [adimensional]
%p – Porcentagem de percurso [%]

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 19
1.1 MOTIVAÇÃO...................................................................................................... 19
1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO...................................................................................... 19
1.3 OBJETIVOS ....................................................................................................... 20
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO........................................................................... 20
2 O SISTEMA FERROVIÁRIO.................................................................................. 22
2.1 INTRODUÇÂO ................................................................................................... 22
2.1.1 O sistema ferroviário brasileiro.................................................................... 22
2.2 A LOCOMOTIVA DIESEL-ELÉTRICA................................................................ 23
2.2.1 Origem ............................................................................................................ 23
2.2.2 Funcionamento.............................................................................................. 24
2.2.3 A locomotiva diesel-elétrico da GE.............................................................. 30
3 O SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL.................................................... 34
3.1 O MONITORAMENTO DO MOTOR DIESEL ..................................................... 34
3.1.1 Sistema de injeção mecânica ....................................................................... 34
3.1.2 Sistema de injeção eletrônica....................................................................... 42
3.2 SISTEMAS AUXILIARES DO MOTOR DIESEL................................................. 47
3.2.1 Sistema de filtragem do ar de admissão ..................................................... 47
3.2.2 Sistema de combustível................................................................................ 48
3.2.3 Sistema de lubrificação................................................................................. 49
3.2.4 Sistema de resfriamento de água................................................................. 50
3.2.5 Sensores......................................................................................................... 51
3.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS GOVERNADORES............................................... 59
3.3.1 Vantagens e desvantagens........................................................................... 59
3.3.2 Turboalimentador .......................................................................................... 60
3.3.3 Dispositivos de proteção .............................................................................. 60

4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO ....................................... 61
4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS .......................................................................... 61
4.1.1 Remoção e adaptação dos cabos ligados ao governador mecânico e o
módulo EXC............................................................................................................. 61
4.1.2 Remoção e adaptação dos cabos da conexão do governador mecânico
com circuito de controle de velocidade de rotação (DVR).................................. 63
4.1.3 Instalação das tomadas do EGU .................................................................. 64
4.1.4 Adaptação do circuito do MAPS .................................................................. 70
4.1.5 Adaptação do circuito do COPS................................................................... 71
4.1.6 Adaptação do circuito do DSS ..................................................................... 72
4.1.7 Instalação e confecção da caixa de sensores............................................. 72
4.1.8 Instalação e confecção da caixa de passagem de cabos .......................... 74
4.1.9 Instalação da tomada de diagnóstico .......................................................... 75
4.2 COMPONENTES MECÂNICOS......................................................................... 76
4.2.1 Montagem do suporte de instalação do EGU.............................................. 76
4.2.2 Calafetagem das conexões entre o bloco do motor diesel e as bombas
injetoras ................................................................................................................... 77
5 TESTES ................................................................................................................. 78
5.1 TESTE DE CARGA ............................................................................................ 78
5.1.1 Teste de carga externa.................................................................................. 78
5.1.2 Teste de auto carga ....................................................................................... 79
5.2 TESTE DE CONSUMO ...................................................................................... 80
5.3 TESTE POP ....................................................................................................... 80
6 FUNDAMENTOS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO ................................................ 82
6.1 TEORIA DAS INCERTEZAS .............................................................................. 82
6.1.1 Incerteza tipo A.............................................................................................. 82
6.1.2 Incerteza tipo B.............................................................................................. 83
6.1.3 Incerteza-padrão combinada ........................................................................ 85

6.1.4 Incerteza expandida ...................................................................................... 86
6.1.5 Graus de liberdade e níveis de confiança ................................................... 86
6.1.6 Operações aritméticas com incertezas........................................................ 87
7 ANÁLISE DA ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL.................................................... 88
8 ANÁLISE FINANCEIRA....................................................................................... 103
9 CONCLUSÕES E PROPOSTAS FUTURAS ....................................................... 108
REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 109
APÊNDICE A - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA
DASH 8 (GOVERNADOR MECÂNICO) ................................................................. 113
APÊNDICE B - TABELA DE PONTOS MEDIDOS NO TESTE DE CONSUMO PARA
DASH 9W (GOVERNADOR ELETRÔNICO).......................................................... 115
APÊNDICE C - TABELA DE MATERIAIS DO PROJETO DE CONVERSÃO ....... 117
ANEXO 1 – RELAÇÃO ENTRE DESVIO PADRÃO DO DESVIO PADRÃO
EXPERIMENTAL DA MÉDIA PARA UM NÚMERO DE OBSERVAÇÕES
INDEPENDENTES PARA UMA VARIÁVEL NORMALMENTE DISTRIBUIDA
RELATIVO AO DESVIO PADRÃO DAQUELA MÉDIA.......................................... 120
ANEXO 2 – VALOR DO GRAU DE LIBERDADE DA DISTRIBUIÇÃO-t PARA UM
NÚMERO DE GRAUS DE LIBERDADE QUE ABRANGE UMA PORCENTAGEM
DA DISTRIBUIÇÃO ................................................................................................ 120

19
1 INTRODUÇÃO
1.1 MOTIVAÇÃO
Segundo o jornalista Luiz G. Gerbelli no artigo “Seis produtos são responsáveis por
metade das exportações brasileiras” (2010), o Brasil tem nas commodities seu
principal produto de exportação. Estas são caracterizadas como materiais de baixo
valor agregado. Portanto, para que sejam competitivas é indispensável um sistema
de transporte eficiente, pois o custo de transporte é uma parcela considerável do
valor destes (NAZÁRIO, 2000).
O método empregado no país para este tipo de carga é o intermodal sendo, para o
caso da mineração, o sistema C Neste utiliza-se malhas ferroviárias para transportar
o minério deste a mina até a usina, onde será refinado, para em seguida ser
encaminhado ao porto e por fim ao consumidor.
A partir da década de 70 houve um crescimento acelerado nos preços dos
combustíveis derivados do petróleo. Esse aumento ocorreu devido, dentre outros
fatores, à instabilidade político-institucional dos países produtores; implicando em
uma interrupção no fornecimento. Tal situação toma uma dimensão relevante no
meio ferroviário onde as despesas com combustível representam o custo de maior
impacto na operação (GOMES, 1996).
No ímpeto de desenvolver maneiras que permitissem a redução do consumo de
combustível as empresas ferroviárias passaram a pesquisar fontes alternativas de
energia (CARVALHAES, 2013) e meios que o reduzissem o consumo sem afetar a
tração ferroviária, ou seja, a modificação teria que manter a mesma faixa de potência
que a máquina foi projetada. Denomina-se Providência Tecnológica (PT) ao
procedimento de inserção de uma nova tecnologia a um sistema já existente
(GOMES, 1996).
Uma forma de PT é automatizar um processo mecânico, como por exemplo, o
sistema de acionamento do motor diesel de uma locomotiva.
1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO
A locomotiva é a principal máquina de transporte do ramo ferroviário, sendo assim,
diminuir seu consumo de combustível tem sido uma busca contínua na área de
engenharia ferroviária. Em 2008, uma equipe de manutenção ferroviária de uma
mineradora capixaba percebendo que o sistema de injeção das locomotivas Dash

20
9M, modelo eletrônico Lucas Bryce, do fabricante GE (General Electric), apresentava
baixa eficiência decidiram alterá-lo pelo modelo posterior, Dash 9W cujo modelo é
eletrônico Bosch. Tal modificação foi a primeira transformação de que se tem
registro no ambiente da mineradora (CARDOSO, 2013a).
Em 2009 a mesma equipe repetiu tal processo só que dessa vez utilizando uma
locomotiva Dash 8, cujo sistema é mecânico. O motor de combustão também foi
trocado, fato que facilitou a adaptação, mas os módulos de controle do sistema de
injeção não, tendo a necessidade de se modificar a programação dos módulos
(CARDOSO, 2013b).
1.3 OBJETIVOS
O objetivo geral deste trabalho é fornecer o embasamento técnico do processo de
automação do governador, componente responsável pelo controle da injeção de
combustível, da locomotiva modelo Dash 8, da fabricante General Electric (GE);
englobando desde a análise de viabilidade econômica até os diagramas dos
sistemas convertidos. No esforço de não apenas evitar a perda do conhecimento
adquirido nas experiências passadas, mas também identificar melhorias a serem
efetuadas em conversões futuras e servir de referência para trabalhos de
automatização de modelos mais antigos que o em questão, visando sempre
aumentar a eficiência energética da máquina.
Os objetivos específicos são:
 Compreender o funcionamento do sistema de injeção de combustível
mecânico e eletrônico, em especial do governador;
 Definir os testes que serão realizados para validar as hipóteses do trabalho e
a metodologia de tratamento de dados;
 Avaliar o investimento do projeto, tendo em vista rendimento e comparação se
o aplicado estivesse em um fundo de investimento;
 Realizar a diagramação dos sistemas adaptados, tanto elétricos quanto
mecânicos, envolvidos na conversão;
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está dividido da seguinte forma:

21
O capítulo 2 trata do sistema ferroviário, em especial o brasileiro, discorrendo sobre
sua evolução, importância e elementos que o compõem. Dentre estes se destacam
as locomotivas diesel-elétrica, onde se mostra sua origem e funcionamento, para em
seguida focar no modelo GE Dash 8, suas características e implantação na ferrovia
Vitória-Minas.
O capítulo 3 trata do sistema de injeção de combustível, com enfoque no
governador. Mostra no início o sistema mecânico e seus modos de controle, para em
seguida, se aprofundar no eletrônico. Nesta etapa exploraram-se os módulos de
controle, os sistemas de sensoriamento, os sensores envolvidos e uma comparação
entre os governadores.
O capítulo 4 apresenta as adaptações a serem feitas na parte elétrica e mecânica,
discorrendo sobre elas com o auxílio de diagramas e listas de conexões.
No capítulo 5 apresenta-se os teses que foram utilizados para obter os dados que
fundamentaram as conclusões do trabalho e no 6 a metodologia de tratamento de
dados.
O capítulo 7 trata da análise da economia de combustível, sendo assim, demonstra o
procedimento de teste realizado e o processo pelo que os dados obtidos passaram
para evidenciar o aumento da eficiência energética e o comportamento do consumo
de combustível.
O capítulo 8 foca na análise financeira, obtendo a taxa interna e o tempo de retorno,
além de comparar o rendimento trazido com a transformação com o de fundos de
investimentos.
O capítulo 8 expõe as conclusões que podem ser feitas tendo em vista o resultado
obtido da análise financeira e do estudo do comportamento do sistema de injeção
após a modificação, buscando assim, evidenciar novas propostas e projetos futuros.

22
2 O SISTEMA FERROVIÁRIO
2.1 INTRODUÇÃO
A revolução industrial, que teve início em partes da Europa a partir do século XIX,
surgiu quando os meios de produção, até então dispersos em pequenas
manufaturas, foram concentrados em grandes fábricas, como decorrência do
emprego da máquina na produção de mercadorias.
O aumento do volume de produção e a necessidade de transportá-lo, com rapidez
para os mercados consumidores, fizeram com que os empresários ingleses
financiassem o que se tornaria o primeiro sistema ferroviário. Segundo Sílvio dos
Santos, em Transporte ferroviário - Histórias e técnicas (2012, p.235) este sistema
viário foi uma evolução do sistema de transporte:
A estrada de ferro inaugurou uma etapa decisiva da história da
humanidade. Ela decretou definitivamente o fim do antigo regime
econômico que no domínio dos transportes se caracterizava por uma
multiplicidade de serviços parciais e independentes quanto ao capital
e a responsabilidade das empresas.
A adesão ao novo sistema foi massiva, principalmente nos Estados Unidos da
América, vindo a ser implantada no Brasil somente em 1854.
2.1.1 O sistema ferroviário brasileiro
As primeiras iniciativas nacionais relativas à construção de ferrovias remetem ao ano
de 1828, quando o governo imperial autorizou por carta de lei a construção e
exploração de estradas em geral com o propósito de interligar as regiões do país.
O material Histórico Ferroviário, produzido pelo DNIT (2010, p.1), retrata como era o
transporte de mercadorias antes da implantação das ferrovias:
[...] o transporte terrestre de mercadorias se processava no lombo
dos burros em estradas carroçáveis. Em São Paulo, anualmente,
chegavam ao porto de Santos cerca de 200 mil bestas carregadas
com café e outros produtos agrícolas.
A Associação Nacional de Transportadores Ferroviários (ANTF), na edição
comemorativa da Revista ferroviária de abril de 2004, relata que em 1852 o governo
promulgou leis que forneciam vantagens como isenção fiscal e garantia de juros
sobre o capital investido. Foram beneficiadas as empresas nacionais ou estrangeiras
que se interessassem em construir e explorar estradas de ferro em qualquer parte
do país.

23
Tais medidas refletiram na construção da estrada de ferro Mauá, que permitiu a
integração das modalidades de transportes aquaviário e ferroviário, introduzindo a
primeira operação intermodal. Destaca-se ainda, em 1867, a conexão dos trilhos da
estrada de ferro São Paulo com Dom Pedro II, ligando São Paulo e Rio de janeiro.
O governo Vargas no final da década de 1930 iniciou o processo de saneamento e
reorganização das estradas de ferro e promoção de investimentos, através da
aquisição de empresas estrangeiras e nacionais, assim como a unificação da
administração das 18 estradas de ferro pertencentes à união, formando a sociedade
anônima Rede Ferroviária Federal (RFFSA) e, nos mesmos moldes, a Ferrovia
Paulista (FEPASA).
De 1980 a 1992 o sistema ferroviário apresentava sério desequilíbrio técnico-
operacional decorrente da degradação da infra e super estrutura dos principais
segmentos de bitola métrica e da postergação da manutenção de material rodante.
Esses fatores ocasionaram expressiva perda de mercado para o modal ferroviário;
levando à privatização da rede. Nos anos seguintes ocorreu a extinção tanto da
RFFSA quanto da FEPASA passando o controle da malha para o setor privado.
2.2 A LOCOMOTIVA DIESEL-ELÉTRICA
2.2.1 Origem
A primeira locomotiva que se tem registro foi construída pelo engenheiro inglês
George Stephenson (1781-1848) no ano de 1814. Em 1825, Stephenson tracionou
uma composição ferroviária num percurso de 15 km a 20 km/h, montando assim não
só a primeira locomotiva a vapor quanto à primeira estrada de ferro.
A tração elétrica nas ferrovias surgiu como uma grande alternativa à energia gerada
pelo vapor no final do século XIX. Essa tecnologia mostrou-se capaz de gerar, de
maneira segura, econômica e flexível, maiores quantidades de energia que as outras
então existentes (GOMI, 2000). Seu funcionamento consiste de um motor de
corrente contínua acionado por conjunto motor-gerador, funcionado como fonte de
energia elétrica; como mostrado na Figura 1.

24
FIGURA 1 – Sistema Ward-Leonard
Motor ccGrupo Motor-Gerador Gerador cc
Motor ac
Gerador
Auxiliar
M
Volante
M
Fonte de
corrente
alternada
trifásica
Fonte: BORBA, 2012.
Tal sistema foi proposto por Ward-Leonard em 1881 e só foi implantado em 1930 no
Brasil para substituir em determinados trechos a tração a vapor.
2.2.2 Funcionamento
Em 1939 começam a chegar ao país as primeiras locomotivas diesel-elétricas. Tal
modelo difere do elétrico no fato de ser um sistema de produção e geração de
energia elétrica, completo e isolado. Este modelo carrega sua própria estação
geradora de energia, em vez de ser conectado a uma estação geradora de energia
remota através de cabos aéreos ou de um terceiro trilho.
Nessas máquinas a fonte de corrente alternada trifásica e o motor AC (Aternative
Current ou Corrente Alternada) foram substituídos por um motor diesel, como
mostrado na Figura 2.
FIGURA 2 – Sistema Ward-Leonard acionado por um motor diesel
Gerador
Auxiliar
M
Volante
Motor Diesel
Fonte: BORBA, 2012.
Ao conjunto formato pelo volante , gerador auxiliar e gerador DC (Direct Current ou
Corrente Contínua) denominamos gerador de tração, enquanto o reostato de circuito

25
de controle de excitação e o motor DC de motor de tração, como mostrado na Figura
3.
FIGURA 3 – Conjunto de tração diesel-elétrico
Gerador
Auxiliar
M
Volante
Motor Diesel
Fonte: BORBA, 2012.
Nas locomotivas tal sistema apresenta a cadeia de transmissão de energia mostrada
abaixo.
FIGURA 4 – Cadeia de transmissão de energia de uma locomotiva diesel-elétrica
Motor
Diesel
Gerador de
Tração
Motor de
Tração
Rodeiro
Emecânica
Eelétrica
Emecânica
Ecinética
Equímica
Sistema de Transmissão Elétrica
Fonte: BORBA, 2012.
Onde o motor diesel converte a energia química presente no óleo combustível em
energia mecânica, que será usada para movimentar o eixo virabrequim. O eixo esta
acoplado ao gerador de tração que converte a energia mecânica em elétrica e a
entrega ao motor de tração. Este motor tem seu eixo acoplado a um conjunto de
engrenagens que convertem a energia de elétrica para mecânica. A energia
mecânica das engrenagens chega ao rodeio pelo eixo da locomotiva que dá
movimento ao trem.
O esforço de tração desenvolvido numa máquina ideal deve ser mantido constante
para toda faixa de velocidade. Nesta situação o grupo motor-gerador opera com
conjungado constante, o que é impossivel, já que o motor de tração é incapaz de
fornecer conjugado constante em toda sua faixa de operação (BORBA, 2012).

26
Como a potência é o produto do conjugado pela velocidade tem-se que para um
esforço elevado em alta velocidade , a potência requerido a máquina será maior do
que ela pode oferecer. Sendo necessário um sistema de controle para manter a
potência constante.
A operação em potência constante produz um decréscimo contínuo no conjugado
com o aumento da velocidade, diminuido igualmente o esforço de tração da
locomotiva. Como mostrado na Figura 5.
FIGURA 5 – Curvas de conjugado e potência
Velocidade
Potência
Conjugado
Potência
constante
Conjugado
constante
Fonte: BORBA, 2012.
A variação de conjugado em função da velocidade do motor de tração pode ser
controlada pela adição de um sistema de duas malhas fechadas. A primeira malha
atua no sentido de manter constante a rotação do motor diesel tendo em vista cada
ponto de aceleração. Como mostrado na Figura 6.
FIGURA 6 – Malha de controle do motor diesel
Motor DieselGovernadorAcelerador Rotação
Combustível
+
-
Fonte: BORBA, 2012.
A segunda malha trata do gerador de energia e busca controlar a potência fornecida
pelo gerador aos motores de tração. O diagrama de funcionamento segue abaixo.

27
Potência
elétrica
Energia
elétrica
Energia
mecânica
Gerador de
Tração
Circuito de
controle de
excitação e
potência
Regulador
de carga
+
-
Motores
de tração
Esforço de
tração
Fonte: BORBA, 2012.
Na malha 1 esta presente o componente que será o foco deste trabalho: o
governador. Este em conjunto com o circuito de controle, na malha 2, provém o
controle, por meio de sistema PID (Proporcional Integral Derivativo), sobre a injeção
de combustível; cuja composição e funcionamento serão discutidos ao longo do
texto.
O bloco do circuito de controle de potência e excitação, presente na segunda malha,
é grande importância por garantir um esforço de tração correto para as operações de
arranque, aceleração, manter a velocidade constante e realizar frenagem dinâmica.
Sendo assim, é considerado o elemento principal do sistema de produção de energia
de uma locomotiva diesel-elétrica, pois controla e comanda a capacidade do motor
diesel, do gerador de tração e dos motores de tração. Além de regular a saída de
potência dentro dos limites de potência da máquina.
A faixa de controle do bloco em questão comprende a área de interpolação entre a
curva de tensão-corrente para o motor diesel e o gerador de tração. Como mostrado
na figura 8.

28
3
2
1
Região de tensão
excessiva
Curva do gerador
de tração
Curva do
motor diesel
Região de corrente
excessiva
Região onde a capacidade
do gerador de tração
excede à do motor diesel
Amperes
Volts
Fonte: BORBA, 2012.
Para garantir a operação na faixa correta, o sistema de controle produz limitações no
gerador de tração. Sendo elas de potência na área 1, de tensão na área 2 e de
corrente na área 3.
Como resultado destas limitações obtem-se a curva abaixo.
FIGURA 9 – Curva resultante do gerador de tração
Amperes
Volts
Fonte: BORBA, 2012.
Aplicando os limites de tensão e corrente na saída do gerador de tração de uma
locomotiva em seus oito pontos de aceleração obtém-se a Figura 10.

29
FIGURA 10 – Curva de operação tensão-corrente do gerador de tração
Fonte: BORBA, 2012.
Manipulando o gráfico acima de forma que evidencie a potência e a velocidade
obtida durante a aceleração, obtemos a figura abaixo.
FIGURA 11 – Curva de operação potência-velocidade do gerador de tração
Fonte: BORBA, 2012.
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000
Tensãodogeradordetração[V]
Corrente do gerador de tração [A]
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7
# 8
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Potência[hp]
Velocidade [km/h]
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7
# 8

30
Por tal figura observa-se que na região de limite de corrente, a potência cresce
linearmente, enquanto no limite da tensão, decai de forma parabólica ao aumento da
velocidade.
Relacionando o esforço de tração com a potência e a velocidade obtém-se a figura
12.
FIGURA 12 – Curva de operação esforço trator-potência-velocidade do gerador de
tração
Fonte: BORBA, 2012.
Observa-se pela figura acima que um limite de corrente imposto gera uma esforço
de tração para baixas velocidades.
2.2.3 A locomotiva diesel-elétrico da GE
A GE se estabeleceu no Brasil em 1919 com foco inicial para o mercado de
equipamentos de energia elétrica. Em 1921 a empresa participou da primeira grande
eletrificação ferroviária no Brasil, empreendida pela Companhia Paulista de Estradas
de Ferro, em conjunto com sua filial americana. Entre o final da década de 1940 e o
início da de 1960 a GE americana foi uma das principais fornecedoras de
locomotivas diesel-elétricas para o Brasil.
As primeiras locomotivas diesel-elétricas fabricadas pela GE do Brasil foram
fornecidas no final de 1966 para a Companhia Siderúrgica Paulista, tornando-se a
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Esforçodetração[kgf]
Velocidade [km/h]
550 hp
900 hp
1.250 hp
1.600 hp
1.950 hp
2.300 hp
2.650 hp
3.000 hp

31
partir de então uma das principais fornecedoras de locomotivas fora dos Estados
Unidos da América.
O modelo U26C foi desenvolvido como parte da segunda geração de locomotivas
diesel-elétrica para exportação sendo equipadas com motor diesel de quatro tempos
7FDL12, com cilindros em V e fornecendo uma potência efetiva de 2700 hp
(COELHO, 2000).
A energia para os seis motores de tração provia do retificador no formato de corrente
contínua. Essa locomotiva foi utilizada inicialmente no serviço de minério e carga
(Figura 13).
FIGURA 13 - Locomotiva GE U26C em Vitória (ES)
Fonte: COELHO, 2000.
Devido à crescente demanda de locomotivas que suportassem maiores
composições foram desenvolvidas máquinas inserindo as tecnologias de motores de
4 tempos, presente na Dash 7, e sistemas microprocessados, na sua sucessora
Dash 8.
2.2.3.1 O Modelo Dash 8
Buscando produzir um modelo que incorporasse os mais recentes avanços
tecnológicos e oferecesse um desempenho mais econômico, a GE em 1987 deu
início à produção das locomotivas Dash 8. Dentre as tecnologias destaca-se a
introdução dos módulos de controle de bordo, também chamados de
microprocessadores de bordo pelo fabricante (GE, 2001). Esta inovação possibilitou

32
um controle muito mais preciso de acordo com as diversas condições operacionais,
tornando-se logo um grande sucesso de vendas nos Estados Unidos, devido ao seu
excelente desempenho, confiabilidade e economia de combustível. Tal modelo veio
equipado com a versão mais recente do tradicional motor diesel 7FDL16 de quatro
tempos, turboalimentado e dotado de três microprocessadores de bordo para
controle e supervisão do motor diesel, circuito do alternador principal e
equipamentos auxiliares da locomotiva.
O uso de microprocessadores de bordo permitiu pela primeira vez que até mesmo as
menores falhas pudessem ser detectadas antes de causarem danos mais sérios à
locomotiva. Estas seriam corrigidas automaticamente quando possível, ou com o
auxílio do maquinista, através de um sistema programado de diagnóstico (COELHO,
2000).
As primeiras locomotivas desta geração adquiridas pela estatal Companhia Vale do
Rio Doce (CVRD) ocorreu em 1989, quando houve uma necessidade urgente de
reforço do parque de tração da Estrada de Ferro Carajás. Para atender a CVRD no
menor prazo possível a GE americana forneceu em setembro deste mesmo ano
locomotivas Dash 8 que estavam sendo fabricadas para a ferrovia americana CSX,
com truques de 1,60 metros (CARMO, 2010).
Aproveitando o fornecimento à ferrovia de Carajás, a GE em setembro de 1989
mostrou-se interessada em vender tal máquina a EFVM (Estrada de Ferro Vitória-
Minas), com truque adaptado à escala métrica, substituindo cada um de três eixos
por dois truques articulados de dois eixos cada, unidos por uma barra pivoteada
chamada span bolster.
Considerando a proposta promissora, a CVRD negociou com a GE em setembro de
1989 a encomenda de quatro exemplares para serem fabricadas pela GE do Brasil
em Campinas (SP) com entrega prevista para novembro do ano seguinte. Antes
mesmo das unidades ficarem prontas, a companhia demonstrou sua confiança no
novo modelo, fazendo uma segunda encomenda para mais dois exemplares com
entrega prevista para julho de 1991. Com esta segunda encomenda, foi negociada a
previsão de entrega de todas as seis unidades para o mesmo período das
subsequentes.
Designadas pela GE do Brasil como modelo Dash 8 BB40-8M, as seis locomotivas
entraram em serviço na EFVM numeradas na sequência de 1001 a 1006; em
destaque na Figura 14 o modelo 1004.

33
FIGURA 14 - Locomotiva GE Dash 8 em Vitória(ES)
Fonte: Elab. Autor, 2013.

34
3 O SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
3.1 O MONITORAMENTO DO MOTOR DIESEL
3.1.1 Sistema de injeção mecânica
A finalidade desse sistema é entregar a quantidade certa de combustível a cada um
dos cilindros do motor. É controlado por um governador modulador que monitora a
rotação do motor diesel através da injeção de combustível. O início de injeção se dá
a 23º antes do PMS (Ponto morto Superior), instante onde se inicia a injeção de
combustível na máquina, como mostrado abaixo na Figura 15. Tal sistema está
presente nas locomotivas modelo Dash 8 e anteriores da GE.
FIGURA 15 - Diagrama da injeção mecânica
Fonte: ROMANHA, 2012.
3.1.1.1 O governador mecânico
O governador mecânico é um dispositivo de controle de rotação eletro-hidráulico que
mantém a rotação do motor, selecionada pelo operador (GE, 1985). O governador é
provido de um conjunto sensor, sensível à pressão absoluta do ar, que funciona para
ajustar a carga do motor em proporção à quantidade de ar fornecida, dentro da faixa
do regulador de carga, a fim de assegurar uma correta mistura ar e combustível.
Existe ainda um balancim e um sistema de alavancas montadas no governador com
a finalidade interromper o movimento ascendente do pistão de força, através da

35
ação de um limitador de combustível. Uma foto do governador fora da locomotiva é
mostrada na Figura 16.
FIGURA 16 - Governador mecânico isolado
Fonte: BORBA, 2012.
As peças principais dos conjuntos de controle de rotação e de combustível
existentes no governador são: sistema de sensor de rotação (mola de controle de
rotação e contrapesos), controle de regulagem de combustível (pistão de força),
mecanismo de compensação (ressalto de compensação integral na válvula piloto do
pistão de força, pistão amortecedor e molas), e um sistema de óleo independente
(cárter de óleo, bomba de óleo, acumuladores, filtro externo e conexões); mostrados
na Figura 17 nas respectivas cores: laranja, vermelho, azul e verde.

36
FIGURA 17 - Governador mecânico em corte
Fonte: GE, 1989.

37
Os componentes de tais sistemas estão evidenciados na Figura 18 abaixo.
FIGURA 18 - Governador mecânico (em evidência os componentes dos conjuntos
de controle)
Fonte: GE, 1989.
O governador possui um sistema de óleo hidráulico autocontido, que é formado pelo
cárter de armazenagem, bomba rotativa de engrenagens e acumuladores. O óleo
lubrifica as peças móveis e transmite a força necessária para o funcionamento das
diversas peças do governador.
Para variar a rotação do motor com o manípulo de marcha, ou para manter a rotação
do motor constante (apesar das variações de carga), a quantidade de combustível
injetada no cilindro, que é determinado pela posição do pistão de força, deve variar.
Para movê-lo, a tensão na mola de rotação é alterada e sempre que houver
mudanças de marcha ou mudanças na rotação do motor (devido à variação de
carga), os contrapesos irão se deslocar, alterando a posição do êmbolo na válvula
piloto e controlando o fornecimento de óleo ao pistão de força.

38
O pistão de força movimenta a cremalheira de controle do injetor através do eixo
rotativo do governador e das articulações dos injetores. O movimento ascendente do
pistão de força, que é controlado pela válvula piloto, origina em óleo sob pressão o
movimento de erguer o pistão contra a pressão da mola do pistão de força.
O mecanismo de compensação evita que o motor dispare ou que a rotação oscile
pela suspensão do movimento do pistão de força após ele ter se deslocado o
suficiente para se atingir a rotação desejada (GE, 1985). O mecanismo de
compensação inclui o pistão receptor da compensação integral, pistão amortecedor
e molas, e válvula agulha de compensação.
O eixo de acionamento do governador, as engrenagens da bomba, a bucha rotativa
e os contrapesos, giram em conjunto. Dois acumuladores proporcionam o
armazenamento do óleo do governador sob pressão, e a pressão máxima do óleo do
governador é controlada por um desvio em um dos acumuladores. O pistão
amortecedor, centrado por molas, está localizado entre o êmbolo da válvula piloto, e
o pistão de força. Este pistão é desviado pela válvula agulha e também pelas
passagens que ficam abertas quando ele se desloca a certa distância da sua
posição central. A pequena diferença de pressão existente nos dois lados do pistão
amortecedor é transmitida ao pistão receptor da compensação no êmbolo da válvula
piloto. A mola do pistão de força atua para fechar o combustível do motor. O óleo
sob pressão é utilizado somente para erguer o pistão de força e aumentar o
fornecimento de combustível ao motor.
Segue na Figura 19 o funcionamento do governador cujos sistemas evidenciados
são os mesmos da Figura 17 enquanto os itens a seguir, 3.1.1.1.1 ao 3.1.1.1.3,
descrevem a sequência de eventos sob diferentes condições de operação.

39
FIGURA 19 - Esquemático do funcionamento do governador mecânico
Fonte: GE, 1989.
3.1.1.1.1 Diminuição da Carga ou aceleração
O processo de aceleração decorre de uma diminuição da carga do motor, o que
aumenta a rotação levando os contrapesos a se moverem para fora, levantando o
ressalto de controle do êmbolo da válvula piloto e descobrindo as janelas de
regulagem da bucha rotativa. A abertura das janelas de regulagem nessa direção
permite que o óleo existente na área direita do pistão amortecedor se escoe; então
ele se move para a direita, e a mola de pressão força o pistão de força para baixo.
Ele fica estável até que a mola amortecedora do lado direito seja comprimida, a
pressão do óleo no lado esquerdo do pistão amortecedor fica ligeiramente maior do

40
que a pressão no lado direito. Essas pressões são ligadas às áreas situadas por
cima e por baixo do pistão receptor de compensação no êmbolo da válvula piloto, e
assim a maior pressão é sobre o êmbolo, ele é obrigado a descer, de maneira que o
ressalto do êmbolo da válvula piloto inicia o fechamento das janelas, parando o
movimento do pistão de força. Se o governador está corretamente ajustado, o
deslocamento do pistão de força ocorrerá para corrigir a variação de carga que
provocada pela aceleração.
O vazamento de óleo através da válvula agulha de compensação permite então que
o pistão amortecedor regresse à posição central, no qual gradualmente alivia a força
exercida no topo do pistão receptor de compensação. Esta força deixa de ser
necessária para manter o êmbolo da válvula piloto em sua posição central, pois
durante este tempo à rotação do motor volta ao valor normal e a força exercida para
fora pelos contrapesos vai sendo reduzida até ser equilibrada pela força das molas
de controle de rotação.
É evidente que o mecanismo de compensação descrito acima produz uma operação
estável, pois permite que o governador se mova rapidamente em resposta a uma
variação de rotação e, em seguida, espere que esta retorne ao normal (ROMANHA,
2012).
3.1.1.1.2 Aumento da Carga ou desaceleração
O processo de desaceleração decorre da diminuição de rotação causando o
movimento para dentro dos contrapesos, o que faz baixar o êmbolo da válvula piloto
com a consequente abertura das janelas de regulagem. O óleo vindo dos
acumuladores passa pela válvula piloto, forçando o pistão amortecedor a deslocar-
se para a esquerda, movendo o pistão de força para cima, permitindo o fornecimento
de mais combustível ao motor. Da compressão da mola amortecedora do lado
esquerdo resulta uma pressão maior do lado direito do êmbolo amortecedor e na
parte inferior do pistão receptor de compensação. Esta pressão desloca o êmbolo da
válvula piloto para cima parando o movimento do pistão de força quando este já se
deslocou o suficiente para corrigir a variação de carga que originou esta ação.
O vazamento de óleo através da válvula agulha de compensação alivia
gradativamente a força exercida na parte inferior do pistão receptor de
compensação, permitindo que o pistão amortecedor volte à sua posição central. Esta
força deixa de ser necessária para manter o êmbolo da válvula piloto em sua

41
posição central, pois, durante este espaço de tempo, a rotação do motor volta ao seu
normal.
3.1.1.1.3 Sistema de excesso de rotação
O sistema de excesso de rotação é composto por um governador de excesso de
rotação (mostrado na Figura 20), um link e por duas alavancas de rearme sendo
uma próxima ao governador e outra no lado oposto do MD. Qualquer uma delas
pode ser puxada para rearmar o sistema depois de um desligamento por excesso de
rotação.
FIGURA 20 - Governador de excesso de rotação
A mesma alavanca poderá ser empurrada para aumentar a rotação do MD quando
em funcionamento e para auxiliar o processo de partida e do acelerador do mesmo.
Na Figura 21 é mostrada uma das alavancas e o link.
FIGURA 21 - Alavanca de aceleração-rearme e link

42
3.1.2 Sistema de injeção eletrônica
A finalidade desse sistema é entregar sequencialmente uma quantidade certa de
combustível a cada uma dos cilindros do motor diesel. Esse sistema monitora as
pressões, as temperaturas, as rotações e posições do eixo virabrequim do MD,
determinando a quantidade certa de combustível e o tempo de entrega, cujo início
de injeção se dá a 82º, como mostrado na Figura 22, antes do PMS do tempo de
compressão (ROMANHA, 2012). Tal sistema está presente nas locomotivas Dash
9W e posteriores, da GE.
FIGURA 22 - Diagrama da injeção eletrônica
3.1.2.1 O governador eletrônico
A partir de 1996 as locomotivas GE do modelo DASH 9M e 9W começam a ser
equipadas com o sistema Bosh que apresenta um painel eletrônico, chamado de
EGU (Electronic Governator Unit ou Unidade do Governador Eletrônico), que
controla sequenciamento e a entrega de combustível em cada cilindro do MD, em
tempos apropriados, por sinais enviados as bombas injetoras de combustível da
bancada direita FIRP (Fuel Injection Right Panel ou Painel Direito da Injeção
Eletrônica) e bancada esquerda FILP (Fuel Injection Left Panel ou Painel Esquerdo
da Injeção Eletrônica).
Tal equipamento permite a injeção de combustível durante o arranque do MD
proporcionando uma taxa ideal do material nesta fase de funcionamento, além disso,

43
gerencia um sensor de rotação para a carga imposta. A Figura 23 mostra o EGU
isolado (DENARDI, 2011).
FIGURA 23 - Fotografia do EGU
O governador monitora continuamente a pressão de óleo do motor e água de
resfriamento para assegurar que as pressões fiquem acima do mínimo valor para
cada ponto de aceleração. O equipamento é responsável por aumentar a quantidade
de combustível injetado até um limite específico para cada ponto de aceleração. Se
tal limite for ultrapassado, o governador receberá a informação através dos sensores
e controlará a carga imposta ao MD, através do potenciômetro da carga, LCP (Load
Controlled Pot ou Controlador de Carga) interno ao EGU.
A redução da potência será efetuada pelo controlador EXC (Excitation Controler ou
Módulo de Controle de Excitação), para que a quantidade de combustível fique
dentro dos limites estabelecidos. Outra função é de monitorar a pressão do ar de
admissão do MD e se esta cair abaixo dos limites especificados (a altitude aonde se
encontra a locomotiva exceder o limite de 1067 metros) o módulo de controle
reduzirá a potência do MD até um limite necessário para evitar altas temperaturas no
coletor de exaustão de gases.
O governador recebe um sinal do circuito de controle durante a parada do MD
sinalizando a necessidade de se reduzir a quantidade de combustível injetado até

44
zero. Os componentes que se comunicam com o EGU estão demonstrados no
diagrama abaixo, Figura 24.
FIGURA 24 - Diagrama de blocos do governador eletrônico
Fonte: DENARDI, 2011.
3.1.2.2 O controlador CAB
O CAB (Cabine Controler ou Módulo de Controle de Cabine) é o microprocessador
mestre. Possui a função de controlar a operação dos outros dois módulos de
controle (EXC e AUX). Tal equipamento possui as funções principais de leitura dos
sinais das chaves do controle mestre ou da tomada múltipla, para determinar o modo
de operação requerido pela tripulação (aceleração, frenagem, etc). Outras funções
são a comunicação com os microprocessadores EXC e AUX (Auxiliar Controler ou
Módulo de Controle Auxiliar) através da Brainline e com o DID (Display Interface
Diagnostic ou Painel de Diagnóstico). O CAB também é responsável por trocar
informações referentes ao ventilador do radiador e aos sopradores dos motores de
tração, com o AUX e com isso controlar a operação destes equipamentos além dos
dados relativos às condições de operação de locomotiva (GE, 2001). O
microprocessador em questão também controla os disparos dos SCR’s (Silicon
Controlled Rectifier ou Retificador Controlado de Silício) dos painéis AFR (Alternator
Field Regulation ou Regulador do Campo Alternador), EBP (Equipment Blower Motor
Drive Regulator ou Equipamento Regulador do Soprador de Acionamento do Motor)
e RFP (Radiator Fan Motor Controller ou Controlador da Ventoinha do Radiador do

45
Motor), além de receber os sinais de realimentação de tensão e corrente desses e
de vários relés, contadores e válvulas de dreno. Por fim o equipamento monitora os
diversos sistemas da locomotiva e verifica os dados principais destes armazenando,
distribuindo e recuperando as informações do modelo da máquina e de seu histórico
de falhas. Na Figura 25 tem-se uma fotografia do CAB instalado numa locomotiva
Dash 9W.
FIGURA 25 - Fotografia do controlador CAB
3.1.2.3 O controlador EXC
O controlador de excitação EXC é um dos quatro microprocessadores principais da
locomotiva e considerado um escravo do CAB por receber e obedecer a comandos
deste. Possui as funções de: ler as entradas analógicas do sistema, que são a
corrente e tensão de propulsão, posição do regulador de carga, dados de
realimentação do motor diesel, fuga de corrente para terra nos circuitos de potência,
excitação, carga das baterias e dos motores auxiliares além dos sinais dos sensores
de rotação. O controlador também monitora a condição do FCFP (Fuel Controler
Flashover Panel ou Painel de Supressão de Flashover) e comunicar-se com o CAB e
AUX, através da brainline, e com o IFC, pela linha de comunicação serial.
Além das citadas o EXC controla também o BFR (Auxiliary Alternator Field Regulator
ou Regulador Auxiliar do Campo Alternador) e o BRP (Battery Regulator ou
Carregador de Baterias) através de seus reguladores, as bobinas dos relés e
contadores, bem como os solenóides de controle de rotação do motor diesel, a
aderência, potência e por fim executa comandos de proteção indicados pelo

46
diagnóstico de falhas. Abaixo na Figura 26 tem-se uma fotografia do EXC instalado
numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 26 - Fotografia do controlador EXC
3.1.2.4 O controlador AUX
O controlador AUX, assim como o EXC, é um dos módulos mais importantes da
locomotiva. Possui como função a leitura dos sinais dos sensores de temperatura e
pressão, acionar os contadores de potência, frenagem dinâmica e partida do motor
além de calcular as rotações dos sopradores e do ventilador do radiador. O
controlador também possui a importante função de controlar o disparo dos painéis
SCRs, convertendo a corrente contínua das baterias em alternada de baixa
frequência possibilitando acionar o alternador de tração como motor de arranque.
Para se utilizar o alternador de tração com tal objetivo, os pulsos de corrente nos
enrolamentos do estator devem estar sincronizados com a posição física do rotor.
Sendo que nesta situação o AUX determina a posição do rotor para corretamente
controlar o disparo dos SCRs. Esta ação mantém o campo girante se movendo em
direção à próxima posição, causando o arranque do motor diesel.
O AUX fornece proteção térmica aos motores de tração, através do cálculo das suas
respectivas temperaturas, controle sobre os sopradores dos equipamentos e o
ventilador do radiador e assim, como os anteriores, realiza troca de dados para o
diagnóstico de falhas. Na Figura 27 tem-se uma fotografia do AUX instalado numa
locomotiva Dash 9W.

47
FIGURA 27 - Fotografia do controlador EXC
3.2 SISTEMAS AUXILIARES DO MOTOR DIESEL
3.2.1 Sistema de filtragem do ar de admissão
O sistema de filtragem do ar de admissão fica situado entre o compartimento do
motor diesel e a cabine do radiador e possui a função de injetar o comburente, no
caso o oxigênio, à mistura no pistão permitindo a explosão e em consequência a
produção de energia. Seus componentes são: a tela em V, os filtros ciclones e
sacolas, o exaustor do ar sujo, o turboalimentador de roda fria e quente, as
ventoinhas, a caixa do ar de admissão e a chaminé; mostrados no sistema abaixo,
Figura 28.
FIGURA 28 - Diagrama do sistema do ar

48
O processo de injeção do ar se inicia com o ar externo sendo admitido através das
telas em V e em seguida pelos filtros ciclones para retirada de componentes
pesados, por turbilhonamento, que serão levados pela abertura da extremidade de
cada purificador de plástico para dentro do duto de sangria, que pelo tudo de
exaustão é expelido.
O ar de admissão segue para os filtros sacola, que por filtragem separam as
impurezas mais finas, seguindo para o turbo alimentador de roda fria, onde é
pressurizado e encaminhado as ventoinhas para ser resfriado. Por fim chega à caixa
de ar e é admitido para a combustão no interior dos cilindros.
Na caixa de ar estão instalados sensores de pressão e temperatura que fornecerão
dados de condição ao governador da máquina.
Por fim os gases obtidos da combustão seguem pela descarga para acionar a roda
quente da turbina e em seguida para a atmosfera, por meio da chaminé; fazendo
sucção através do tubo de Venturi dos gases em suspensão no cárter.
3.2.2 Sistema de combustível
O sistema de combustível é responsável por manter o fluxo de óleo diesel na medida
do governador, sendo constituído pelo tanque de combustível, bomba de
transferência e injetora, válvula de alívio de pressão, filtro de óleo, coletores de
distribuição, injetor, válvula reguladora de pressão, visor de vidro e coletores de
dreno de óleo combustível; mostrados no diagrama abaixo, Figura 29.
FIGURA 29 - Diagrama do sistema de combustível
Fonte: Elab. Autor, 2012. Baseado em ROMANHA, 2012.

49
O óleo diesel fica armazenado no tanque de abastecimento de combustível da
locomotiva, o qual está localizado entre os truques dianteiro e traseiro. A sucção fica
entre o tanque e a bomba de transferência, que é acionada por um eixo acoplado a
uma engrenagem, seguindo para o filtro de combustível, onde se localiza uma
válvula de alívio e outra reguladora, protegendo a bomba contra sobre-pressões
devido às restrições no filtro.
Em seguida o óleo passa por dois coletores de distribuição paralelos e daí através
de um banjo para a bomba injetora através dos tubos de alta pressão, tendo em
vista que a válvula reguladora mantém os coletores pressurizados.
O excesso de óleo nos coletores se encaminha pela reguladora para o visor de
vidro, antes de voltar para o tanque de combustível, determinando assim a
existência ou não de entrada de ar na linha de sucção da bomba, pelos coletores de
dreno. Este óleo em excesso é utilizado para lubrificar as partes móveis do
equipamento de injeção.
3.2.3 Sistema de lubrificação
O sistema de lubrificação tem a função de fornecer óleo lubrificante a ser usado para
lubrificar as partes em atrito e diminuir a temperatura das partes aquecidas do motor
de combustão. O sistema é de vazão total, sendo assim, todo óleo circula pelo filtro,
evitando que corpos estranhos possam contaminar o motor e seus componentes.
Para evitar danos enquanto o óleo lubrificante estiver ainda frio, o motor sofre uma
limitação de rotação a qual permanece até que a temperatura atinja os níveis pré-
estabelecidos, enquanto para situações de excesso de temperatura ocorrerá
redução gradual até marcha lenta.
Em casos de diminuição de pressão, o transdutor FIOP (Fuel Injection Oil Pressure
Transducer ou Transdutor de Pressão da Injeção Eletrônica de Óleo) modula a
rotação até níveis aceitáveis levando a parada do motor se necessário.
O óleo que sai da bomba flui para a válvula de alívio, que serve para proteger o
sistema contra excesso de pressão, em seguida passa pelo resfriador, que troca
calor com a água que flui dentro da tubulação interna, e flui através dos filtros para o
sistema de lubrificação, como mostrado no diagrama da Figura 30.

50
FIGURA 30 - Diagrama de óleo lubrificante
Na galeria principal, o óleo passa através dos coletores de distribuição e ramais
dentro do bloco, os quais conduzem o óleo para todos os munhões e para os
mancais do eixo de comando. Ao entrar no virabrequim, o óleo flui através de
passagens para os mancais das bielas seguindo para os pinos de articulação e
buchas. Assim passa pelos pistões e coroas e eixo de Cames seguindo para as
cruzetas das válvulas, das bombas injetoras e cabeçote dos cilindros. De lá o óleo
volta para o cárter.
3.2.4 Sistema de resfriamento de água
O sistema de resfriamento da água do motor diesel mantém uma temperatura
constante em toda a faixa de variação de carga imposta, utilizando para isto um
sistema de radiador seco. A temperatura da água é controlada através das variações
na rotação do ventilador do radiador.
Se o sensor EWT (Engine Water Temperature ou Sensor da Temperatura de Água
do Motor) detectar temperatura excessiva na água de resfriamento, a potência do
motor diesel será reduzida gradualmente até que a sua rotação diminua para a de
marcha lenta. No caso da pressão de água diminuir até um ponto onde não seja
segura para a operação do motor com potência total, o transdutor FIWPS (Fuel
Injection Water Pressure Sensor ou Sensor da Injeção Eletrônica de Pressão da
Água) faz o mesmo procedimento: reduz a rotação, tendo em vista que se a pressão
continuar diminuindo o governador desligará o motor; como mostrado na Figura 31.

51
FIGURA 31 - Diagrama do sistema de resfriamento da água
Quando a temperatura da água de arrefecimento se eleva a válvula de controle de
fluxo é acionada para desviar o fluxo da água do reservatório para os radiadores.
Por outro lado, em casos de decréscimo a válvula é desligada e caminha direto para
o reservatório. Detectando alguma anormalidade no comportamento do sensor de
temperatura da água o sistema tomará como referência à do óleo lubrificante e nos
casos de ambos mostrarem defeito será tomado como base à temperatura ambiente.
3.2.5 Sensores
3.2.5.1 Pressão
Os sensores de pressão utilizados nas locomotivas GE DASH 9W fornecem um sinal
de saída, podendo ser tensão ou corrente, proporcional a esta grandeza de entrada.
São do tipo piezo resistivo, ou seja, utilizam como componente de conversão um
extensômetro elétrico de resistência, mostrado na Figura 32, que se baseia na
variação da resistência ôhmica quando submetida a deformações.
FIGURA 32 - Circuito do extensômetro elétrico de resistência
Fonte: DENARDI, 2011.

52
O extensor é um resistor composto por uma fina camada de material condutor,
depositado sobre um composto isolante que é colado sobre a estrutura em teste,
que está sobre efeito da pressão. Pequenas variações de dimensões da estrutura
são transmitidas mecanicamente ao equipamento, que transforma essas em
equivalentes de resistência elétrica. Tais variações geram um sinal de saída que é
utilizado pelo controlador AUX, painel IFC e governador EGU para diversas funções
de controle.
Na locomotiva modelo DASH 8 e 9 os sensores podem ser de dois fios, com sinal de
saída de corrente (4 à 20 mA) e três fios, com saída em tensão (0 à 5 V); como
FIGURA 33 - Sensores de pressão para locomotivas com dois e três fios,
respectivamente
3.2.5.1.1 COP
O sensor COP (Crankcase Overpressure Sensor ou Sensor de Sobrepressão do
Eixo Virabrequim) é responsável por enviar um sinal de pressão positiva no cárter do
motor diesel ao módulo AUX. Na Figura 34 segue o sensor instalado numa
locomotiva Dash 9W.
FIGURA 34 – Sensor COP

53
3.2.5.1.2 FIOP
O FIOP é um sensor de pressão de óleo lubrificante para injeção de combustível.
Sua função é fornecer ao EGU um sinal do motor diesel usado pelo governador para
reduzir a potência ou desligar o motor caso em marcha lenta esta pressão seja
inferior a 7 psi ou em ponto 8 seja inferior 55 psi.
Caso ocorra uma condição de baixa pressão de água de arrefecimento ou óleo
lubrificante, os controladores podem iniciar desde uma gradual redução da potência
da locomotiva, via controle da aceleração até o desligamento do motor. Na Figura 35
segue o sensor instalado numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 35 - Sensor FIOP
3.2.5.1.3 FIWPS
O FIWPS é um sensor de pressão utilizado na injeção de combustível e fornece ao
governador uma indicação da pressão da água de resfriamento do motor diesel. Este
sinal é utilizado pelo EGU para reduzir a potência ou para desligar o motor caso em
marcha lenta a pressão seja inferior a 3 psi, ou em máxima velocidade a pressão for
inferior a 12 psi.
3.2.5.1.4 FIMAP
O FIMAP (Fuel Injection Manifold Air Pressure ou Sensor da injeção eletrônica da
pressão do ar de resfriamento) é um sensor de pressão de ar do coletor de
admissão da injeção de combustível. Possui a função de fornecer ao governador a
pressão de ar de admissão possibilitando o controle de carga e de combustível.

54
3.2.5.1.5 MAPS
O sensor MAPS (Manifold Air Pressure Sensor ou Sensor de Pressão do Ar de
Admissão) é responsável por enviar sinal de pressão do coletor de admissão do
motor diesel ao módulo AUX. Na Figura 36 seguem os sensores dos itens 3.2.5.1.3
ao 3.2.5.1.5 instalados numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 36 - Sensores FIWPS, FIMAP e MAPS respectivamente
3.2.5.2 Temperatura
Dentre os sensores de temperatura existentes, o utilizado nas locomotivas Dash 8 e
9W é do tipo termistor. Estes utilizam um tipo de resistor cujo valor varia com a
temperatura e pertencem ao tipo NTC (Negative Temperature Coefficient ou
Coeficiente de Temperatura Negativa). No modelo NTC, onde o valor da resistência
ôhmica diminui com o aumento da temperatura. Tais sensores são fabricados a
partir da mistura de óxidos de metais de transição, manganês, cobre e níquel.
Possuem a faixa de estabilidade entre –50 a 100o
C e para os que utilizam platina -
200 a 850o
C.
A relação de calibração entre resistência e temperatura é dado por uma função
exponencial decrescente mostrada na equação 1, abaixo.
RT = RT0e
β[
1
Temp
−
1
T0
]
(1)
Onde:
β é um fator específico para cada modelo de termistor, especificado pelo fabricante
(adimensional)

55
RT e RT0 são as resistências na temperatura real e de referência respectivamente,
expressa em Ohms (Ω)
Temp e T0 são as temperaturas reais e de referência, expressas em Kelvin (K)
Conforme a Apostila de Sensores e Transdutores das locomotivas Dash
(ROMANHA, 2012, p.7).
Na Figura 37 há um sensor de temperatura com tais características.
FIGURA 37 - Sensor de temperatura para locomotiva
3.2.5.2.1 FIMAT
O sensor de temperatura do ar do coletor de admissão da injeção de combustível,
FIMAT (Fuel Injection Engine Air Temperature) está localizado na direção do cilindro
8E do coletor. Fornece a informação da temperatura do ar ao EGU para controle da
taxa de injeção de combustível. Sua resistência à temperatura ambiente de 25⁰C é
de 40 kΩ e na Figura 38 tem-se uma fotografia deste instalado numa locomotiva
Dash 9W.
FIGURA 38 - Sensor FIMAT
Fonte: ROMANHA, 2012

56
3.2.5.2.2 FIEWT
O FIEWT (Fuel Injection Engine Water Temperature ou Sensor da Injeção Eletrônica
de Temperatura da Água) está localizado na tubulação de água de arrefecimento do
motor diesel, na direção do cilindro 8E. Possui como função fornecer tal grandeza ao
governador para controle da taxa de injeção de combustível e controle da carga do
motor. Sua resistência à temperatura ambiente de 25⁰C é igual a do item anterior e
abaixo segue uma fotografia deste, Figura 39, instalado numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 39 - Sensor FIEWT
3.2.5.3 Rotação
Os sensores indutivos de rotação são compostos por um cartucho hermético cujo
interior se encontra um núcleo polar, imã permanente, e um enrolamento elétrico de
cobre. O campo magnético existente no imã relaciona tanto o enrolamento, como os
dentes da engrenagem.
Quando um dente está diante do sensor, o fluxo magnético é máximo. Por outro
lado, quando em frente ao sensor se apresenta um vão, o fluxo é mínimo, como

57
FIGURA 40 - Componentes internos do sensor de rotação
Fonte: DENARDI, 2011
A variação devida à passagem dos dentes e dos vãos diante do sensor provoca uma
variação do campo magnético do núcleo imantado, gerando assim, forças
eletromotrizes induzidas na bobina do sensor, que são enviadas a um circuito
conversor analógico-digital existente no controlador EXC para tratamento do dado.
Na Figura abaixo, 41, é mostrado este sensor fora da locomotiva.
FIGURA 41 - Sensor indutivo de rotação para locomotiva
3.2.5.3.1 EPS
O EPS (Engine Position Sensor ou Sensor de Posição do Eixo do Motor) é um
sensor magnético de posição que fornece um pulso a cada duas voltas do eixo de
comando, possibilitando assim a partida do motor diesel, já que é o sinal de
referência usado pelo governador para iniciar a sequência de acionamento das
bombas injetoras.
Possui uma resistência interna que varia de 45 a 60 Ω enquanto o pulso
corresponde ao PMS do cilindro 1D. Na Figura 31 é mostrado este sensor instalado
numa locomotiva Dash 9W.

58
FIGURA 42 - Sensor EPS
3.2.5.3.2 CNK1 e CNK2
Os sensores de manivela enviam para o governador um sinal proporcional a 1 pulso
a cada 6o
de revolução do motor diesel possibilitando assim a partida e o
funcionamento contínuo do mesmo, sendo que em dois pontos, separados entre si
de 180o
, este sinal é omitido; totalizando assim 58 pulsos para cada volta do eixo
virabrequim.
A falta desses dois dentes na engrenagem gera um sinal de referência que permite a
unidade de injeção eletrônica identificar a posição de cada cilindro e o correto
sentido de giro do motor diesel. Após receber o sinal do sensor EPS e o governador
ler os pulsos emitidos pelos sensores CNK (Crank Sensor ou Sensor do Eixo
Virabrequim), se determina via software a correta sequência de acionamentos da
bomba injetoras.
Durante o funcionamento do motor diesel, um sensor fica ativo e o outro em stand
by. É através dos sensores CNK que o EGU monitora a rotação do motor sendo que
no caso de falha em ambos ocorrerá parada deste. As resistências internas variam
de 45 a 60 Ω. Na Figura 43 tem-se este sensor em evidência.
FIGURA 43 - Sensores CNK1 e CNK2

59
3.2.5.3.3 DSS
O sensor DSS (Diesel Speed Sensor ou Sensor de Velocidade de Rotação do Motor)
é responsável por enviar sinal de rotação do motor diesel ao módulo EXC. Na Figura
44 abaixo segue o instalado numa locomotiva Dash 9W.
FIGURA 44 – Sensor DSS
3.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS GOVERNADORES
Apesar dos governadores seguirem mesmo procedimento de funcionamento,
existem caractéristicas estruturais que em alguns casos tornam a operação de um
melhor que a outro e outras que dificultam a manutenção em relação aos mesmos.
3.3.1 Vantagens e desvantagens
O governador mecânico, por utilizar de um sistema pneumático para controle da
injeção está exposto a problemas causado por atrito e vibrações. Enquanto o
eletrônico, devido a sua estrutura de circuito elétrico, não.
Outra vantagem do eletrônico perante seu antecessor é a maior quantidade de
sensores: de rotação, pressão e temperatura; como mostrado no item 3.2.5.
Assim como apresentar tempo de injeção variável, o que pode ser visto comparando
as Figuras 15 e 22, e permitir uma melhor pulverização do combustível, pois este
chega ao pistão com maior pressão, devido ao melhor sensoriamento, o quê resulta
em menor acúmulo de carbonização (GE, 2003).
O sistema mecânico, em contrapartida, permite troca de componentes, devido a sua
estrutura, enquanto ao EGU, em caso de falha interna, deve-se trocar todo o
governador.

60
3.3.2 Turboalimentador
O turboalimentador é o componente do sistema de ar de admissão responsável por
pressurizar o ar de entrada. Quando maior a pressão do ar que chega as ventoinhas,
e em consequências aos pistões, maior é a pulverização de combustível durante a
injeção. Uma melhor pulverização resulta em um maior aproveitamento do
combustível injetado (ROMANHA, 2012).
O sistema eletrônico mostra-se mais vantajoso que o mecânico por permitir que o ar
atinja maiores valores de pressão. Tal fato ocorre pelo eletrônico apresentar pás
mais eficientes que o mecânico e sobretudo um sensoriamento pelo sensor FIMAP.
A existência deste sensor permite uma entrega de ar de admissão com uma pressão
mais correta se comparada com um sistema que não o possui.
3.3.3 Dispositivos de proteção
Os dois governadores oferecem proteção contra sobrevelocidade do eixo do MD,
porém devido a existência de sensores a mais no modelo eletrônico obtém-se sinais
que permitem o funcionamento de dispositivos de proteção.
O dispositivo de desligamento por baixa pressão de óleo lubrificante e de água de
resfriamento são exemplos, já que utilizam dados fornecidos pelo FIOP e FIWPS,
respectivamente. Tal situação se repete quanto ao dispositivo de sobre e
subtemperatura da água e do ar de admissão, pelos sensores FIEWT e FIMAT,
respectivamente.
No sistema eletrônico existem ainda o dispositivo de sobrepressão no cárter do MD
e de filtro obstruído de ar, que consistem de transdutores eletrônicos associados a
um diafragma.
Os dispositivos citados atuam diminuindo a potência produzida no motor diesel e em
casos críticos seu desligamento.

61
4 ANÁLISE DOS COMPONENTES PARA ADAPTAÇÃO
4.1 COMPONENTES ELÉTRICOS
Tendo em vista comparações entre os os diagramas elétricos dos governadores dos
sistemas mecânicos e eletrônicos, presentes nos arquivos GE TRANSPORTATION
SYSTEMS de 1987 (Dash 8) e 2000 (Dash 9) respectivamente, evidenciam-se quais
modificações devem ser feitas para o funcionamento correto do sistema de injeção.
As modificações presentes nos itens a seguir não constam nos manuais do
fabricante.
4.1.1 Remoção e adaptação dos cabos ligados ao governador mecânico e o
módulo EXC
Como todo o sistema mecânico será removidos, os cabos que ligam o governador
ao controlador EXC devem retirados e isolados para futura conexão com o EGU,
bem como os sensores ligados a ele como o RPS (Rail Position Sensor ou Sensor
de Posição do Pistão de Potência do Governador), o potenciômetro de ajuste de
carga e os sensores de pressão OPS (Oil Pressure Sensor ou Sensor de Pressão de
Óleo) e WPS (Water Pressure Sensor ou Sensor de Pressão de Água).
Abaixo segue parte do diagrama elétrico anterior, Figura 45, e na 46 o atualizado. Os
componentes a serem modificados estão em verde e seus respectivos cabos de
conexão em azul. Tal nomenclatura se repete nos diagramas de todo item 4.1.
FIGURA 45 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC evidenciando
as partes removidas
Fonte: Elab. Autor, 2013. Baseado em GE, 1987.

62
O circuito modificado fica:
FIGURA 46 - Parte do diagrama unifilar da conexão governador-EXC modificado
Para facilitar o entendimento segue a lista de cabos, Tabela 1, a serem removidos e
instalados:
TABELA 1 - Lista de cabos a serem removidos da conexão governador-EXC
CABOS
LIGAÇÕES ANTIGAS LIGAÇÕES NOVAS
ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO
9EP1 GOV-G TB1N – L - -
1LO1 GOV-H TB1P – S EGU-C11 TB1P-S
1YB1 GOV-J TB1L – T EGU-C15 TB1L – T
4EN1 GOV-K TB1L – N - -
10EP1 GOV-L EP - -
1TO1 GOV-M TB1L – W EGU-C9 TB1L – W
1RPAW1 971-R TB1M – A EGU-C37 TB1M – A
1RPAB1 971-P TB1M – B EGU-C42 TB1M – B
1RPCW1 971-G TB1M – C EGU-C36 TB1M – C
1RPCB1 971-E TB1M – D EGU-C41 TB1M – D
Os cabos utilizados nessas conexões são do tipo condutor único, de cobre com
revestimento de estanho, tendo isolamento a calor, umidade e abrasão. Possui
diâmetro de 1.31 mm2
e envelope reticulado, conforme especificado pelo fabricante
(GE TRANSPORTATION SYSTEMS, 1981).

63
4.1.2 Remoção e adaptação dos cabos da conexão do governador mecânico
com circuito de controle de velocidade de rotação (DVR)
Diferente do item anterior, onde os cabos de conexão entre o governador e o módulo
podiam ser facilmente substituído pelo eletrônico, no caso do DVR há a necessidade
de se substituir um dos relés de 4 contatos para 5, o mesmo utilizado nas séries
Dash 9 em diante, como mostrado nas Figuras 47 e 48.
FIGURA 47 - Detalhe do diagrama unifilar da conexão Governador-DVR
evidenciando as partes removidas

64
FIGURA 48 - Detalhe do diagrama unifilar evidenciando o relé trocado
E a lista das conexões a serem retiradas e feitas é:
TABELA 2 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador-DVR
CABOS
2LCN LCN DVR - 4C B61 DVR - 4C
3LCN LCN DVR - 4C B61 DVR - 4C
34N - - N DVR - 4C
79LCP1 - - LCP DVR - 5B
30PO - - PO DVR - 5C
Os cabos possuem as mesmas características do item anterior, 6.1.1.
4.1.3 Instalação das tomadas do EGU
A conexão do EGU ocorre por três tomadas, sendo assim faz-se necessário
estabelecer tais conexões para o funcionamento correto da máquina (PEDRO,
2009).

65
4.1.3.1 Ligação da tomada A do EGU
A tomada A é responsável pela conexão do EGU ao módulo de diagnóstico,
presente no AUX (DENARDI, 2009), e com os sensores, mostrados no item 4.2.5,
como mostrado na Figura 49.
FIGURA 49 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada A do EGU
Na Tabela 3 estão os cabos a seres inseridos.
TABELA 3 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (A)
CABO ORIGEM DESTINO
1RPCM1 EGU-A3 TB1M – C
1RPCB1 EGU-A4 TB1M – D
MKTS EGU-A7 ECA-P – C
MKTW EGU-A8 ECA-P – B
MKTB EGU-A9 ECA-P – A
CMSB EGU-A10 EPS – A
CMSW EGU-A11 EPS – B
CMSS EGU-A12 EPS – MALHA
NKTS EGU-A13 ECA-P – F

66
NKTW EGU-A14 ECA-P – E
NKTB EGU-A15 ECA-P – D
OPW EGU-A19 FIS-S – E
OPB EGU-A20 FIS-S – F
OPS EGU-A21 MALHA
WPN EGU-A23 FIS-S – G
WPB EGU-A24 FIS-S – H
WPS EGU-A25 MALHA
MAPW EGU-A26 FIS-S – J
MAPB EGU-A27 FIS-S – K
MAPS EGU-A28 MALHA
99GRC EGU-A29 GND
1CSIB1 EGU-A30 COMUM
1CSIW1 EGU-A31 COMUM
1CSIR1 EGU-A32 COMUM
1CSIS1 EGU-A33 MALHA
MATW EGU-A34 FIS-S – A
MATB EGU-A35 FIS-S – B
CKW EGU-A36 FIS-S – C
CKB EGU-A37 FIS-S – D
Fonte: CARDOSO, 2010c.

67
4.1.3.2 Ligação da tomada B do EGU
A tomada B do governador eletrônico é responsável pela conexão deste as bombas
injetoras, como mostrado na Figura 50.
FIGURA 50 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada B do EGU
TABELA 4 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (B)
CABO ORIGEM DESTINO
RPPA EGU-B1 FIP-S – J
12RPPA EGU-B2 FIP-S – T
LPPA EGU-B3 FIP-S – W
12LPPA EGU-B4 FIP-S – V
RPNA EGU-B5 FIP-S – K
RPNC EGU-B6 FIP-S – M
RPNG EGU-B7 FIP-S – R
RPND EGU-B8 FIP-S – N
RPNH EGU-B9 FIP-S – S
RPNF EGU-B10 FIP-S – Q
RPNB EGU-B11 FIP-S – L
RPNE EGU-B12 FIP-S – P
LPNA EGU-B15 FIP-S – A

68
LPNC EGU-B16 FIP-S – C
LPNG EGU-B17 FIP-S – G
LPND EGU-B18 FIP-S – D
LPNH EGU-B19 FIP-S – H
LPNF EGU-B20 FIP-S – F
LPNB EGU-B21 FIP-S – B
LPNE EGU-B22 FIP-S – E
16FPN1 EGU-B32 TB1M – M
2FPA1 EGU-B34 FPR – 2A
3FPA1 EGU-B35 FPR – 2A
17FPN1 EGU-B37 TB1M – M
Os cabos utilizados nessas conexões são do tipo condutor único, de cobre com
revestimento de estanho, tendo isolamento de borracha a produtos químicos do óleo
e seus derivados (etileno e propileno). Seu envelope é de um composto de
Neopreme que o adequa a operar à 90o
C e possui o diâmetro de 2,08 mm2
especificado pelo fabricante (GE TRANSPORTATION SYSTEMS, 1981).

69
4.1.3.3 Ligação da tomada C do EGU
A tomada C do governador eletrônico é responsável pela conexão deste ao sistema
de controle de velocidade de rotação, tratado no item 6.1.2 e ao EXC para os sinais
de pressão de óleo e água, como mostrada na Figura 51.
FIGURA 51 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação da tomada C do EGU
TABELA 5 - Lista de cabos e suas novas conexões da ligação Governador (C)
CABO ORIGEM DESTINO
75EP1 EGU-C1 TB1P – M
76LCP1 EGU-C2 TB1P – M
DVRE EGU-C5 DVR – 5A
31EP1 EGU-C6 TB1N – L
1CE1 EGU-C7 TB1S – B
1T01 EGU-C9 TB1L – W
1L01 EGU-C11 TB1P – S

70
4EN1 EGU-C14 TB1L – V
1YB1 EGU-C15 TB1L – T
P0PR EGU-C19 FIS-S – L
1ET1 EGU-C21 TB1P – G
1EY1 EGU-C22 TB1P – H
1EV1 EGU-C23 TB1P – J
1EB1 EGU-C24 TB1P – K
4.1.4 Adaptação do circuito do MAPS
Assim como os sensores do item 3.1.3.1 o sensor MAPS não está ligado
diretamente ao EGU e sim aos conectores FIS (Fuel Injection Connector ou
Conector da Injeção Eletrônica) e deste para o módulo AUX. Por estar presente
também no governador mecânico deve-se trocar a sua conexão que era 971-A para
FIS, como mostrado abaixo nas Figuras 52 e 53.
FIGURA 52 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX
FIGURA 53 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do MAPS ao AUX modificado
Como no item 4.1.1 segue a Tabela 6 com as conexões a serem modificadas.
TABELA 6 - Lista de cabos a serem conectados na ligação MAPS-AUX
CABO

71
MPAR1 971-A TB1M – J FIS-W TB1M – J
MPAW1 971-B TB1M – K FIS-V TB1M – K
MPAB1 971-C TB1H – L FIS-U TB1H – L
MPAS TB1P TB1M – H FIS-S TB1M – H
4.1.5 Adaptação do circuito do COPS
A modificação no sensor COPS, assim como a do item anterior, trata apenas de
trocar a ligação que ia para o 971 para o FIS, como mostrado abaixo.
FIGURA 54 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX
FIGURA 55 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do COPS ao AUX modificado
A Tabela 7 mostra as conexões a serem modificadas.
TABELA 7 - Lista de cabos a serem conectados na ligação COPS-AUX
CABO
1CCPR1 971-L TB1L – N FIS-T TB1L – N
1CCPW1 971-K TB1L – M FIS-S TB1L – M
1CCPB1 971-J TB1L – L FIS-R TB1L – L
Fonte: Elab. Autor, 2013

72
4.1.6 Adaptação do circuito do DSS
O sensor DSS, assim como os outros acima, tem sua conexão trocada do terminal
971 para o conector FIS com a adição de um cabo shield para maior proteção, como
mostrado nas figuras a seguir.
FIGURA 56 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC
FIGURA 57 - Detalhe do diagrama unifilar da ligação do DSS ao EXC modificado
A Tabela 8 mostra as conexões a serem modificadas.
TABELA 8 - Lista de cabos a serem conectados na ligação DSS-EXC
CABOS
1DSSW1 971-N TB1P – W FIS-S – X TB1P – W
1DSSB1 971-S TB1P – V FIS-S – Z TB1P – V
1DSSS1 971-M TB1P – X FIS-S – X TB1P – X
4.1.7 Instalação e confecção da caixa de sensores
Para garantir o funcionamento dos sensores FIWPS, FIMAP e MAPS é necessário
confeccionar uma caixa de proteção que facilite a conexão destes com os cabos do
governador eletrônico, como mostra o manual no fabricante (GE, 2000), Figura 58.

73
FIGURA 58 – Diagrama da caixa de sensores
Fonte: GE, 2000.
Tal sistema na locomotiva Dash 8 será instalado em um bloco próximo a estação de
partida do motor, perto do cilindro 8E, como mostrado na Figura 59.
FIGURA 59 - Caixa de sensores instalada na locomotiva Dash 8

74
4.1.8 Instalação e confecção da caixa de passagem de cabos
Buscando melhorar o aspecto estético e diminuir o número de eletrodutos dispersos
pelo motor diesel, fatores que podem ser causadores de falhas, se utiliza uma caixa
de condutores para fazer a ligação dos conectores FIS e outros sensores ao EGU;
como mostrado na Figura 60 do manual.
FIGURA 60 - Diagrama da caixa de passagem de cabos
Fonte: GE, 2001.
A caixa de passagem deverá ser instalada logo abaixo da caixa de sensores, item
anterior, como mostrado abaixo na Figura 61.
FIGURA 61 - Caixa de passagem de cabos instalada na locomotiva Dash 8

ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MECÂNICO PARA ELETRÔNICO DA LOCOMOTIVA GE DASH 8

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