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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
JOSÉ NELSON FIGUEIREDO
METODOLOGIA DE CÁLCULO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
PARA O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado
em Engenharia de Transportes do Instituto Militar de
Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título
de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.
Orientador: Paulo Afonso Lopes da Silva, Ph.D.
Coorientador: Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc.
Rio de Janeiro
2015
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c2015
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha
Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de
arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas
deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser
fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e
que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)
orientador(es).
625.1
Figueiredo, José Nelson
F475m Metodologia de cálculo da eficiência energética para o transporte ferroviário de carga / José Nelson Figueiredo, orientado por Luiz Antonio Silveira Lopes e Paulo Afonso Lopes da Silva – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 160p.: il. Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2015. 1. Curso de Engenharia de Transportes – teses e dissertações. 2. Ferrovias. 2. Transporte de carga. I. Lopes, Luiz Antonio Silveira. II. Silva, Paulo Afonso Lopes da. III. Título. IV. Instituto Militar de Engenharia.
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
JOSÉ NELSON FIGUEIREDO
METODOLOGIA DE CÁLCULO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
PARA O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de
Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título
de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.
Orientador: Paulo Afonso Lopes da Silva, Ph.D.
Coorientador: Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc.
Aprovada em 6 de maio de 2015 pela seguinte Banca Examinadora:
Prof. Paulo Afonso Lopes da Silva – Ph.D. do IME – Presidente
Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes – D.Sc. do IME
Prof.ª Renata Albergaria de Mello Bandeira – D.Sc. do IME
Prof. Fernando Marques de Almeida Nogueira – D.Sc. da UFJF
Rio de Janeiro
2015
4
Dedico este trabalho a Deus, à minha mãe Maria de
Lourdes, ao meu pai José Joaquim (in memoriam), à
minha esposa Kátia e à minha filha Flávia.
5
AGRADECIMENTOS
Gostaria de expressar meus sinceros agradecimentos a todos que contribuíram em minha
formação pessoal e profissional ao longo da trajetória deste trabalho, em especial:
A minha esposa Kátia e a minha filha Flávia pelo apoio incondicional na realização de
um sonho adiado por trinta e tantos anos.
Aos professores Cel. Paulo Afonso Lopes da Silva e Cel. Luiz Antônio Silveira Lopes
pela confiança, paciência, orientação e por todos os seus valiosos conselhos e ensinamentos.
Aos professores Cap. Renata Albergaria de Mello Bandeira e Fernando Marques de
Almeida Nogueira pela participação na banca de avaliação e pelas críticas e sugestões tão
oportunas. Foi motivo de muito orgulho ter um representante da Universidade Federal de Juiz
de Fora em um momento tão importante em minha vida.
Ao Instituto Militar de Engenharia, pelo acolhimento e pela oportunidade de
aprendizado de alta qualidade, aos professores e à coordenação do curso, pela qualidade do
ensino, pela cordialidade e carinho ao longo do curso, em especial ao Prof. Cap. Adriano de
Paula Fontainhas Bandeira pelo estímulo e aconselhamento.
Ao Sgt. Eduardo Oazem que sempre foi muito prestativo, cordial e amigo no tratamento
dos assuntos da vida acadêmica e que fez o esforço de cursar o mestrado em outra cidade ser
muito mais ameno.
À MRS Logística S.A. pela oportunidade de capacitação.
Aos amigos Eliezer Tadeu Dore e Ronaldo Resende Borges que, paralelamente à vida
corporativa, me permitiram realizar o sonho de cursar o mestrado.
Aos amigos Marcelo Neder e José Geraldo Ferreira (meu guru) que apoiaram o projeto
de cursar o mestrado desde a primeira hora.
Aos amigos Armando Sisdelli, Bernardo Abreu, Enio Silva Junior, Sabrina Veloso,
Sérgio Cassemiro, Valmir dos Santos e Valmir Lellis, pelo apoio incondicional, discussões e
oportunidades de aprendizado sobre o transporte ferroviário de carga.
Aos amigos Flávio Novaes e Diego Fabri pelos ensinamentos sobre as aplicações de
tecnologia da informação e automação ao transporte ferroviário de carga.
Aos amigos Thales Augusto dos Santos e Leonardo Vianna, hoje também mestres, pelo
caminho desbravado, pelas palavras de apoio e pela sabedoria demonstrada ao longo da minha
jornada no IME.
Finalmente, aos amigos Leonardo Cezário e Pedro Peron pelo companheirismo e
amizade dentro e fora das salas de aula.
Ninguém vence sozinho. Obrigado a todos!
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SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ..................................................................................................... 5
LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. 9
LISTA DE EQUAÇÕES ......................................................................................................... 10
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16
1.1. Contextualização ........................................................................................................ 16
1.2. Objetivo ...................................................................................................................... 17
1.3. Justificativa e Relevância ........................................................................................... 18
1.4. Estrutura ..................................................................................................................... 19
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 21
2.1. O Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ............................................................. 21
2.1.1. Características do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ................................... 21
2.1.2. Sistema Ferroviário de Carga Brasileiro .................................................................... 21
2.1.3. A Matriz de Transportes no Brasil ............................................................................. 22
2.1.4. Energia e Transporte no Brasil ................................................................................... 23
2.1.5. Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) ............................................... 26
2.1.6. As Concessões Ferroviárias no Brasil ........................................................................ 27
2.1.7. Produção das Ferrovias Brasileiras ............................................................................ 32
2.1.7.1. Ferrovia de Carga Pesada ........................................................................................... 32
2.1.7.2. Ferrovia de Carga Geral ............................................................................................. 33
2.1.7.3. Transporte Realizado pelas Ferrovias Brasileiras ...................................................... 34
2.1.8. Emissões Atmosféricas das Ferrovias Brasileiras ...................................................... 40
2.2. Material Rodante: Locomotivas e Vagões ................................................................. 41
2.3. Eficiência Energética ................................................................................................. 44
2.3.1. A Gestão da Energia .................................................................................................. 44
2.3.2. Definição de Eficiência Energética ............................................................................ 45
2.3.3. Definição do Indicador de Eficiência Energética....................................................... 46
2.3.4. Indicador de Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga ................... 51
2.4. Esforços Resistentes ao Movimento dos Trens .......................................................... 54
7
2.4.1.1. Resistências Normais ................................................................................................. 55
2.4.1.2. Resistências Acidentais .............................................................................................. 60
2.5. A Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil .................... 63
2.6. Indicador de Desempenho .......................................................................................... 65
2.6.1. Características de Uma Empresa Ferroviária ............................................................. 65
2.6.2. O Que é um Indicador de Desempenho? ................................................................... 67
2.6.3. O Que é um Indicador Chave de Desempenho? ........................................................ 70
2.6.4. Documentação do Indicador de Desempenho ............................................................ 71
2.7. Armazém de Dados .................................................................................................... 72
2.7.1. Construção do Armazém de Dados ............................................................................ 73
2.7.2. Modelagem Dimensional do Armazém de Dados ..................................................... 74
2.7.3. Modelagem Conceitual do Armazém de Dados ........................................................ 76
2.7.4. Modelagem Lógica e Física do Armazém de Dados ................................................. 80
3. APRESENTAÇÃO DA MRS LOGÍSTICA S.A. .................................................. 83
3.1. Corredores Ferroviários: Ferrovia do Aço e Linha do Centro ................................... 87
3.2. Material Rodante da MRS Logística S.A. .................................................................. 89
3.3. Maquinistas da MRS Logística S.A. .......................................................................... 90
4. MODELAGEM PROPOSTA PARA O INDICADOR DE EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA ......................................................................................................... 92
4.1. Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho ....................... 92
4.2. Aplicação do Modelo Proposto .................................................................................. 94
4.2.1. Detalhamento da Aplicação do Modelo Proposto ...................................................... 94
4.2.2. Documentação do Indicador de Eficiência Energética .............................................. 95
4.2.3. Desdobramento do Indicador de Eficiência Energética ............................................. 98
5. IMPLEMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .. 100
5.1. Abordagem Proposta para o Armazém de Dados .................................................... 100
5.1.1. Sistemas de Gestão da Operação Ferroviária ........................................................... 102
5.1.2. Mapeamento das Fontes de Dados ........................................................................... 103
5.1.3. Modelo Conceitual do Armazém de Dados ............................................................. 104
5.1.4. Modelo Lógico e Físico do Armazém de Dados ...................................................... 107
8
5.1.5. Fluxo de Dados para o Armazém de Dados ............................................................. 109
6. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................... 111
6.1. Cálculo do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Ferroviário ............. 111
6.1.1. Cálculo do Consumo de Combustível por Locomotiva ........................................... 111
6.1.2. Análise da Malha Ferroviária ................................................................................... 112
6.1.3. Análise de Rampas e Curvas .................................................................................... 116
6.1.4. Cálculo da Resistência de Rampa e Curva ............................................................... 120
6.1.5. Cálculo das Resistências Normais de Locomotiva e Vagão .................................... 120
6.1.6. Processo de Cálculo do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ............ 120
6.2. Análise Dimensional do Indicador de Eficiência Energética ................................... 122
6.2.1. Potencialidade de Análise Oferecida pelo Modelo Proposto ................................... 122
6.2.2. Análise da Circulação de Trens ............................................................................... 123
6.2.3. Análise da Eficiência Energética por Segmento Ferroviário ................................... 126
6.2.4. Análise da Eficiência Energética por Locomotiva ................................................... 131
6.2.5. Análise da Eficiência Energética por Maquinista .................................................... 137
6.2.6. Análise da Eficiência Energética por Trem ............................................................. 142
7. CONCLUSÕES E PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES .................................... 145
7.1. Conclusões ............................................................................................................... 145
7.2. Principais Recomendações ....................................................................................... 147
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 148
9. APÊNDICES ........................................................................................................... 154
9.1. APÊNDICE 1: Linguagem de Cálculo do Indicador de Eficiência Energética ....... 155
9.2. APÊNDICE 2: Rotina de Cálculo das Resistências de Rampa e Curva .................. 156
9.3. APÊNDICE 3: Rotina de Cálculo das Resistências Normal e Total ....................... 157
9.4. APÊNDICE 4: Rotina de Cálculo da Distribuição do Consumo de Combustível ... 158
9.5. APÊNDICE 5: Visualização de Dados .................................................................... 159
9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG. 1 Participação dos Produtos Transportados por Ferrovias no Brasil - 2013 - (em %) .... 22
FIG. 2 Matriz de Transportes - Brasil - 2005: Real - 2025: Projetada ..................................... 23
FIG. 3 Consumo Total de Derivados de Petróleo e Gás Natural - 1973/2013 - 103 tep (toe)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013) ........................................ 24
FIG. 4 Consumo de Energia por Setores da Economia Brasileira – 2013 ............................... 24
FIG. 5 Consumo de Energia nos Transportes (2013) ............................................................... 25
FIG. 6 Consumo Final do Setor de Transportes - Brasil - 2013 - 103 tep (toe) ....................... 26
FIG. 7 Malha Ferroviária do Brasil .......................................................................................... 28
FIG. 8 Transporte Intermodal – Rodoviário e Ferroviário ....................................................... 34
FIG. 9 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 01 (em milhares de TU) ......................... 36
FIG. 10 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 02 (em milhares de TU) ....................... 36
FIG. 11 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhares de TU) .............. 37
FIG. 12 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhões de TKU) ............. 38
FIG. 13 Principais Mercadorias Transportadas em 2010 ......................................................... 39
FIG. 14 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t) ......................... 41
FIG. 15 Esquema típico de uma locomotiva diesel-elétrica ..................................................... 42
FIG. 16 Contato Roda Trilho ................................................................................................... 55
FIG. 17 Coeficientes a, b e c da Resistência Normal ............................................................... 56
FIG. 18 Inscrição do truque nos trilhos .................................................................................... 61
FIG. 19 Componentes da resistência de rampa ........................................................................ 63
FIG. 20 Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil ......................... 64
FIG. 21 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária - 2002/2011 (em mil m3/ano) ... 65
FIG. 22 Elementos Essenciais do Transporte Ferroviário ........................................................ 66
FIG. 23 Fluxo de Informação ................................................................................................... 66
FIG. 24 Representação Gráfica de Fato e Dimensões .............................................................. 75
FIG. 25 Processo genérico de criação do armazém de dados. ................................................. 76
FIG. 26 Modelo Fato Dimensional. ......................................................................................... 78
FIG. 27 Mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual ................................... 81
FIG. 28 Mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico .......................................... 82
FIG. 29 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A. ........................................ 83
FIG. 30 Mercadoria Transportada em 2013 (em TU) .............................................................. 84
10
FIG. 31 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em milhões R$) ................................ 85
FIG. 32 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em %) ............................................... 86
FIG. 33 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. - 2012/2013 ................................ 86
FIG. 34 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. 2012/2013.................................. 87
FIG. 35 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A. ........................................ 88
FIG. 36 Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho ........................ 93
FIG. 37 Documentação do Indicador de Eficiência Energética ............................................... 97
FIG. 38 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ............... 105
FIG. 39 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista ............. 106
FIG. 40 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Segmento ..................... 107
FIG. 41 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista. .................. 108
FIG. 42 Modelo Lógico Auxiliar para Registro de Rampa e Curva ...................................... 109
FIG. 43 Fluxo de Captura de Dados ....................................................................................... 110
FIG. 44 Cálculo do consumo de combustível ........................................................................ 111
FIG. 45 Segmento Ferroviário ............................................................................................... 112
FIG. 46 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 1) ... 114
FIG. 47 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 2) ... 115
FIG. 48 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 3) ... 116
FIG. 49 Altitude Mínima, Média e Máxima (em m) dos Segmentos do Grupo 2A .............. 118
FIG. 50 Quantidade de curvas à direita e a esquerda dos Segmentos do Grupo 2A .............. 119
FIG. 51 Processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ................ 121
FIG. 52 Circulação de Trens Sentido Exportação - dez/2014 ................................................ 125
FIG. 53 Circulação de Trens Sentido Importação - dez/2014 ................................................ 126
FIG. 54 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário .................................. 127
FIG. 55 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário .................................. 128
FIG. 56 Consumo de Combustível Diário pela Circulação no Segmento FJC/FJO - dez/2014
.................................................................................................................................. 129
FIG. 57 Análise da Carga Transportada (em tu e tb), Transporte Realizado (em TKU e TKB),
Combustível Consumido (em l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) ..................... 130
FIG. 58 Eficiência Energética por Locomotiva ..................................................................... 131
FIG. 59 Classificação das Locomotivas ................................................................................. 132
FIG. 60 Comparação da Classificação das Locomotivas por Transporte Realizado (em TKB) e
Eficiência Energética (em l/mil TKB) - dez/2014 ................................................... 133
11
FIG. 61 Análise de Locomotivas - Quantidade de Viagens (trens), Tempo de Fabricação (d),
Tempo de Serviço (d), Transporte Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e
Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014 ......................................................... 134
FIG. 62 Eficiência Energética da Locomotiva LOCO155 por Segmento Ferroviário - dez/2014
- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1).............................................. 135
FIG. 63 Eficiência Energética da Locomotiva LOCO155 por Segmento Ferroviário - dez/2014
- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2).............................................. 136
FIG. 64 Média de Idade e Tempo de Trabalho dos Maquinistas Analisados - dez/2014 ...... 137
FIG. 65 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelos maquinistas que produziram acima de
90.000.000 de TKB - dez/2014 ................................................................................ 137
FIG. 66 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelo Maquinista MQ0233 ....................... 138
FIG. 67 Análise de Maquinistas - Idade (ano), Tempo de Trabalho na MRS (ano), Transporte
Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e ................................................... 139
FIG. 68 Eficiência Energética obtida pelo Maquinista MQ0233 por Segmento Ferroviário -
dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1) .............................. 140
FIG. 69 Eficiência Energética obtida pelo Maquinista MQ0233 por Segmento Ferroviário -
dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2) .............................. 141
FIG. 70 Análise de Trens por Lotação (vazio ou carregado) Transporte Realizado (TKB),
Consumo de Combustível (l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014 ....... 142
FIG. 71 Eficiência Energética Obtida na Circulação do Trem TR0113 por Segmento
Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)......... 143
FIG. 72 Eficiência Energética Obtida na Circulação do Trem TR0113 por Segmento
Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)......... 144
FIG. 73 Gráfico de Coordenadas Paralelas ............................................................................ 160
12
LISTA DE TABELAS
TAB. 1 Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil ................................................. 29
TAB. 2 Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil ................... 30
TAB. 3 Extensão da Malha Ferroviária do Brasil – 2013 (em KM) ........................................ 30
TAB. 4 Produto Transportado por Concessionária .................................................................. 31
TAB. 5 Bitolas Ferroviárias ..................................................................................................... 33
TAB. 6 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 - (em milhares de TU) ... 35
TAB. 7 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 – (em milhões de TKU) . 38
TAB. 8 Evolução do Transporte de Cargas por Tipo de Mercadoria - 2003/2010 - (em milhões
de TKU) ........................................................................................................................ 39
TAB. 9 Emissões Totais do Transporte Ferroviário de Cargas 2002/2011 ............................. 40
TAB. 10 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t) ....................... 41
TAB. 11 Características do Vagão GDT .................................................................................. 43
TAB. 12 Características do Vagão HAT .................................................................................. 44
TAB. 13 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária 2002/2011 (em mil m3/ano) .... 64
TAB. 14 Características da MRS Logística S.A. ..................................................................... 83
TAB. 15 Transporte Realizado pela Concessionária MRS Logística S.A. por Grupo de
Mercadoria - 2013 (em TU) ....................................................................................... 84
TAB. 16 Transporte Realizado pela Concessionária MRS Logística S.A. por Grupo de
Mercadoria - 2013 (em TKU) .................................................................................... 85
TAB. 17 Frota Ativa de Locomotivas da Concessionária MRS Logística S.A. 2013 ............. 89
TAB. 18 Frota de Vagões da Concessionária MRS Logística S.A. - 2013 .............................. 89
TAB. 19 Grupos de Segmentos da Malha Ferroviária ........................................................... 113
TAB. 20 Origem e Destino dos Trens - Amostra Analisada (em quantidade de trens) ......... 124
13
LISTA DE EQUAÇÕES
EQ. 1 Indicador de Eficiência Energética ................................................................................ 47
EQ. 2 Eficiência Energética Apropriada ao Transporte de Carga ............................................ 48
EQ. 3 Intensidade Energética ................................................................................................... 49
EQ. 4 Consumo de Energia Final por esforço de Tração ......................................................... 51
EQ. 5 Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido ................................................... 52
EQ. 6 Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego ............................................ 52
EQ. 7 Consumo de Energia Final por Saída real de Tráfego ................................................... 52
EQ. 8 Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados ou Parados ............. 53
EQ. 9 Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo ................................................. 53
EQ. 10 Eficiência da Rede de Distribuição de Trem ............................................................... 53
EQ. 11 Resistência Normal ...................................................................................................... 56
EQ. 12 Resistência Normal de Locomotiva ............................................................................. 57
EQ. 13 Resistência Normal de Locomotiva II ......................................................................... 57
EQ. 14 Resistência Normal de Vagão ...................................................................................... 58
EQ. 15 Resistência Normal de Vagão II .................................................................................. 58
EQ. 16 Resistência Normal Total ............................................................................................. 59
EQ. 17 Resistência de Inércia .................................................................................................. 60
EQ. 18 Resistência de Inércia II ............................................................................................... 61
EQ. 19 Resistência de Curva de Locomotiva ........................................................................... 61
EQ. 20 Resistência de Curva de Vagão .................................................................................... 62
EQ. 21 Resistência de Rampa .................................................................................................. 62
14
RESUMO
A gestão da energia é um dos itens mais críticos para um transportador ferroviário em
função dos impactos operacionais, financeiros e ambientais decorrentes do consumo de energia.
A gestão de energia deve ser realizada a partir da utilização de abordagens metodológicas
baseadas em indicadores de desempenho que permitam o monitoramento constante do uso
eficiente da energia e que possibilitem o aprimoramento dos processos de tomada de decisão.
Neste trabalho é proposta uma metodologia para modelagem, implementação e cálculo do
indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga. O objetivo é a apuração
do indicador por segmento ferroviário, locomotiva, maquinista e trem. A apuração do indicador
é realizada a partir da adoção de um armazém de dados construído de acordo com a técnica de
modelagem fato dimensional. O cálculo da eficiência energética por segmento ferroviário
(granularidade adequada para cálculo e análise) é viabilizado pela utilização das resistências ao
movimento de trens como fator de ponderação do consumo real de combustível. A partir do
segmento ferroviário viabiliza-se a apuração do indicador por locomotiva, maquinista e trem
em vários níveis de agregação. O modelo proposto foi testado com base em uma ferrovia
hipotética e em um estudo de caso utilizando dados reais de uma concessionária de transporte
ferroviário de carga. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade da documentação, do
cálculo e da análise do indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga.
15
ABSTRACT
Energy management is one of the most critical items for a rail carrier based on
operational, financial and environmental impacts of energy use. Energy management must be
performed from the use of methodological approaches based on performance indicators
enabling the constant monitoring of the efficient use of energy and enabling the improvement
of decision-making processes. This paper proposes a methodology for modeling,
implementation and calculation of the energy efficiency indicator of goods transportation. The
goal is to calculate the indicator for rail segment, locomotive, driver and train. The calculation
of the indicator is enabled with the adoption of a data warehouse built according to the technique
of dimensional fact modeling. The calculation of energy efficiency by rail segment (appropriate
granularity for calculation and analysis) is enabled by the use of resistance to the movement of
trains as a weighting factor the real fuel consumption. From the railway segment enables to
calculate the indicator for locomotive, driver and train at various levels of aggregation. The
proposed model was tested based on a hypothetical railway and a case study using real data
from a cargo railway concession. The results demonstrate the feasibility of documentation,
calculation and analysis of the energy efficiency indicator of goods transportation.
16
1. INTRODUÇÃO
1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO
O setor de transportes é atualmente um grande consumidor final de energia e há uma
expectativa de que este papel muito importante seja mantido em relação a demanda global de
energia nas próximas décadas. (IEA, 2014).
A eficiência energética é prioritária para o crescimento de muitos países e organizações
ao redor do mundo. É amplamente reconhecida como o meio mais eficaz e prontamente
disponível para resolver inúmeras questões relacionadas com o consumo de energia, incluindo
a segurança energética, os impactos sociais e econômicos dos altos preços da energia e as
preocupações com as alterações climáticas. Ao mesmo tempo, a eficiência energética aumenta
a competitividade e promove o bem-estar (IEA, 2014).
O transporte ferroviário apresenta-se como uma alternativa viável para a movimentação
de carga em larga escala em função de suas características primordiais de grande capacidade de
deslocamento de carga, baixo custo de manutenção, quando comparado a outros modos de
transportes, e ser pouco poluente. Entretanto, estas vantagens só se concretizam com uma gestão
eficiente dos meios disponíveis.
A gestão da energia é um dos itens mais críticos para um transportador ferroviário em
face dos impactos operacionais, financeiros e ambientais decorrentes do consumo de energia.
A gestão da energia deve ser realizada a partir do emprego de abordagens metodológicas
baseadas em indicadores de desempenho que permitam o monitoramento constante do uso
eficiente da energia e que possibilitem o aprimoramento dos processos de tomada de decisão.
A demanda global por transporte está crescendo a taxas incrivelmente rápidas. A
eficiência energética é uma prioridade na agenda de governos e empresas que procuram reduzir
o desperdício do consumo de energia. No entanto, a falta de dados para o desenvolvimento de
17
indicadores apropriados para medir a eficiência energética, muitas vezes impede que países e
empresas transformem declarações em ações efetivas (IEA, 2014).
Neste contexto, é importante desenvolver e manter indicadores bem fundamentados para
melhorar a formulação de estratégias e ajudar os decisores no processo de tomada de decisões.
No entanto, a escolha e desenvolvimento de indicadores apropriados não é simples.
O estabelecimento de indicadores de eficiência energética objetiva a criação de
referências no sentido de permitir que tomadores de decisão entendam onde é necessária uma
maior eficiência, aplicar as estratégias adequadas e medir o seu impacto. O objetivo final é fazer
com que uma maior eficiência energética não seja apenas um conceito, mas torne-se uma prática
constante, incorporada aos sistemas de gestão praticados.
1.2. OBJETIVO
Esta dissertação tem como objetivos:
1. A proposição de um modelo para conceituação, implementação e cálculo do
indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de carga e
2. A aplicação do modelo proposto em um estudo de caso que permita testar suas
características em uma situação real.
Será realizada revisão bibliográfica com foco na:
1. Contextualização do transporte ferroviário de carga no Brasil;
2. Conceituação da eficiência energética;
3. Conceituação de material rodante: locomotivas e vagões;
4. Conceituação dos esforços resistentes ao movimento dos trens;
5. Eficiência energética do transporte ferroviário de carga no Brasil;
6. Conceituação de indicador de desempenho;
7. Conceituação de armazém de dados.
18
O modelo proposto é baseado:
1. No entendimento de que o indicador de eficiência energética é um indicador
chave de desempenho, em função do aspecto estratégico da gestão de energia;
2. Na modelagem de um armazém de dados, em função da complexidade da
estrutura de dados para armazenamento do indicador;
3. Na utilização das resistências aos movimentos dos trens como fator de
ponderação no cálculo do consumo de combustível por segmento ferroviário.
O modelo proposto considera o cálculo do consumo de combustível, e por decorrência
a eficiência energética, por segmento ferroviário. A partir daí será possível o cálculo da
eficiência energética por locomotiva, maquinista e trem, com os respectivos níveis de
agregação. O que torna possível o cálculo pretendido é a existência do consumo de combustível
real por locomotiva e a possibilidade de cálculo das resistências normais e acidentais de cada
segmento ferroviário. A resistência total do segmento será usada como fator de ponderação do
combustível consumido por uma locomotiva por todo o percurso realizado entre dois
abastecimentos consecutivos.
O modelo proposto será testado, inicialmente, em uma ferrovia hipotética e,
posteriormente, será submetido aos dados de uma situação real.
O modelo proposto nesta dissertação pretende ser genérico em relação a sua adoção. A
sua utilização dependerá diretamente da disponibilidade e da qualidade dos dados compatíveis
com a estrutura proposta.
1.3. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA
O transporte ferroviário de carga no Brasil vem sofrendo grandes transformações nos
últimos anos. Ações governamentais como estabelecimento do Plano Nacional de Logística e
Transportes (MT, 2007 e 2012), do Programa de Investimento em Logística – Ferrovias (PIL),
na construção de trechos ferroviários como Ferrovia Norte-Sul (FNS) e Ferrovia de Integração
Oeste-Leste (FIOL), de um novo marco regulatório para o setor ferroviário, demonstram que o
transporte ferroviário tem importância estratégica para o país (MT, 2014).
19
No setor privado, a movimentação de cargas pelas ferrovias cresceu 78,5%, no período
compreendido entre 1997 e 2013, decorrente de grandes investimentos realizados pelas
concessionárias do transporte ferroviário de carga. Há a expectativa de crescimento na
movimentação de carga transportada pelas ferrovias de 12,8% entre 2014 a 2016 (BAMBINI,
2014).
O contexto ferroviário no Brasil indica uma participação cada vez maior na economia,
exigindo aprimoramento constante dos métodos de gestão e a adoção de práticas que favoreçam
o processo de tomada de decisão. Considerando a importância da gestão de energia para um
transportador ferroviário, com desdobramentos operacionais, financeiros e ambientais,
justifica-se a realização de estudos e pesquisa relacionadas a eficiência energética.
Na visão da Agência Internacional de Energia (IEA), a eficiência energética é o
"primeiro combustível" com grande potencial inexplorado. Em um contexto mais amplo, a
eficiência energética está se tornando uma fonte de energia cada vez mais importante no
contexto nacional e internacional, com grandes esforços para o atingimento de metas de
sustentabilidade. Isso reflete uma mudança de paradigma que está começando a dar crédito às
ações, tanto na oferta como na demanda, na busca para alcançar o crescimento econômico e
apoiar a segurança energética, competitividade e sustentabilidade ambiental (IEA, 2014).
1.4. ESTRUTURA
Esta dissertação está estruturada da seguinte forma:
Capítulo 1 – Introdução: neste capítulo são apresentadas as considerações iniciais sobre
o assunto, o objetivo, a justificativa, a relevância e a estruturação da dissertação.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica: trata das produções científicas que fundamentam
esta dissertação e a construção do modelo proposto. Aborda a contextualização do transporte
ferroviário de carga no Brasil, a conceituação da eficiência energética, de material rodante:
locomotivas e vagões, dos esforços resistentes ao movimento dos trens, da modelagem de
indicador de desempenho, da modelagem de armazém de dados e da contextualização da
20
eficiência energética do transporte ferroviário de carga no Brasil.
Capítulo 3 – Apresentação da MRS Logística S.A.: apresenta a concessionária MRS
Logística S.A. onde foi realizado o estudo de caso da aplicação do modelo proposto.
Capítulo 4 – Modelagem do Indicador de Eficiência Energética: aborda a definição de
indicador de desempenho, apresenta o modelo proposto para documentação do indicador de
desempenho, apresenta o resultado obtido com a aplicação do modelo proposto com o
detalhamento do indicador de eficiência energética.
Capítulo 5 – Implementação do Indicador de Eficiência Energética: aborda a
conceituação de armazém de dados e as modelagens conceitual, lógica e física do armazém de
dados. O capítulo é concluído com a apresentação da abordagem proposta para a construção do
armazém de dados, enfatizando o mapeamento das fontes de dados (sistemas de gestão da
operação ferroviária) e as técnicas de modelagem aplicadas.
Capítulo 6 – Análise do Indicador de Eficiência Energética: aborda todos os
procedimentos de cálculo do indicador de eficiência energética, enfatizando o cálculo das
resistências normais e acidentais, necessárias ao cálculo do consumo de combustível, e o
processo de cálculo do indicador de eficiência energética propriamente dito. Aborda, também,
a análise dimensional do indicador de eficiência energética, enfatizando a seleção da amostra
de dados e o cálculo do indicador por segmento ferroviário, locomotiva e maquinista.
Capítulo 7 – Conclusões e Principais Recomendações: no último capítulo são
apresentadas as conclusões e as recomendações decorrentes do estudo realizado, assim como
são propostas algumas sugestões para a elaboração de futuros trabalhos que utilizem a mesma
abordagem.
21
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. O TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA NO BRASIL
2.1.1. CARACTERÍSTICAS DO TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA NO
BRASIL
As principais características do transporte ferroviário de carga no Brasil, de acordo com
o Ministério dos Transportes, são:
Grande capacidade de carga;
Adequado para grandes distâncias;
Elevada eficiência energética;
Alto custo de implantação;
Baixo custo de transporte;
Baixo custo de manutenção;
Possui maior segurança em relação ao modal rodoviário;
Transporte lento devido às suas operações de carga e descarga;
Baixa flexibilidade com pequena extensão da malha;
Baixa integração entre os estados;
Pouco poluente (MT, 2015).
2.1.2. SISTEMA FERROVIÁRIO DE CARGA BRASILEIRO
Os principais produtos transportados por ferrovia no Brasil são:
Minérios/Carvão Mineral;
Produtos do Agronegócio;
Produtos Siderúrgicos;
Derivados de Petróleo e Álcool;
Insumos para Construção Civil.
22
Grande parte da malha ferroviária brasileira é utilizada para transporte de commodities,
principalmente minério de ferro e grãos provenientes da agroindústria. Os principais eixos
ferroviários ligam as áreas de produção/extração aos grandes centros urbanos e aos portos do
país, para consumo interno e, principalmente, para exportação.
A FIG. 1 apresenta a participação dos produtos transportados por ferrovia no Brasil no
ano de 2013 (BAMBINI, 2014).
FIG. 1 Participação dos Produtos Transportados por Ferrovias no Brasil - 2013 - (em %)
Fonte: Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários (ANTF)
2.1.3. A MATRIZ DE TRANSPORTES NO BRASIL
O Plano Nacional de Logística & Transportes (PNLT), desenvolvido pelos Ministérios
dos Transportes e da Defesa em 2007, apresenta a matriz de transportes brasileira como era em
2005 e a projeção para 2025. A matriz de transportes de 2005 ressalta a disparidade existente
entre os modos de transporte com forte presença do transporte rodoviário (58%). A projeção da
matriz de transportes para 2025 apresenta uma matriz balanceada, destacando o equilíbrio entre
os modais rodoviário (33%), ferroviário (32%) e aquaviário (29%). Tal equilíbrio, se alcançado,
permitirá que a economia brasileira e a sociedade de um modo geral usufruam das melhores
características oferecidas por cada um dos modos de transporte.
A FIG. 2 apresenta a matriz de transportes real em 2005 e projetada para 2025, conforme
publicado no Plano Nacional de Logística e Transportes (MT, 2007).
23
FIG. 2 Matriz de Transportes - Brasil - 2005: Real - 2025: Projetada
Fonte: Plano Nacional de Logística & Transportes (PNLT) – 2007
A distribuição espacial da logística de transportes no território brasileiro revela outro
desequilíbrio com a concentração na região centro-sul com destaque para o estado de São Paulo.
A malha rodoviária possui vascularização e densidade muito superiores, demonstrando
a predominância deste modo de transporte para a circulação de mercadorias e pessoas. A forte
predominância das rodovias sobre os outros modos de transporte no país é evidenciada pela
participação de 61% do transporte de carga.
As regiões metropolitanas de São Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Porto Alegre
destacam-se pela alta densidade de rodovias e ferrovias com grande influência na economia
brasileira (IBGE, 2014).
2.1.4. ENERGIA E TRANSPORTE NO BRASIL
O setor de transportes no Brasil apresenta-se, historicamente, como grande consumidor
de derivados de petróleo.
O comportamento de crescimento do consumo total de derivados de petróleo e gás
natural pelo setor de transportes é demonstrado pela série histórica que abrande o período de
1973 até 2013, conforme FIG. 3.
24
FIG. 3 Consumo Total de Derivados de Petróleo e Gás Natural - 1973/2013 - 103 tep (toe)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013)
Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
O setor de transportes no Brasil é o 2º maior consumidor de energia, respondendo por
32% de todo consumo final no ano de 2013, segundo o Balanço Energético Nacional (EPE,
2014a).
A FIG. 4 apresenta o consumo de energia no Brasil por setores da economia no ano de
2013, conforme publicado no Balanço Energético Nacional (EPE, 2014a). A produção
industrial, transporte de carga e mobilidade das pessoas respondem por 66% do consumo de
energia do país.
FIG. 4 Consumo de Energia por Setores da Economia Brasileira – 2013
Participação por Setores da Economia (em %)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013)
Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
25
A FIG. 5 apresenta o consumo de energia pelo setor de transportes no Brasil por tipo de
fonte de energia no ano de 2013, conforme publicado no Balanço Energético Nacional (EPE,
2014a).
A participação do óleo diesel destaca-se entre todas as fontes de energia, com 46,4% do
consumo total de energia do setor de transportes.
FIG. 5 Consumo de Energia nos Transportes (2013)
Participação por Tipo de Fonte de Energia (em %)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013)
Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
A predominância do modo de transporte rodoviário é destacada com um consumo médio
de 59.401 toe (103 tep) no período compreendido entre 2004 e 2013. O transporte ferroviário
apresenta-se com baixo consumo de energia quando comparado a outros modos de transporte,
com consumo médio de 1088 toe (103 tep) no mesmo período, conforme apresentado na FIG.
6.
26
FIG. 6 Consumo Final do Setor de Transportes - Brasil - 2013 - 103 tep (toe)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 (ano base 2013)
Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
2.1.5. AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES (ANTT)
A Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) tem por missão “assegurar aos
usuários adequada prestação de serviços de transporte terrestre” (ANTT, 2015).
As competências da ANTT compreendem:
Concessão: ferrovias, rodovias e transporte ferroviário associado à exploração
da infraestrutura;
Permissão: transporte coletivo regular de passageiros pelos meios rodoviário e
ferroviário não associados à exploração da infraestrutura;
Autorização: transporte de passageiros por empresa de turismo e sob regime de
fretamento, transporte internacional de cargas, transporte multimodal e terminais
(ANTT, 2015).
As áreas de atuação da agência compreendem:
Transporte ferroviário;
27
Transporte rodoviário;
Transporte dutoviário;
Transporte multimodal;
Terminais e vias (ANTT, 2015).
Em relação ao transporte ferroviário, a agência atua na:
Exploração da infraestrutura ferroviária;
Prestação do serviço público de transporte ferroviário de cargas;
Prestação do serviço público de transporte ferroviário de passageiros (ANTT,
2015).
2.1.6. AS CONCESSÕES FERROVIÁRIAS NO BRASIL
A história recente do transporte ferroviário de carga no Brasil foi marcada pelo processo
de privatização da Rede Ferroviária Federal S.A. promovido pelo Governo Federal no final de
década de 90.
A Rede Ferroviária Federal S.A., criada em 16 de março de 1957, tinha como objetivo
administrar, explorar, conservar, reequipar, ampliar, melhorar e manter em tráfego as estradas
de ferro a ela incorporadas, conforme a Lei nº 3.115. Este papel foi exercido por quase 40 anos.
Entretanto, em sua fase final, a empresa estatal apresentava altos índices de ineficiência e servia
com um obstáculo ao crescimento do setor de transportes. A empresa operava com margens de
lucro muito apertadas e os déficits eram compensados por meio de concessão de subsídios
públicos. A falta de investimentos culminou na deterioração da infraestrutura e, por
consequência, na competitividade da ferrovia.
No início da década de 90, o Governo Federal colocou em prática ações voltadas para a
privatização, concessão e delegação de serviços públicos de transporte com o objetivo de
aumentar a oferta e melhorar a prestação desses serviços.
28
A inclusão da Rede Ferroviária Federal S.A. no Programa Nacional de Desestatização
(PND), através do Decreto n.º 473/92, iniciou o período de concessões dos serviços de
transportes.
As FIG. 7 apresenta a malha ferroviária do Brasil conforme registro da Agência
Nacional de Transportes Terrestres (ANTT).
FIG. 7 Malha Ferroviária do Brasil
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT
Destaque das ferrovias realizado pelo autor
29
A TAB. 1 apresenta as empresas criadas (concessionárias) no primeiro período de
concessões (1996-1998).
TAB. 1 Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Em 28/06/97, o Governo Federal outorgou à Companhia Vale do Rio Doce - CVRD,
em processo de privatização, a exploração da Estrada de Ferro Vitória a Minas e da Estrada de
Ferro Carajás.
As empresas concessionárias operam o transporte mediante contrato de concessão que
tem como objeto a exploração e desenvolvimento do transporte de cargas em ferrovias,
estabelece a duração das concessões (30 anos), a forma e o valor de pagamento, as obrigações
e os direitos das partes envolvidas.
Além do contrato de concessão, existe o contrato de arrendamento, onde são definidos
os valores a serem pagos pelas concessionárias pela utilização dos ativos cedidos pela União.
Em período recente, as concessionárias do transporte ferroviário foram reorganizadas
conforme apresentado na TAB.2 (ANTT, 2014).
30
TAB. 2 Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A malha ferroviária brasileira utiliza dois tipos de bitola: bitola larga (1,60m) e bitola
métrica (1,00m). Em alguns trechos há a sobreposição de bitolas caracterizando bitola mista.
A TAB. 3 apresenta a extensão da malha ferroviária brasileira por concessionária e por bitola
utilizada (ANTT, 2014).
TAB. 3 Extensão da Malha Ferroviária do Brasil – 2013 (em KM)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Concessão Atual Concessão Inicial
ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. FERRONORTE - Ferrovias Norte Brasil S.A
ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A NOVOESTE - Ferrovia Novoeste S. A.
ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A. FERROBAN - Ferrovia Bandeirantes S.A.
ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. ALL - América Logística do Brasil S.A.
EFC - Estrada de Ferro Carajás EFC - Estrada de Ferro Carajás
EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas
FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A. FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A.
FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A
FNS - Ferrovia Norte Sul S.A. FNS - Ferrovia Norte Sul S.A.
FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A.
MRS Logística S.A. MRS Logística S.A.
TLSA - Transnordestina Logística S.A. CFN - Companhia Ferroviária do Nordeste S.A
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Reformulação das Concessionárias do Transporte Ferroviário no Brasil
Concessão Atual Bitola 1,60 Bitola 1,00 Mista Total
ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. 754 754
ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A 1.945 1.945
ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A. 1.463 243 283 1.989
ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. 7.254 11 7.265
EFC - Estrada de Ferro Carajás 892 892
EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas 905 905
FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A. 7.271 156 7.427
FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A 248 248
FNS - Ferrovia Norte Sul S.A. 720 720
FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. 164 164
MRS Logística S.A. 1.632 42 1.674
TLSA - Transnordestina Logística S.A. 4.189 18 4.207
Total 5.461 22.219 510 28.190
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Extensão da Malha Ferroviária do Brasil (km) - 2013
31
A utilização de bitolas de tipos diferentes é um dos principais gargalos existentes na
malha ferroviária brasileira, em função de impedir a circulação de material rodante por toda a
extensão da ferrovia. A prestação de serviço a um determinado cliente que envolva a utilização
de dois ou mais tipos de bitola implica necessariamente na operação de transbordo para troca
de material rodante adequado a cada tipo de bitola, onerando o serviço e aumentando o tempo
de prestação do serviço (CNT, 2013).
A TAB. 4 apresenta os principais produtos transportados pelas concessionárias
brasileiras de transporte ferroviário (ANTT, 2014).
TAB. 4 Produto Transportado por Concessionária
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Concessão Atual Principais Produtos Transportados
ALLMN - América Latina Logística Malha Norte S.A. Grãos – milho, Soja, Farelo de Soja, Álcool,
Contêiner de 40 pés, Celulose.
ALLMO - América Latina Logística Malha Oeste S.A Minério de Ferro, Celulose, Areia, Produtos
Siderúrgicos – Outros, Ferro gusa, Álcool.
ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista S.A.
Açucar, óleo diesel, gasolina, cloreto de
potássio, adubo orgânico a granel, contêiner
de 40 pés.
ALLMS - América Latina Logística Malha Sul S.A. Soja, açúcar, grãos de milho, óleo diesel,
farelo de soja, álcool.
EFC - Estrada de Ferro Carajás
Minério de Ferro, Ferro Gusa, Manganês,
Outros Combustiveis e derivados Perigosos,
Cobre.
EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas
Minério de Ferro, Carvão Mineral, Prd.
Siderúrgicos - Bobina, Celulose, Coque,
Toras de Madeira.
FCA - Ferrovia Centro - Atlântica S.A.Soja, minério de ferro, bauxita, açúcar, grãos
de milho, calcário siderúrgico.
FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste S.A Soja, grãos de milho, contêiner de 40 pés,
grãos de trigo, óleo vegetal.
FNS - Ferrovia Norte Sul S.A.Soja, Minério de Ferro, Grãos – Milho, Álcool,
Óleo Diesel.
FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. Carvão mineral.
MRS Logística S.A.
Minério de Ferro, Produtos Siderúrgicos –
Outros, Carvão Mineral, Bauxita, Areia,
Açúcar.
TLSA - Transnordestina Logística S.A.
Cimento acondicionado, óleo diesel,
gasolina, minério de ferro, calcário britado,
coque.
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Produto Transportado por Concessionária
32
2.1.7. PRODUÇÃO DAS FERROVIAS BRASILEIRAS
O transporte ferroviário de carga pode ser caracterizado pelo tipo de produto
transportado que influencia a escolha de vagões, a determinação da tração necessária (potência
das locomotivas), a formação dos trens (quantidade de vagões a serem tracionados) e as
operações de carga e descarga. As ferrovias podem ser caracterizadas em dois grandes grupos:
carga pesada e carga geral.
2.1.7.1. FERROVIA DE CARGA PESADA
A International Heavy Haul Association (IHHA) é uma associação técnica e científica
sem fins lucrativos que reuni ferrovias de carga pesada. Segundo critérios definidos pela IHHA,
uma ferrovia de carga pesada é definida como aquela que satisfaz pelo menos dois dos seguintes
requisitos (IHHA, 2015):
Regularmente opera ou está contemplando a operação de unidade ou trem de,
pelo menos, 5 000 toneladas;
Obtém receita oriunda de frete de pelo menos 20 milhões de toneladas por ano
ao longo de uma extensão de, pelo menos, 150 km;
Regularmente opera ou está contemplando a operação de equipamentos com
cargas por eixo de 25 toneladas ou mais.
A maioria das ferrovias de carga pesada, em escala mundial, utiliza a bitola padrão,
provavelmente devido à grande base de fornecedores de material rodante para este tipo de
bitola. A TAB. 5 apresenta as bitolas ferroviárias e exemplos de utilização.
33
TAB. 5 Bitolas Ferroviárias
Fonte: The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank - 2011
Uma das principais características da ferrovia de carga pesada é o transporte de carga
unitária. No Brasil, minérios de ferro e carvão mineral são os principais produtos transportados
por ferrovias de carga pesada (BAMBINI, 2014). As concessionárias MRS Logística S.A.,
Estrada de Ferro Vitória a Minas (EFVM) e Estrada de Ferro Carajás (EFC) atuam no mercado
de transporte de carga pesada no Brasil.
2.1.7.2. FERROVIA DE CARGA GERAL
A ferrovia de carga geral tipicamente transporta mercadorias/produtos com embalagem
específica para transporte ou unitização, onde há marca de identificação e contagem de
unidades. A carga geral pode ser solta (sacarias, fardos, caixas de papelão e madeira,
engradados, tambores, etc.) ou unitizada, onde a carga é constituída de materiais arranjados e
acondicionados de modo a possibilitar a movimentação e armazenagem por meios mecanizados
como uma única unidade.
A carga geral também inclui a carga a granel, onde a carga líquida ou seca é embarcada
e transportada sem acondicionamento, sem marca de identificação e sem contagem de unidades,
tais como petróleo e trigo, e a carga perigosa, que, em virtude da sua natureza, pode provocar
acidentes, danificando outras cargas ou os meios de transporte e colocando em risco as pessoas
que a manipulam. São exemplos de cargas perigosas: explosivos, gases, líquidos inflamáveis,
etc.
O transporte de carga geral pode envolver vários modos de transporte para concretizar
a entrega no local de destino designado pelo cliente. O transporte intermodal representa o
Nome Medida Métrica Medida Inglesa % de Utilização Quem usa
Standard 1,435 4'8-1/2" 57% USA Canadá, Europa, China
CIS/Russian 1,525 5' 18% Rússia, Ucrânia, Cazaquistão
Cape 1,067 3'6" 9% Africa do SuI, Indonésia, Japão
Meter 1,000 3'3-3/8" 8% Brasil, Índia, Argentina
Indian 1,676 5'6" 6% índia, Paquistão, Argentina, Chile
Iberian 1,668 5'5-2/3" 1% Portugal, Espanha
Irish 1,600 5'3" 1% Irlanda, Austrália, Brasil
Fonte: The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank - 2011
Tabela X.X - Bitolas Ferroviárias
34
movimento de mercadorias que utiliza dois ou mais modos de transporte, sem manipular a
mercadoria nos intercâmbios de modo. O termo intermodalidade corresponde a um sistema em
que dois ou mais modos de transporte intervêm no movimento de mercadorias de uma forma
integrada. O transporte ferroviário de carga geral pode ser complementado, por exemplo, pelo
transporte rodoviário cobrindo as operações de carga na origem e no destino designados pelos
clientes, conforme exemplificado na FIG. 8.
FIG. 8 Transporte Intermodal – Rodoviário e Ferroviário
Fonte: elaborado pelo autor
A intermodalidade tem como grande vantagem a utilização de vários modos de
transporte, aproveitando as vantagens de cada um no seu contexto. Considerando que um
caminhão transporta 28 toneladas de carga, seriam necessários 16,143 milhões de caminhões
para transportar as 452 milhões de toneladas que foram transportadas por ferrovia no Brasil em
2013 (média de 44.288 caminhões/dia) (BAMBINI, 2014).
2.1.7.3. TRANSPORTE REALIZADO PELAS FERROVIAS BRASILEIRAS
As concessionárias brasileiras de transporte ferroviário de carga transportaram
449.300.000 TU (tonelada útil) em 2013. Houve uma redução de 2,31% em relação ao ano de
2012 (ANTT, 2013).
A TAB. 6 apresenta a carga transportada por todas as concessionárias brasileiras de
transporte ferroviário de carga no período compreendido entre 2006 e 2013. As ferrovias
EFVM, MRS e EFC formam o grupo das ferrovias com transporte anual acima de 800.000.00
TU. As demais ferrovias formam o segundo grupo. Cabe ressaltar que o agrupamento proposto
35
não reflete uma classificação oficial. O agrupamento proposto serve única e exclusivamente
para referenciar o perfil das concessionárias do transporte ferroviário.
TAB. 6 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 - (em milhares de TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A FIG. 9 apresenta em destaque a carga transportada pelas concessionárias EFC, EFVM
e MRS, empresas com foco no transporte de carga pesada. A FIG. 10 apresenta a carga
transportada pelas concessionárias com foco em carga geral.
Concessionária 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Total
EFVM 131.620 136.604 133.211 104.317 131.755 133.462 133.187 125.296 1.029.452
MRS 101.998 114.064 119.799 110.954 123.030 130.009 131.404 130.906 962.164
EFC 92.591 100.361 103.670 96.267 104.949 114.543 117.726 115.006 845.113
ALLMS 28.942 26.536 26.763 26.073 25.975 27.067 24.192 22.940 208.488
FCA 15.177 18.957 19.280 17.455 21.242 18.958 22.254 22.924 156.247
ALLMN 5.551 6.928 8.232 10.072 10.498 11.611 13.952 14.416 81.260
ALLMP 4.221 3.473 5.229 4.917 6.719 7.490 5.702 5.336 43.087
ALLMO 3.355 2.690 3.235 2.778 4.430 4.421 3.932 4.625 29.466
FTC 2.627 2.635 3.038 2.856 2.637 2.448 2.968 3.240 22.449
FNS 1.424 1.639 2.012 2.541 2.934 3.114 13.664
TLSA 1.519 1.814 1.643 1.467 1.529 1.431 1.389 1.212 12.004
FERROESTE 1.511 862 996 646 471 400 306 285 5.477
Total 389.112 414.924 426.520 379.441 435.247 454.381 459.946 449.300 3.408.871
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013em milhares de tonelada útil (TU)
36
FIG. 9 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 01 (em milhares de TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
FIG. 10 Carga Transportada por Ferrovias do Grupo 02 (em milhares de TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
37
A FIG. 11 apresenta o transporte realizado em 2013, com destaque para a MRS Logística
S.A., maior transportadora no ano e para a América Latina Logística Malha Sul S.A., maior
transportadora com foco em carga geral.
FIG. 11 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhares de TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
O indicador tonelada-km-útil (TKU) é um dos principais parâmetros de uma ferrovia.
Ele reflete a carga efetivamente transportada (tonelada-útil) e a distância percorrida no
transporte medida em quilômetro (km). Assim, uma TKU significa o deslocamento de uma
tonelada pela distância de um quilômetro.
A TAB. 7 apresenta a carga transportada pelas ferrovias brasileiras medida em milhões
de toneladas-km-útil (TKU). Destaque para a concessionária Estrada de Ferro Carajás, sendo a
empresa com a maior quantidade de TKU realizada. A concessionária América Latina Logística
Malha Sul S.A. destaca-se por ser a maior entre as empresas que tem foco na carga geral.
38
TAB. 7 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013 – (em milhões de TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A FIG. 12 apresenta o posicionamento das concessionárias de acordo com o transporte
realizado no ano de 2013 medido em TKU.
FIG. 12 Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2013 (em milhões de TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A TAB. 8 apresenta a evolução do transporte de cargas por tipo de mercadoria no
período transcorrido entre 2003 e 2010. O minério de ferro é a mercadoria com maior volume
de transporte, correspondendo a 73,51% do total de mercadorias transportadas, conforme
apresentado na FIG. 13.
Concessionárias 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Total
EFC 76.724 83.367 87.516 83.948 91.052 99.567 103.399 101.011 726.584
EFVM 73.442 75.511 72.783 57.929 73.480 74.830 74.075 72.009 574.059
MRS 47.662 52.590 55.621 51.273 57.490 61.259 62.408 61.468 449.771
ALLMS 18.423 17.147 17.378 17.196 17.474 18.121 16.297 15.789 137.825
FCA 9.132 14.225 15.060 14.198 15.320 13.948 16.479 17.789 116.151
ALLMN 7.446 9.394 11.297 13.887 14.618 16.073 19.451 20.594 112.760
ALLMP 2.232 1.909 3.054 3.019 4.004 4.689 4.234 3.912 27.053
ALLMO 1.432 1.203 1.345 1.312 1.783 1.760 1.704 1.484 12.023
FNS 1.026 1.155 1.524 1.874 2.322 2.377 10.278
TLSA 678 963 920 730 728 681 703 535 5.938
FERROESTE 1.005 620 747 469 273 209 190 153 3.666
FTC 183 189 213 202 185 173 190 239 1.574
Total 238.359 257.118 266.960 245.318 277.931 293.184 301.452 297.360 2.177.682
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Carga Transportada por Ferrovias Brasileiras - 2006/2013
em milhões de Toneladas x Quilômetro útil (TKU)
39
TAB. 8 Evolução do Transporte de Cargas por Tipo de Mercadoria - 2003/2010 - (em milhões
de TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
FIG. 13 Principais Mercadorias Transportadas em 2010
(% calculado sobre a produção de transporte em TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
As concessionárias Estrada de Ferro Carajás, Estrada de Ferro Vitória a Minas e MRS
Logística S.A. consolidam-se como as maiores ferrovias do Brasil.
Tipo de mercadoria 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Total
Minério de Ferro 123.332 142.673 158.458 172.601 189.252 196.308 177.327 204.312 1.364.263
Soja e Farelo de Soja 15.231 14.496 17.329 20.822 18.048 20.065 21.392 20.582 147.965
Produção Agrícola 5.679 7.061 6.741 6.890 11.775 11.518 13.496 17.031 80.191
Indústria Siderúrgica 9.036 10.152 9.935 10.537 10.385 10.501 7.073 8.798 76.417
Combustíveis 3.736 3.783 3.913 5.292 5.608 5.909 5.877 5.742 39.860
Granéis Minerais 2.858 3.955 3.117 5.070 5.222 5.794 5.174 6.184 37.374
Carvão/coque 4.055 4.117 3.871 3.768 4.099 4.394 3.152 4.052 31.508
Adubos e Fertilizantes 2.663 3.107 2.986 4.465 4.908 4.415 3.640 3.975 30.159
Cimento 2.167 1.979 1.886 2.067 2.264 2.310 2.034 2.073 16.780
Indústria Cimenteira e Construção 1.429 1.461 1.369 1.716 2.005 2.059 1.581 1.562 13.182
Conteiner 159 265 203 1.680 1.917 2.262 2.954 1.799 11.239
Extração Vegetal e Celulose 644 658 776 1.150 1.152 1.097 1.440 1.655 8.572
Carga Geral/Conteiner 92 109 22 1.538 466 328 176 157 2.888
Outras Mercadorias 11.555 11.889 11.030 0 0 0 0 0 34.474
Total 182.636 205.705 221.636 237.596 257.101 266.960 245.316 277.922 1.894.872
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Evolução do transporte de cargas por tipo de mercadoria - 2003/2010em milhões de Toneladas x Quilômetro útil (TKU)
40
2.1.8. EMISSÕES ATMOSFÉRICAS DAS FERROVIAS BRASILEIRAS
O 1º Inventário Nacional de Emissões Atmosféricas do Transporte Ferroviário de
Cargas (ANTT, 2012), publicado pela Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) e
Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA) destaca as emissões totais do transporte
ferroviário de cargas no período 2002/2011, conforme mostra a TAB. 9.
O inventário apresenta as emissões de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido
nitroso (N2O), monóxido de carbono (CO), compostos orgânicos voláteis não-metânicos
(NMVOC), dióxido de nitrogénio (NO2) e material particulado (MP).
TAB. 9 Emissões Totais do Transporte Ferroviário de Cargas 2002/2011
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Todos as emissões de gases e MP apresentaram incremento progressivo, com
desaceleração em 2009, em função do cenário de crise econômica mundial, e retomada da
tendência de alta já no ano subsequente (ANTT, 2012).
A TAB. 10 apresenta as emissões anuais de CO2 por concessionária ferroviária no
período de 2002/2011.
A FIG. 14 apresenta as concessionárias com maior emissão de CO2 no período de
2001/2011. Ressalta-se que as três primeiras ferrovias focam o transporte de carga pesada
(minério de ferro) e as duas últimas focam o transporte de carga geral.
Poluente Unidade 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
CO2 mil t 2.125 2.096 2.390 2.530 2.806 3.008 3.104 2.772 3.047 3.079
CH4 145 143 163 173 191 205 212 189 208 210
N2O 17 17 20 21 23 25 25 23 25 25
CO 28.798 28.591 32.595 34.508 38.271 41.018 42.336 37.807 41.552 41.996
NMVOC 5.796 5.718 6.519 6.902 7.654 8.204 8.467 7.561 8.310 8.399
NO2 34.773 34.309 39.114 41.409 45.925 49.221 50.803 45.369 49.863 50.395
MP10 987 974 1.110 1.176 1.304 1.397 1.442 1.288 1.416 1.431
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
t
Tabela X.X - Emissões totais do transporte ferroviário de cargas - 2002/2011
41
TAB. 10 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
FIG. 14 Emissões Anuais de CO2 por Concessionária Ferroviária (em mil t)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
2.2. MATERIAL RODANTE: LOCOMOTIVAS E VAGÕES
Material Rodante é o conjunto de todos os equipamentos que se locomovem sobre a via
permanente.
Concessionária 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
ALLMN 33,1 3,2 7,9 25,7 157,7 194,4 226,0 263,5 274,0 361,1
ALLMO 28,8 22,2 41,4 24,1 51,2 44,5 41,2 42,2 51,5 47,0
ALLMP 80,5 38,9 43,7 104,2 93,1 67,3 114,4 111,4 150,7 136,4
ALLMS 347,8 364,2 365,2 426,9 457,9 433,6 386,1 408,8 421,4 395,4
EFC 276,0 263,9 343,1 379,6 430,4 474,8 484,5 425,8 481,2 489,5
EFVM 496,7 528,2 553,4 568,0 573,1 597,8 552,8 382,8 583,8 567,7
FCA 356,5 305,6 405,0 312,8 285,2 392,1 477,6 454,1 349,7 274,5
FERROESTE 12,1 14,1 2,9 2,8 33,3 16,5 23,6 15,6 6,0 5,6
FNS 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10,4 12,3 17,4 19,0
FTC 3,9 3,0 3,5 3,4 3,9 3,7 4,0 3,8 3,3 3,1
MRS 461,1 523,5 591,9 649,9 693,6 747,1 749,3 624,1 679,7 746,3
TNLSA 28,2 29,6 32,0 33,0 26,8 35,9 34,2 27,7 28,2 24,8
Total 2.124,7 2.096,4 2.390,0 2.530,4 2.806,2 3.007,7 3.104,1 2.772,1 3.046,9 3.070,4
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Emissões anuais de CO2 por concessionária ferroviária (mil t)
42
O material rodante pode ser classificado pela sua capacidade de tração em:
Material de Transporte, sem tração ou rebocado - são os carros que transportam
os passageiros e os vagões que transportam as cargas.
Material de Tração - são as locomotivas e os carros motores. Usualmente as
locomotivas são também denominadas de material de tração.
Uma locomotiva é um veículo ferroviário que fornece a energia necessária para a
colocação de um trem em movimento.
As locomotivas mais empregadas atualmente no Brasil são as que possuem propulsão
diesel-elétrica (SANTOS, 2007).
A FIG. 15 apresenta o esquema de uma locomotiva, com destaque para o gerador, motor
diesel e motores de tração.
FIG. 15 Esquema típico de uma locomotiva diesel-elétrica
Fonte: adaptado pelo autor a partir de esquema do
Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa (UFES)
Na tração diesel-elétrica um motor diesel gera energia mecânica através do calor gerado
pela queima da mistura ar e combustível dentro dos cilindros do motor. A energia mecânica é
transferida a um alternador/gerador acoplado a este motor transformando-a em energia elétrica
que é transferida para os motores de tração acoplados aos rodeiros, conjunto formado por eixo,
43
rodas e rolamentos, a fim de tracionar as locomotivas (BRINA, 1983).
O vagão é o veículo destinado ao transporte de cargas. Não possui capacidade motriz,
ou seja, necessita ser rebocado.
O vagão é composto de duas partes principais:
Truques - rodeiros/rodas
Caixa - destinado a carga
O truque de vagão é composto no mínimo por dois rodeiros, cada rodeiro possuindo
duas rodas. As quatro rodas do truque estão sempre paralelas e fixas ao truque. Cada vagão é
possui dois truques.
A caixa de vagão tem sua estrutura específica para o transporte de cada carga e é
acoplada ao truque.
Os vagões GDT e HAT, do tipo Gôndola e Hopper respectivamente, por exemplo, são
adequados para o transporte de minério. As TAB. 11 e 12 apresentam as especificações dos
vagões GDT e HAT.
TAB. 11 Características do Vagão GDT
Fonte: MRS Logística S.A.
Tipo Gôndola
Subtipo para descarga em car dumper
Classificação GDT
Comprimento útil (m) 8,85
Largura útil (m) 2,9
Volume útil (m3) 45
Capacidade líquida nominal (t) 95,5/111
Sistema de carga por cima
Sistema de descarga em car dumper
Utilização corrente minério de ferro
Fonte: MRS Logística S.A.
Vagão GDT
Tabela X.X - Características do Vagão GDT
44
TAB. 12 Características do Vagão HAT
Fonte: MRS Logística S.A.
2.3. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
2.3.1. A GESTÃO DA ENERGIA
A energia é, atualmente, um tema dominante na agenda de transportadores ao redor do
mundo e se manterá assim nas próximas décadas por duas razões críticas:
Os custos de energia têm aumentado drasticamente nos últimos anos e continuará a
aumentar no futuro;
As emissões de carbono decorrentes do uso de energia é uma questão preocupante
na medida em que as consequências do aquecimento global ser tornam mais claras.
Mesmo em se tratando da utilização de energia “renovável” a situação não é muito
melhor. Ela não é barata e também possuí consequências ambientais.
A utilização de combustível fóssil é cada mais regulada em relação aos poluentes
gerados.
A globalização do mercado de energia e a interligação das redes de abastecimento
implicam em que todos são afetados. Ninguém está imune aos seus efeitos. Tanto a pressão
financeira quanto a necessidade de gerir as emissões de dióxido de carbono, impactam o setor
Tipo Hopper
Subtipo Aberto
Classificação HAT
Comprimento útil (m) 8,7
Largura útil (m) 2,7
Volume útil (m3) 41
Capacidade líquida nominal (t) 95,2
Sistema de carga por cima
Sistema de descarga por baixo em moega
Utilização corrente minério de ferro
Fonte: MRS Logística S.A.
Vagão HAT
Tabela X.X - Características do Vagão HAT
45
ferroviário em termos tecnológicos e econômicos. O gerenciamento de energia apresenta-se
como uma oportunidade de reforçar a posição do transporte ferroviário como um meio de
transporte eficaz e ecológico (UIC, 2008).
2.3.2. DEFINIÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
O entendimento mais disseminado de eficiência energética diz respeito a maneiras de
consumir menos energia para realizar a mesma quantidade de serviço ou trabalho, ou seja,
significa diminuir a quantidade de energia primária destinada a produzir um bem ou serviço
(MARTINO, 2008).
A eficiência energética não é conservação de energia. A conservação de energia
significa reduzir ou não utilizar um serviço para economizar energia. Tanto a eficiência
energética como a conservação de energia podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
Como um recurso de energia, a eficiência energética tem o potencial único de contribuir
simultaneamente para a segurança energética a longo prazo (proteção de recursos naturais,
suprimento de combustíveis vitais, desenvolvimento sustentável, proteção ambiental),
crescimento econômico, e até mesmo a melhoria da saúde e bem-estar. É um dos principais
meios para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e o próprio consumo de energia. A
obtenção de ganhos com a eficiência energética não é apenas decorrência da adoção de
dispositivos mais eficientes, mas também a identificação, medição e, em seguida, a promoção
de comportamentos e estilos de vida e de produção que limitem ou reduzam o consumo de
energia (IEA, 2014a).
A eficiência energética, em escala global, tem ocupado lugar de destaque como uma
fonte de energia no contexto dos esforços nacionais e internacionais para atingir metas de
sustentabilidade. Isso reflete uma mudança de paradigma em que a eficiência energética tem
sido usada na busca de crescimento econômico apoiando a segurança energética,
competitividade e sustentabilidade ambiental (IEA, 2014a).
Um conceito necessário ao entendimento da eficiência energética é o da intensidade
energética. A partir de um ponto de vista técnico, um aumento da eficiência energética ocorre
46
quando os insumos energéticos são reduzidos para produzir um determinado produto ou nível
de serviço ou quando há um aumento de produção ou os serviços são melhorados com a mesma
quantidade de insumos energéticos (EPE, 2010, 2012 e 2014).
A eficiência energética refere-se à atividade ou um produto que pode ser obtido com
uma dada quantidade de energia; por exemplo, a quantidade de toneladas de aço que pode ser
fundida com um megawatt de eletricidade.
A intensidade energética é medida pela quantidade de energia necessária por unidade de
produção ou atividade, de modo que a utilização de menos energia para produzir um produto
reduz a produção.
A intensidade energética é comumente usada como medida da eficiência energética
associada à economia de um determinado país. Ela é calculada pelo valor global da energia
consumida nesse país dividida pelo seu produto interno bruto (PIB) e pode ser representada,
por exemplo, em megajoules por dólar. Assim, uma intensidade energética elevada reflete um
alto custo de conversão de energia em produção, enquanto que uma intensidade energética
reduzida reflete, por seu lado, um baixo custo de conversão de energia em produção
A distinção entre a intensidade energética e eficiência energética é importante quando
várias tecnologias ou produtos múltiplos estão sendo comparados. Embora não seria sensato
comparar a eficiência energética da produção de aço com a eficiência energética da produção
de etanol, é possível analisar a intensidade energética de toda a produção.
2.3.3. DEFINIÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A utililização de indicadores de eficiência energética é bastante ampla e variada. Os
indicadores de eficiência energética podem ser calculados de diversas formas, dependendo de
critérios específicos adotados por países e empresas.
Eficiência energética é um termo genérico e não existe uma medida quantitativa
inequívoca para mensurá-la. Em geral, a eficiência energética refere-se a utilização de menos
47
energia para produzir a mesma quantidade de serviços ou saída útil (PATTERSON,1996).
Assim, o indicador de eficiência energética é definido pela razão:
𝐼𝐸𝐸 =𝑠𝑎í𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 (1)
EQ. 1 Indicador de Eficiência Energética
A "saída útil" de um processo não precisa ser necessariamente uma saída de energia.
Pode ser uma tonelada de produto ou alguma outra saída fisicamente definida, ou pode ser uma
saída enumerada em termos de preços de mercado. Os indicadores de eficiência energética, por
vezes, envolvem relações que invertem o numerador e o denominador. Por exemplo, a relação
energia/PIB é vulgarmente utilizada como um indicador de "intensidade energética".
Um certo número de indicadores pode ser utilizado para monitorar as alterações em
eficiência energética. Os indicadores dividem-se em quatro grupos principais:
Termodinâmicos: baseados inteiramente na ciência da termodinâmica, indicam a
relação entre o processo real e o ideal quanto à necessidade de uso de energia
(exemplo: eficiência térmica de um sistema de aquecimento);
Físicos-termodinâmicos: consideram a quantidade de energia requerida em unidades
termodinâmicas, mas as saídas (produtos) são expressas em unidades físicas
(consumo de energia de um edifício por m2);
Econômicos-termodinâmicos: têm como referência a energia requerida em unidades
termodinâmicas, mas os produtos são expressos em unidades econômicas (valores
monetários) (exemplo: intensidade energética do PIB);
Econômicos: tanto a energia requerida como os produtos a são expressos em valores
menetários (exemplo: gastos de energia por unidade do PIB) (PATTERSON,1996).
Os indicadores físicos-termodinâmicos são medidos em unidades físicas. Estas unidades
físicas são projetadas especificamente para refletir o serviço de utilização final na ótica do
consumidor. Por exemplo, a saída desejada do transporte de cargas deve refletir o peso da carga
pela distância percorrida, portanto, pode ser medida por tonelada quilometro (t-km).
48
Assim, uma medida de eficiência de energia apropriada para o transporte de carga pode
ser:
𝐼𝐸𝐸 = 𝑠𝑎í𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 (𝑡 − 𝑘𝑚)
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜
(2)
EQ. 2 Eficiência Energética Apropriada ao Transporte de Carga
Uma vantagem da utilização de medidas físicas é que elas podem ser mensuradas mais
facilmente. Elas também tem a vantagem de refletir diretamente o que os consumidores estão
realmente exigindo em termos de um serviço (PATTERSON,1996).
Os indicadores físicos-termodinâmicos têm a vantagem de, usando medidas físicas e
termodinâmicas, mensurarem objetivamente o consumo requerido em seu uso final. Eles podem
ser prontamente comparados e analisados em séries temporais em função da possibilidade de
contabilizar o produto final em quantidades físicas (ABREU, 2010).
Se os indicadores físico-termodinâmicos medem a eficiência energética a ser
efetivamente usada, é apropriado que eles sejam desenvolvidos em uma base setorial para
refletir as especifidades do setor em questão
Diferentes tipos de indicadores físico-termodinâmico podem ser desenvolvidos para o
setor de transporte. As medições de saída precisam refletir o objetivo do tipo específico de
atividade de transporte. Para o transporte de mercadorias, um indicador apropriado é, portanto,
a entrada de energia/tonelada-quilômetro. A função do transporte de mercadorias é movimentar
carga (medido por toneladas) por uma determinada distância (medida por quilômetro). Para o
transporte de passageiros, entrada de energia/passageiro-km pode ser um indicador apropriado
(PATTERSON,1996).
Segundo Forsström et al (2011), nos processos em que a saída não é mensurável como
a energia, há a necessidade de adequação no tratamento da eficiência energética. A medida tem
de ser concebida para a saída que descreve corretamente o serviço, processo, bens, consumo ou
necessidade que demanda a energia e é denominada indicador de demanda (FORSSTRÖM.
49
2011).
Um indicador da demanda é uma medida do número de unidades consumidoras de
energia, ou a quantidade de serviço ou de saída, para os quais entradas de energia são requeridas
(EIA,2014b).
Indicadores de eficiência energética, no uso prático, muitas vezes tomam a forma de
intensidade energética:
𝐼𝐸𝐸 =𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎
(3)
EQ. 3 Intensidade Energética
A intensidade energética é inversamente proporcional à eficiência energética, isto é,
quanto maior for a eficiência de um determinado processo, menor será a sua intensidade
energética.
Intensidade energética de diferentes tipos tornam-se os indicadores de eficiência
energética mais comuns em uso em vários setores da economia (FORSSTRÖM, 2011).
Segundo Can et al (2010), a dificuldade em definir a eficiência energética é relevante
para a sua medição. Não existe uma medição quantitativa definitiva de eficiência energética.
Nós sabemos o quanto de energia foi consumido, mas não sabemos o quanto teria sido
consumido se tivéssemos sido mais ou menos eficientes.
Indicadores de eficiência energética são usados para calcular o quanto foi obtido de
melhoria na redução do consumo de energia. Eles são definidos como a razão entre o consumo
de energia por unidade de atividade, tal como energia por valor agregado, litro de gasolina por
quilômetro percorrido, etc. Quanto mais o indicador de consumo de energia for detalhado,
melhor será a estimativa da eficiência energética (CAN, 2010).
Segundo Ferreira et al (1994), eficiência energética é um conceito generalizado que se
refere às medidas a serem implementadas ou já implementadas, bem como os resultados
50
decorrentes da melhor utilização da energia. Portanto, racionalizar o uso da energia é fator
extremamente importante nos dias de hoje, uma vez que ao não usarmos de maneira racional
ou mais eficiente esse insumo, estamos simplesmente desperdiçanco um potencial que poderia
estar beneficiando outros processos produtivos.
Os indicadores energéticos podem ser definidos como macro-indicadores (quando
caracterizam a eficiência de um país ou região) e micro-indicadores (quando caracterizam a
eficiência de uma empresa, edifício ou habitação) (FERREIRA, 1994).
Para a Agência Internacional de Energia (IEA, 2014b), eficiência energética é a
obtenção de serviços energéticos, como produção, transporte e calor, por unidade de energia
utilizada, como gás natural, carvão e eletricidade.
Indicadores de energia são uma importante ferramenta para analisar interações entre
atividades humanas e econômicas, consumo de energia e emissão de dióxio de carbono (CO2).
Os indicadores monstram onde ganhos de energia podem ser obtidos, fornecem tendências de
consumo de energia e podem ser usados para modelar projeções sobre demanda de energia
(IEA, 2014b).
A norma técnica ABNT NBR ISO 50001:2011, publicada em 15.06.2011 sob o título
Sistemas de gestão da energia – Requisitos com orientações para uso, tem por objetivo
especificar requisitos para o estabelecimento, implementação, manutenção e melhoria de um
sistema de gestão da energia, cujo propósito é habilitar uma organização a seguir uma
abordagem sistemática para atendimento da melhoria contínua de seu desempenho energético,
incluindo eficiência energética, uso e consumo de energia.
A norma define energia como a capacidade de um sistema de produzir atividade externa
ou realizar trabalho. Energia refere-se às suas diversas formas, incluindo renováveis, que podem
ser compradas, armazenadas, processadas, utilizadas em equipamentos ou em um processo, ou
recuperadas (eletricidade, combustíveis, vapor, calor, ar comprimido e outras formas análogas).
A norma define eficiência energética com a razão ou outra relação quantitativa entre
uma saída de desempenho, serviços, produtos ou energia e uma entrada de energia. A entrada
e saída têm que ser claramente especificadas em quantidade e qualidade e serem mensuráveis.
51
Exemplo: energia requerida/energia usada, saída/entrada, energia teórica utilizada para
operar/energia usada para operar (ABNT, 2011).
2.3.4. INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO TRANSPORTE
FERROVIÁRIO DE CARGA
A Union Internationale des Chemins de Fer / International Union of Railways (UIC)
conduziu entre 2006 e 2010 o projeto “Innovative Integrated Energy Efficiency Solutions for
Railway Rolling Stock, Rail Infrastructure and Train Operation (Railenergy)”. O projeto teve
como o objetivo calcular o consumo de energia através do desenvolvimento de uma abordagem
holística, considerando novos conceitos e soluções técnicas integradas para melhorar a
eficiência energética do transporte ferroviário de carga (RAILENERGY, 2010).
O projeto resultou na identificação de 7 indicadores de eficiência energética do
transporte ferroviário:
(1) Consumo de energia final por esforço de tração;
(2) Consumo de energia final por transporte oferecido;
(3) Consumo de energia primária por saída real de tráfego;
(4) Consumo de energia final por saída real de tráfego;
(5) Participação no consumo de energia para os trens estacionados;
(6) Taxa de recuperação de energia;
(7) Eficiência da rede de distribuição de trem.
Indicador 1 - Consumo de Energia Final por Esforço de Tração
Medido em kWh/t-km ou L/t-km.
𝐼𝐶1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
𝑒𝑠𝑓𝑜𝑟ç𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎çã𝑜
(4)
EQ. 4 Consumo de Energia Final por esforço de Tração
Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração diesel e elétrica.
52
Indicador 2 - Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido
Medido em kWh/assento-km ou L/assento-km
𝐼𝐶2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑒𝑟𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜
(5)
EQ. 5 Consumo de Energia Final por Transporte Oferecido
𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑒𝑟𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑠𝑠𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 ∗ 𝑡𝑟𝑒𝑚 − 𝑘𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Indicador válido para trens de passageiros, tração diesel e elétrica.
Indicador 3 - Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego
Medido em Kj/passageiro-km ou Kj/tonelada-km.
𝐼𝐶3 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑎
𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑒𝑔𝑜 (6)
EQ. 6 Consumo de Energia Primária por Saída Real de Tráfego
Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração diesel e elétrica.
Indicador 4 - Consumo de Energia Final por Saída Real de Tráfego
Medido em kWh/passageiro-km, L/passageiro-km, kWh/tonelada-km ou L/tonelada-
km.
𝐼𝐶4 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑒𝑔𝑜
(7)
EQ. 7 Consumo de Energia Final por Saída real de Tráfego
Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração diesel e elétrica.
53
Indicador 5 - Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados
ou Parados
Medido em %
𝐼𝐶5 =
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑛𝑠(𝑒𝑚 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜)
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
(8)
EQ. 8 Participação no Consumo de Energia para os Trens Estacionados ou Parados
Indicador válido trens de passagerios, tração diesel e elétrica.
Indicador 6 - Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo
Medido em %
𝐼𝐶6 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑚 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
(9)
EQ. 9 Taxa de Recuperação de Energia em Nível Pantógrafo
Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração elétrica somente.
Indicador 7 - Eficiência da Rede de Distribuição de Trem (incluindo subestações)
Medido em %
𝐼𝐶7 =
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 −𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑒𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
(10)
EQ. 10 Eficiência da Rede de Distribuição de Trem
Indicador válido para trens de carga e passageiros, tração elétrica somente.
54
2.4. ESFORÇOS RESISTENTES AO MOVIMENTO DOS TRENS
O entendimento sobre os esforços resistentes ao movimento dos trens é essencial para a
compreensão da eficiência energética do transporte ferroviário de carga.
O estudo do movimento de um trem também exige o conhecimento completo das
resistências que se opõem ao avanço de cada um dos veículos, motores ou rebocados, que
constituem o trem (PIRES, 2002 e 2006).
Os esforços resistentes interferem diretamente na definição do quadro de tração, ou seja,
na definição da capacidade de tração (quantidade e potência das locomotivas) necessária para
tracionar uma determinada quantidade de vagões (VIANNA, 2007).
Barkan (2009) considera "resistência" e "eficiência energética" como sendo os dois
elementos primários relacionados ao consumo de energia na realização do transporte
(BARKAN, 2009):
Resistência significa: quanto trabalho é necessário para movimentar cargas e
pessoas?
Eficiência energética significa: quanto de energia é eficientemente convertida
em trabalho útil?
A resistência de trem é o conjunto de forças que se opõem ao movimento dos veículos
ferroviários, tratores e rebocados, quando se deslocam sobre a via férrea. A resistência é
considerada no ponto de contato entre as rodas e os trilhos e se opõe ao esforço trator nas rodas
da locomotiva (BRINA, 1983), conforme mostra a FIG. 16.
55
FIG. 16 Contato Roda Trilho
Fonte: elaborado pelo autor
Devem ser consideradas as resistências dos veículos tratores (locomotivas) e veículos
rebocados (vagões).
A força que se opõe ao movimento do trem pode ser dividida em duas partes (BRINA,
1983):
Resistências normais – soma das resistências de toda natureza, que em reta e
nível, se opõe ao movimento do trem;
Resistências acidentais – soma das resistências devido à resistência de curva
(atrito), resistência de rampa (gravidade) e em virtude da alteração do estado de
repouso ou movimento (inércia).
2.4.1.1. RESISTÊNCIAS NORMAIS
As resistências normais podem ser classificadas em (BRINA, 1983):
Resistência de atrito
o Mangas dos eixos;
o Cubo das rodas;
o Frisos das rodas.
56
Resistência de gravidade (devido ao rolamento).
Resistência do Meio
o Pressão frontal;
o Atrito superficial (nas partes laterais e superiores);
o Turbilhonamento sob o veículo;
o Sucção, na parte traseira do veículo;
o Correntes atmosféricas.
As resistências normais são dadas por fórmulas empíricas que foram desenvolvidas ao
longo do tempo por diversos autores. Dentre estas fórmulas empíricas destacam-se as
desenvolvidas por W. J. Davis Jr. (1926). Elas são utilizadas no Brasil e nos Estados Unidos
para quantificar as resistências normais de trem (AREMA, 2009). Estas fórmulas empíricas são
um trinômio em função da velocidade. O termo constante em relação à velocidade (a)
compreende a resistência do rolamento dos aros das rodas sobre os trilhos e o atrito nos mancais
do eixo. O termo diretamente proporcional à velocidade (b) é devido principalmente à
resistência de atrito do friso das rodas com os trilhos e também devido ao atrito causado pelas
oscilações e balanços. Por fim, o termo dependente do quadrado da velocidade (c) representa a
parte aerodinâmica sendo sensível a diversos fatores como a forma frontal da composição,
intervalo entre trens e saliências na estrutura, conforme mostrado na FIG. 17.
FIG. 17 Coeficientes a, b e c da Resistência Normal
Fonte: elaborado pelo autor
𝑅𝑛 = 𝑎 + 𝑏. 𝑉 + 𝑐. 𝑉2
(11)
EQ. 11 Resistência Normal
57
Onde:
Rn = resistência normal
a = resistência constante em relação à velocidade (variável com o peso por eixo,
resistência do rolamento dos aros das rodas sobre os trilhos e atrito nos mancais
do eixo)
b = resistência diretamente proporcional à velocidade (resistência de atrito do
friso das rodas com os trilhos, atritos causados por oscilações e balanços)
c = resistência proporcional ao quadrado da velocidade (resistência
aerodinâmica)
V = velocidade de circulação.
Os coeficientes para cálculo da resistência normal de locomotiva podem ser usados da
seguinte forma:
𝑅𝑛𝑙 = 1,3 + 29
𝑤+ 0,03 ∗ 𝑉 +
0,0024 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2
𝑤 ∗ 𝑛
(12)
EQ. 12 Resistência Normal de Locomotiva
Onde:
Rnl = resistência normal de locomotiva (lb/ton)
w = peso médio por eixo (short-ton)
V = velocidade (mi/h)
A = área frontal (sq-ft)
n = número de eixos por veículo
Ou
𝑅𝑛𝑙 = 0,65 + 13,2
𝑤+ 0,00931 ∗ 𝑉 +
0,00453 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2
𝑤 ∗ 𝑛
(13)
EQ. 13 Resistência Normal de Locomotiva II
58
Onde:
Rnl = resistência normal de locomotiva (Kg/t)
w = peso médio por eixo (t)
V = velocidade (km/h)
A = área frontal (m2)
n = número de eixos por veículo
Os coeficientes para cálculo da resistência normal de vagão podem ser usados da
seguinte forma:
𝑅𝑛𝑣 = 1,3 + 29
𝑤+ 0,045 ∗ 𝑉 +
0,0005 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2
𝑤 ∗ 𝑛
(14)
EQ. 14 Resistência Normal de Vagão
Onde:
Rnv = resistência normal de vagão (lb/ton)
w = peso médio por eixo (t)
V = velocidade (mi/h)
A = área frontal (sq-ft)
n = número de eixos por veículo
Ou
𝑅𝑛𝑣 = 0,65 + 13,2
𝑤+ 0,01395 ∗ 𝑉 +
0,000944 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉2
𝑤 ∗ 𝑛
(15)
EQ. 15 Resistência Normal de Vagão II
Onde:
Rnv = resistência normal de vagão (Kg/t)
w = peso médio por eixo (t)
V = velocidade (km/h)
59
A = área frontal (m2)
n = número de eixos por veículo
Assim, a resistência normal ao movimento de uma composição (trem) é dada
por:
𝑅𝑛𝑡 = 𝑅𝑛𝑙 ∗ 𝑙 + 𝑅𝑛𝑣 ∗ 𝑣 (16)
EQ. 16 Resistência Normal Total
Onde:
Rnt = resistência da composição (trem)
Rnl = resistência normal de locomotiva
l = quantidade de locomotivas
Rnv = resistência normal de vagão
v = quantidade de vagões
Apesar dos estudos de W. J. Davis Jr. terem sido realizados no início do século passado,
vários autores (HAY, 1982), (BERNSTEEN, 1983), (VIANNA, 2007), (AREMA, 2009) e
(BARKAN, 2009) consideram que estes estudos podem ser aplicados a uma faixa de velocidade
de até 100 km/h ou um pouco maiores, sendo aplicável nas ferrovias brasileiras. Os materiais
empregados nos ensaios de Davis são ainda equivalentes aos usados atualmente. Os ensaios de
Davis foram realizados em bitola padrão (1,435m). Mas, como a área da seção frontal
normalmente variável de uma bitola para outra, está explícita nas fórmulas desenvolvidas, elas
podem ser aplicadas ao material rodante de bitola larga (1,60m) e bitola métrica (1,00m)
(PIRES, 2002).
60
2.4.1.2. RESISTÊNCIAS ACIDENTAIS
As resistências acidentais podem ser classificadas em (BRINA, 1983):
Resistência de Inércia:
o Início do movimento (adquirir velocidade)
o Para aumentar a velocidade (acelerar)
Resistência de Atrito (Curvas):
o Escorregamento dos aros das rodas sobre os trilhos;
o Escorregamento dos frisos das rodas sobre os trilhos;
Resistência de Gravidade (Rampas)
o Elevação do centro de gravidade dos veículos ao subir as rampas
A resistência de inércia no início do movimento é dada por:
𝑅𝑖 = 4 ∗𝑣2
𝑙
(17)
EQ. 17 Resistência de Inércia
Onde:
Ri = resistência de inércia (kgf/tf)
v = velocidade (km/h)
l = distância percorrida (m)
61
A resistência de inércia para aumentar a velocidade é dada por:
𝑅𝑖 = 4 ∗𝑣𝑓2 − 𝑣𝑖2
𝑙
(18)
EQ. 18 Resistência de Inércia II
Onde:
Ri = resistência de inércia (kgf/tf)
vf = velocidade no final do movimento (km/h)
vi = velocidade no início do movimento (km/h)
l = distância percorrida (m)
A resistência de atrito (curva) para locomotiva é dada por (Fórmula de Stevenson):
A FIG. 18 apresenta a inscrição do truque nos trilhos gerando a resistência de atrito.
FIG. 18 Inscrição do truque nos trilhos
Fonte: elaborado pelo autor
𝑅𝑐𝑙 = 0,2 + 100
𝑅+ (𝑝 + 𝑏 + 3,8)
(19)
EQ. 19 Resistência de Curva de Locomotiva
62
Onde:
Rcl = resistência de curva para locomotiva
R = raio da curva (m)
p = base rígida da locomotiva
b = bitola da linha férrea
A resistência de atrito (curva) para vagão é dada por:
𝑅𝑐𝑣 = 500 ∗ 𝑏
𝑅
(20)
EQ. 20 Resistência de Curva de Vagão
Onde:
Rcv = resistência de curva para vagão
R = raio da curva (m)
b = bitola da linha férrea
A resistência de gravidade (rampa) é dada por:
𝑅𝑟 = 10 ∗ 𝑖 (21)
EQ. 21 Resistência de Rampa
Onde:
Rr = resistência de rampa
i = valor da rampa em %
63
A FIG. 19 apresenta os componentes da resistência de rampa.
FIG. 19 Componentes da resistência de rampa
Fonte: elaborado pelo autor
Os trechos em aclive introduzem uma resistência contra o movimento do trem enquanto
os trechos em declive atuam a favor do movimento, sendo este o único caso de resistência
negativa na tração. As rampas ferroviárias são muito pequenas, inferiores a 3% (BRINA, 1983).
2.5. A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA
NO BRASIL
As empresas concessionárias do transporte ferroviário de carga no Brasil envidaram
grandes esforços para a melhoria da eficiência energética de suas operações. No período
compreendido entre 1999 e 2013 houve uma redução de 19,4% no indicador que mede a
eficiência energética, conforme apresentado na FIG. 20.
Em 1999, eram necessários 5,31 litros de diesel para o transporte de mil TKU (tonelada
quilômetro útil). Em 2013, o consumo baixou para 4,28 litros de diesel por mil TKU, tal
resultado é equivalente a uma redução de 307,154 milhões de litros de diesel para realizar o
serviço de 297,628 Bilhões de TKU em 2013. Cabe ressaltar que no período de 2008 até 2013
ocorreu um aumento de 0,47% no indicador que mede a eficiência energética (BAMBINI,
2014).
64
FIG. 20 Eficiência Energética do Transporte Ferroviário de Carga no Brasil
(em litros de diesel por mil TKU).
Fonte: Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários (ANTF)
A TAB. 13 apresenta o consumo de diesel por concessionária no período 2002/2011. A
concessionária MRS Logística S.A. destaca-se como a maior consumidora de combustível.
TAB. 13 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária 2002/2011 (em mil m3/ano)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Concessionária 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Total
MRS 177,1 201,1 227,4 249,6 266,4 287,0 287,8 239,7 261,1 286,7 2.483,9
EFVM 190,8 202,9 212,6 218,2 220,1 229,6 212,3 147,0 224,2 221,5 2.079,2
EFC 106,0 101,4 131,8 145,8 165,3 182,4 186,1 163,5 184,8 188,0 1.555,1
ALLMS 133,6 139,9 140,3 164,0 175,9 166,5 148,3 157,0 161,9 151,9 1.539,3
FCA 136,9 117,4 155,6 120,1 109,6 150,6 183,5 174,4 134,3 105,4 1.387,8
ALLMN 12,7 1,2 3,0 9,9 60,6 74,7 86,8 101,2 105,3 138,7 594,1
ALLMP 30,9 14,9 16,8 40,0 35,8 25,8 44,0 42,8 57,9 52,4 361,3
ALLMO 11,1 8,5 15,9 9,3 19,7 17,1 15,8 16,2 19,8 18,0 151,4
TNLSA 10,8 11,4 12,3 12,7 10,3 13,8 13,1 10,7 10,8 9,5 115,4
FERROESTE 4,6 5,4 1,1 1,1 12,8 6,3 9,1 6,0 2,3 2,1 50,8
FNS 4,0 4,7 6,7 7,3 22,7
FTC 1,5 1,2 1,4 1,3 1,5 1,4 1,6 1,5 1,3 1,2 13,9
Total 816,0 805,3 918,2 972,0 1.078,0 1.155,2 1.192,4 1.064,7 1.170,4 1.182,7 10.354,9
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Consumo de diesel por concessionária ferroviária - 2002/2011(em mil m
3/ano)
65
A FIG. 21 apresenta o comportamento de consumo de combustível das cinco principais
concessionárias no período 2002/2011.
FIG. 21 Consumo de Diesel por Concessionária Ferroviária - 2002/2011 (em mil m3/ano)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
2.6. INDICADOR DE DESEMPENHO
2.6.1. CARACTERÍSTICAS DE UMA EMPRESA FERROVIÁRIA
Uma empresa ferroviária pode ser vista como um sistema de transporte que consiste de
três elementos essenciais: o primeiro é a infraestrutura formada pelas vias férreas, equipamentos
de sinalização e pátios. O segundo é formado pelo material rodante: locomotivas e vagões.
Infraestrutura e material rodante representam o “hardware” do sistema ferroviário. O terceiro
elemento de toda ferrovia é o sistema de regras e procedimentos para a operação segura e
eficiente. As regras e procedimentos são o “software” da ferrovia. O entendimento de como a
operação ferroviária é controlada requer o entendimento básico de como os procedimentos para
a movimentação e controle dos veículos ferroviários são conectados com as condições de
leiaute da via permanente e com os equipamentos de sinalização (PACHL, 2009), conforme
mostra a FIG. 22.
66
FIG. 22 Elementos Essenciais do Transporte Ferroviário
Fonte: elaborada pelo autor a partir de (PACHL, 2009)
Há um fluxo de informação contínuo que permeia todos os elementos essenciais do
transporte ferroviário. Este fluxo de informação suporta todos os processos da empresa e
garante que o sistema de regras e procedimentos seja perfeitamente cumprido, para que se
alcance os resultados esperados e o atendimento das necessidades de todas as partes
interessadas no negócio. Este fluxo de informação é constituído por indicadores que medem o
desempenho de todos os elementos essenciais do transporte ferroviário, conforme mostra a FIG
23.
FIG. 23 Fluxo de Informação
Fonte: elaborada pelo autor a partir de (PACHL, 2009)
67
A utilização de indicadores de desempenho constitui-se em um elemento fundamental
nos resultados do negócio ferroviário (ALBUQUERQUE, 2006).
2.6.2. O QUE É UM INDICADOR DE DESEMPENHO?
A medição sistemática e estruturada (por meio de indicadores de desempenho) é
fundamental para a gestão e influencia na criação da cultura para a excelência do desempenho
(FNQ, 2012).
O indicador de desempenho é uma medida, de ordem quantitativa ou qualitativa, dotada
de significado particular e utilizada para organizar e captar as informações relevantes dos
elementos que compõem o objeto da observação. É um recurso metodológico que informa
empiricamente sobre a evolução do aspecto observado (FRANCESCHINI, 2007).
A Fundação Nacional da Qualidade (FNQ) define que indicador de desempenho é uma
informação quantitativa ou qualitativa que expressa o desempenho de um processo, em termos
de eficiência, eficácia ou nível de satisfação e que, em geral, permite acompanhar sua evolução
ao longo do tempo e compará-lo com outras organizações. Exemplos: lucratividade,
rentabilidade, inadimplência, absenteísmo, produtividade, entre outros (FNQ, 2012).
A principal característica de um indicador de desempenho é que ele permite a
comparação em relação a/ao:
Passado (série histórica);
Referencial de desempenho;
Compromisso assumido;
Meta de desempenho.
Um indicador de desempenho pode ser subdivido em:
Taxa: tipo de indicador que se caracteriza por uma divisão entre duas
informações de mesma grandeza gerando, como resultante do cálculo, um valor
que pode ser expresso como porcentagem. A taxa é considerada um bom
indicador;
68
Índice: tipo de indicador que se caracteriza por uma divisão entre duas
informações de grandezas distintas gerando um valor que não pode ser expresso
como uma porcentagem, mesmo que multiplicado por 100. Trata-se, portanto,
de uma unidade típica e dependente das duas grandezas que estão sendo
divididas. O índice é considerado um indicador ideal, cuja utilização na estrutura
de indicadores da organização deve ser incentivada (FNQ, 2012).
Um indicador de desempenho é uma informação qualitativa ou quantitativa sobre um
fenômeno examinado (ou um processo, ou um resultado), o que faz com que seja possível a
análise da sua evolução, a verificação do cumprimento dos objetivos, a utilização na condução
de ações e na tomada de decisões (FRANCESCHINI, 2007).
Dois aspectos críticos em relação a indicadores de desempenho são: possibilidade de
verificação (constatar a existência e autenticidade de todos os componentes) e rastreabilidade
(possibilidade de percorrer todo o caminho de apuração e verificar as etapas intermediárias de
apuração). Verificação e rastreabilidade também estão relacionadas ao nível de detalhe
existente sobre as parcelas que compõem o indicador.
A definição do indicador apresentada por Franceschine, et al. (2007) implica em alguns
requisitos básicos:
Representatividade;
Ser simples e fácil de interpretar;
Ser capaz de indicar a tendência temporal;
Deve ser sensível a mudanças dentro ou fora da organização;
A coleta de dados e o processamento devem ser fáceis;
A atualização de fácil e rápida.
Algumas características essenciais dos indicadores de desempenho são:
Devem ser compreendidos por não especialistas;
Devem ter uma faixa significativa entre os valores baixos e altos valores;
O significado deve ser claro, independente da utilização ou não de métodos
computacionais;
Devem ser desenvolvidos reconhecendo que nem todos têm o tempo para fazer
69
os próprios cálculos;
Se possível, devem utilizar medidas de exposição de outras disciplinas.
Devem ser observados os seguintes requisitos:
Denominação clara, precisa e autoexplicativa (devem ser entendidos por todos,
sem ambiguidade);
Mensuráveis;
Válidos (pertinentes e adequados);
Verificáveis;
Relevantes;
Econômicos (obtidos a custos razoáveis)
Existem três tipos de indicador de desempenho:
Inicial: indicador da qualidade de materiais ou qualidade de servidor providos
por um fornecedor;
Intermediário: indicador de um processo de manufatura;
Final (resultado): indicador de satisfação de cliente ou custo de produção.
Os indicadores iniciais - ou indicadores de estrutura - dão uma resposta para a pergunta
"Quais são os processos ativos disponíveis e os padrões de trabalho?"
Os indicadores intermediários - ou indicadores de processo - dão uma resposta para a
pergunta "como o processo trabalha?". Eles medem a consistência entre os resultados do
processo e as especificações processo, fornecendo informações úteis sobre o estado atual de
execução.
Os indicadores finais - ou indicadores de resultados - respondem as seguintes perguntas:
"Quais são os resultados do processo?";
"O processo alcançou seus objetivos?";
"Quais são os efeitos esperados/inesperados produzidas pelo processo?";
"Qual é a relação custo-benefício?".
70
A medição é essencial para o desempenho, controle e melhoria dos processos. No
entanto, a construção e as medições iniciais de um indicador consistem em algo mais fácil dizer
do que fazer. O aspecto mais crítico não consiste em identificar os indicadores, mas sim na
identificação daqueles que "mais apropriadamente" representam o processo: os chamados
Indicadores Chave de Desempenho (KPI) (FRANCESCHINI, 2007).
2.6.3. O QUE É UM INDICADOR CHAVE DE DESEMPENHO?
Indicador chave de desempenho (KPI) pode ajudar uma organização a compreender se
o que está sendo realizado está adequado em relação às suas metas e objetivos estratégicos. No
sentido mais amplo, um KPI fornece as informações de desempenho mais importantes que
permite que as organizações ou suas partes interessadas possam entender se a organização está
no caminho certo ou não. KPIs servem para reduzir a natureza complexa do desempenho
organizacional a uma pequena quantidade de indicadores-chave, a fim de torná-los mais
compreensíveis e possam ser usados no processo de tomada de decisão (MARR, 2010).
Um indicador chave de desempenho normalmente está atrelado a algum objetivo
estratégico da organização. A sua mensuração e avaliação são críticos para avaliar o
cumprimento da estratégia. Normalmente respondem a questões críticas do negócio, sendo um
ferramental crítico para tomadores de decisão baseados em informação.
A utilização de indicadores chave de desempenho é uma das mais poderosas ferramentas
disponíveis para permitir que as organizações alcancem a melhoria do desempenho - que deve
ser um objetivo central de qualquer sistema de gestão de desempenho. Mas a utilização desses
indicadores de maneira apropriada vem repleta de desafios. Os indicadores chave de
desempenho devem ser implantados principalmente para aprendizagem e aperfeiçoamento e
não para o controle de comando. Quando esses indicadores são usados inadequadamente
tornam-se também um grande ponto de resistência ao uso de ferramentas de gestão (MARR,
2010).
71
2.6.4. DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE DESEMPENHO
A documentação do indicador de desempenho é essencial para:
Confirmar o entendimento de todas as regras de negócio envolvidas;
Servir como um documento de aprovação em relação a tomadores de decisão
e/ou formuladores de estratégia;
Servir como um instrumento de comunicação com todos os envolvidos na
geração e análise do indicador.
Castello Branco (1998) recomenda o registro dos seguintes atributos sobre os
indicadores (BRANCO, 1998):
Definição básica (descrição);
Área de emprego;
Período de apuração;
Fórmula;
Unidade;
Aplicabilidade;
Exemplo;
Referência;
Observações.
Marr (2010) recomenda um modelo mais detalhado e incorpora uma visão mais
estratégica da utilização do indicador. Devem ser documentados os seguintes atributos (MARR,
2010):
Identificador (código, se houver);
Nome do indicador;
Responsável pela apuração e publicação do indicador;
Como os dados são recolhidos?
Qual é o método de coleta de dados?
Quais são as fontes dos dados?
Qual é o método fórmula / escala / avaliação?
Quantas vezes, quando e por quanto tempo os dados devem ser coletados?
72
Quem coleta os dados?
Qual e o alvo e o desempenho mínimo a serem considerados?
Como está o desempenho da medição do indicador (se já existir)?
Quais são os custos para a coleta dos dados?
Quem é o público primário e secundário para o indicador?
Quando e por quanto tempo o indicador será relatado?
Quais canais serão utilizados para relatar o indicador?)
Em que formatos o indicador será relatado?
2.7. ARMAZÉM DE DADOS
Armazém de dados (data warehouse), de modo bem simplificado, é um banco de dados
construído para fins de análise. Os armazéns de dados abrangem uma gama enorme de
aplicações passando pelo armazenamento em grande escala de dados analíticos até o suporte a
milhares de sofisticadas aplicações que atendem necessidades departamentais e corporativas.
Os benefícios da utilização de armazém de dados estão consolidados parcialmente nas
organizações, se não totalmente. Entretanto, a modelagem e projeto de armazém de dados são
atividades complexas que exigem o emprego correto de metodologias especializadas para a
obtenção dos seus benefícios.
O conceito original de armazém de dados foi proposto por Devlin e Murply (1988) no
final da década de 1980 para designar uma proposta de sistema de informações integrado. Foi
proposta uma arquitetura chamada Sistema de Informação de Negócios (EBIS) com o
direcionamento estratégico para os sistemas de informação. A arquitetura propôs um armazém
integrado de dados da empresa baseado no ambiente de banco de dados relacional. O acesso do
usuário final a este armazém é simplificado por um conjunto consistente de funcionalidades
fornecidas por uma interface do usuário final e apoiado por um diretório de dados de negócios
que descreve a informação disponível em termos de usuário (DEVLIN, 1988).
O conceito e as tecnologias inerentes a armazéns de dados passaram por vários estágios
de evolução e amadurecimento. Uma das abordagens mais conhecidas para a implementação
de armazém de dados foi desenvolvida por Ralph Kimball (1997), um dos precursores dos
conceitos de armazém de dados e sistemas analíticos. Ele define armazém de dados como sendo
73
um conglomerado de áreas de apresentação e tratamento de dados, onde dados operacionais são
especificamente estruturados para consultas e análises tendo como objetivo a facilidade de uso.
A abordagem de Kimball foca a entrega dos dados para análise (KIMBALL, 1997).
2.7.1. CONSTRUÇÃO DO ARMAZÉM DE DADOS
A construção de um armazém de dados é considerada uma das principais atividades para
viabilizar a análise de grande quantidade de dados no processo de tomada de decisão. O objetivo
básico é criar um repositório que contenha dados confiáveis, agregados e consolidados que
possam ser analisados por ferramentas estatísticas e de visualização de dados (REZENDE,
2003).
Os sistemas transacionais (On-Line Transaction Processing – OLTP) são estruturados
para o tratamento de regras de negócio (validação, consistência, integridade) onde as bases de
dados são usadas para armazenar, alterar e consultar dados no nível de transação. Uma transação
deve garantir que os dados registrados na base de dados sejam a verdadeira representação de
eventos do mundo real. O principal objetivo da modelagem de uma base de dados transacional
é eliminar a redundância, de tal forma que uma transação que promova mudanças no estado do
banco de dados atue o mais pontualmente possível. A estruturação dos dados visando a garantia
das transações faz com que os mesmos sejam fragmentados em diversas tabelas (normalizadas),
o que traz uma considerável complexidade à formulação de uma consulta por um usuário final.
Realizar análise de dados em sistemas transacionais pode resultar em sobrecarga de consultas
impedindo que tais sistemas cumpram seu objetivo principal. Assim, é recomendável que os
dados a serem utilizadas em processos de análise estejam separados da base transacional
(REZENDE, 2003).
A origem do conceito de armazém de dados pode ser identificada no início da década
de 1980, quando o sistema de gerenciamento de banco de dados relacional emergiu como um
produto comercialmente aceito. As fundamentações do modelo relacional, com sua
simplicidade, juntamente com os recursos de consulta fornecidos pela linguagem SQL
(Structured Query Language), propiciaram o crescimento do interesse no que então era
chamado de computação pelo usuário final ou apoio à decisão.
Na implementação de ambientes de computação para o usuário final, os dados eram
extraídos das bases de dados transacionais da organização e armazenados em sistemas de banco
74
de dados dedicados a apoiar consultas não estruturadas (ad hoc) e a geração de relatórios. Uma
das principais preocupações subjacentes à criação destes sistemas era o impacto no desempenho
de computação do usuário final sobre os dados operacionais. Esta preocupação levou a
necessidade de separar sistemas de computação para o usuário final dos sistemas de
processamento transacional.
Os armazéns de dados devem ser concebidos como fontes de novas informações. As
técnicas de modelagem de dados permitem acumular e consolidar dados de diferentes fontes e,
a manutenção de dados históricos no armazém, permite que novas informações sejam geradas.
O valor de um armazém de dados não está na capacidade de realização de consulta ad hoc e
relatórios. O valor real é alcançado quando alguém começa a trabalhar com os dados no
armazém e descobre coisas que fazem a diferença para a organização, seja qual for o objetivo
do trabalho analítico.
2.7.2. MODELAGEM DIMENSIONAL DO ARMAZÉM DE DADOS
Kimball (2013) propôs uma técnica de modelagem de armazém de dados denominada
“modelagem dimensional”, onde dois elementos são imprescindíveis: os fatos e as dimensões.
Ambos são obrigatórios e possuem características complementares dentro de um armazém de
dados (KIMBALL, 2013).
As dimensões são os descritores dos dados oriundos dos fatos. Possui o caráter
qualitativo da informação. É a dimensão que permite a visualização das informações por
diversos aspectos e perspectivas.
Os fatos registram métricas aditivas. As dimensões são compartilhadas por vários fatos.
A FIG. 24 apresenta uma representação genérica de um fato e suas dimensões.
75
FIG. 24 Representação Gráfica de Fato e Dimensões
Fonte: elaborado pelo autor
Os fatos e dimensões são representados por tabelas no modelo dimensional. A tabela
fato tem uma chave primária composta de várias partes que são chaves estrangeiras que
referenciam as tabelas dimensão. Ela representa um relacionamento muitos-para-muitos a fato
e suas dimensões. As tabelas fatos mais úteis contêm uma ou mais medidas numéricas ou
"fatos". Os fatos mais úteis em uma tabela fato são numéricos e aditivos. A aditividade é crucial
porque as aplicações de armazém de dados quase nunca recuperaram um registro; em vez disso,
eles recuperam centenas, milhares ou mesmo milhões de registros a cada consulta.
As tabelas dimensão, na maioria das vezes contêm informações textuais descritivas.
Atributos de dimensão são usados como fonte da maioria das restrições interessantes em
consultas ao armazém de dados. O valor de um armazém de dados é proporcional à qualidade
e profundidade das dimensões existentes.
A escolha da técnica de modelagem do armazém de dados é fundamental para o sucesso
da sua compreensão e utilidade.
76
A criação de um armazém de dados pode ser implementada em três camadas:
1) A primeira camada referencia-se ao tema em estudo (negócio ou pesquisa
científica). Os requisitos dos usuários devem ser identificados e documentados.
Um modelo conceitual é totalmente apropriado para registrar a visão do
projetista em referência aos requisitos definidos pelos usuários;
2) A segunda camada diz respeito ao modelo lógico do armazém de dados, ondes
são feitas escolhas técnicas visando a criação do armazém de dados em um
sistema gerenciador de banco de dados. Os requisitos definidos no modelo
conceitual são mapeados em uma estrutura lógica;
3) A terceira camada referencia-se à construção do armazém de dados
propriamente dita. São tomadas decisões com foco na tecnologia escolhida para
a implementação. As escolhas técnicas representadas no modelo lógico são
traduzidas para o modelo físico do armazém de dados.
A FIG. 25 apresenta um processo genérico de criação do armazém de dados.
FIG. 25 Processo genérico de criação do armazém de dados.
Fonte: elaborado pelo autor
2.7.3. MODELAGEM CONCEITUAL DO ARMAZÉM DE DADOS
A partir da proposição do modelo dimensional por Kimball (1997), várias pesquisas têm
sido realizadas para aprimoramento da abordagem. Romero e Abelló (2009 e 2011), Golfarelli
(2010), Jindal e Taneja (2012) e Gosain e Singh (2014) desenvolveram pesquisas sobre
metodologias de modelagem de armazém de dados e apontaram a relevância do emprego da
modelagem conceitual. Golfarelli et al. (1997), um dos autores citados nas quatro pesquisas,
77
propôs uma abordagem para a modelagem conceitual do armazém de dados, denominado
modelo fato dimensional (Dimensional Fact Model – DFM) (GOLFARELLI, 1998 e 1999).
O modelo fato dimensional é um modelo conceitual gráfico especificamente concebido
para modelagem multidimensional (RIZZI, 2007):
Os objetivos do modelo fato dimensional são:
Efetivamente apoiar o projeto conceitual;
Proporcionar um ambiente em que as necessidades dos usuários possam ser
expressas de forma intuitiva;
Apoiar o diálogo entre o projetista e os usuários finais para refinar a
especificação de requisitos;
Criar uma plataforma estável para a lógica do projeto;
Proporcionar uma documentação de projeto expressiva e não-ambígua.
No contexto do projeto do armazém de dados, um papel fundamental é desempenhado
pela modelagem conceitual, que fornece um nível maior de abstração ao descrever a arquitetura
e o processo de armazenamento em todos os seus aspectos, com vista a alcançar a independência
em questões de implementação.
A FIG. 26 apresenta um diagrama conceitual na abordagem do modelo fato dimensional.
78
FIG. 26 Modelo Fato Dimensional.
Fonte: elaborado pelo autor
Um fato é um conceito relevante para o processo de tomada de decisão:
Ele modela um conjunto de eventos (ex: vendas, embarques, compras, etc.);
Tem propriedades dinâmicas e evolui, de alguma forma, ao longo do tempo;
Tem um ou mais atributos numéricos e valorizados continuamente que medem
o fato a partir de diferentes pontos de vista.
Uma dimensão é uma propriedade do fato com um domínio finito e descreve uma
perspectiva de análise sobre o fato (ex: produto, depósito, data de venda, etc.).
Uma medida é uma propriedade do fato e descreve um aspecto quantitativo que é
relevante para análise (ex: quantidade vendida, preço unitário, imposto, etc.).
Uma hierarquia determina como uma instância do fato pode agregada de maneira
significativa para o processo de tomada de decisão. Ela determina a granularidade adotada para
79
representar o fato. Uma hierarquia pode ter vários níveis de agregação (ex: produto >> tipo >>
categoria >> departamento).
A modelagem conceitual pode ser realizada a partir da aplicação de uma abordagem
orientada a dados (data-driven approaches). Os passos a serem seguidos são os seguintes
(RIZZI, 2007):
1) Escolher os fatos de interesse de acordo com o tema em estudo e as fontes de
dados disponíveis;
2) Para cada fato, identificar os atributos que capturam as dependências funcionais
existentes nas fontes de dados;
3) Organizar os atributos identificados (excluindo ou adicionando atributos) de
acordo com as dependências funcionais percebidas;
4) Identificar as dimensões e medidas;
5) Criar o esquema fato dimensional.
A utilização da modelagem conceitual em projetos de armazém de dados apresenta uma
série de vantagens (GOLFARELLI, 2009):
Esquemas conceituais são o melhor suporte para a discussão, verificação e
refinamento das especificações do usuário, uma vez que permite alcançar o
melhor trade-off entre a expressividade e clareza;
Os esquemas conceituais são um componente insubstituível à documentação do
projeto do armazém de dados;
Esquemas conceituais forneceram para base sólida e independente de plataforma
para o projeto lógico e projeto físico do armazém de dados;
Esquemas conceituais são um apoio eficaz para manutenção e extensão do
armazém de dados.
80
2.7.4. MODELAGEM LÓGICA E FÍSICA DO ARMAZÉM DE DADOS
A principal decisão a ser tomada na execução da modelagem lógica do armazém de
dados diz respeito a qual é a implementação relacional mais apropriada em função do tema em
estudo. O mapeamento do modelo conceitual para o modelo lógico pode usar um de dois
métodos:
Esquema estrela (star schema);
Esquema floco de neve (snowflake schema).
O esquema estrela é caracterizado pela utilização de tabelas dimensão não-
normalizadas, ou seja, todas as hierarquias existentes em uma dimensão são armazenadas na
mesma tabela dimensão.
No esquema floco de neve a tabela dimensão é totalmente normalizada, ou seja, cumpre
a regra da terceira forma normal preconizada para tabelas transacionais. Cada nível hierárquico
existente é implementado em uma tabela específica, também normalizada.
O esquema floco de neve é apropriado para os casos em que a estrutura das dimensões
é muito complexa e com muitas instâncias. Neste caso a normalização das dimensões pode
facilitar a implementação e a carga de dados no armazém de dados.
O esquema estrela é mais apropriado para os casos onde a estrutura das dimensões é
mais simples e com poucas ocorrências. Neste caso a não-normalização da tabela dimensão
trará ganhos de performance na realização das consultas.
O identificador da dimensão pode ser implementado através de uma chave natural
(conforme existente na fonte de dados) ou pode ser implementado por uma chave substituta,
onde um novo atributo sem significado para o negócio é usado em substituição a chave natural.
A escolha dependerá da estratégia de armazenamento de dados históricos que se quer
implementar. Dimensões que sofrem muitas alterações ao longo do tempo devem ser
representadas por chaves substitutas. Dimensões mais estáveis podem ser implementadas
usando as chaves naturais. Ainda há a opção do uso da dimensão implícita, onde não é criada
uma tabela para a dimensão. Os atributos da dimensão são armazenados na própria tabela fato
(KIMBALL, 2013).
81
A regra de mapeamento do modelo conceitual no modelo lógico implica na criação de
uma tabela fato para cada fato identificado e uma tabela dimensão para cada dimensão
identificada, no caso da escolha pelo esquema estrela. Se a opção for pelo esquema floco de
neve, devem ser implementadas tantas tabelas quantos sejam os níveis hierárquicos da
dimensão.
A FIG. 27 representa o mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual do
armazém de dados.
FIG. 27 Mapeamento do modelo lógico a partir do modelo conceitual
Fonte: elaborado pelo autor
A implementação do modelo físico implica nas seguintes escolhas:
Qual é o sistema gerenciador de banco de dados mais apropriado para a
implementação do armazém de dados?
Quais restrições devem ser criadas (chave única, chave primária, chave
estrangeira, chave substituta)?
Qual é a necessidade de criação de índices para melhoria de performance?
Há necessidade da implementação do particionamento de tabelas (em função do
volume dados)?
Quantas estruturas físicas serão necessárias para grupos de arquivos, tabelas,
partições, índices?
82
Todas as decisões estão diretamente relacionadas à tecnologia de banco de dados
escolhida para implementação do armazém de dados (KIMBALL, 2013).
A FIG. 28 representa o mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico do
armazém de dados.
FIG. 28 Mapeamento do modelo físico a partir do modelo lógico Fonte: elaborado pelo autor
83
3. APRESENTAÇÃO DA MRS LOGÍSTICA S.A.
A MRS Logística S.A. é uma concessionária do transporte ferroviário com atuação na
região sudeste do Brasil. Suas características principais estão representadas na TAB. 14.
TAB. 14 Características da MRS Logística S.A.
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A FIG. 29 apresenta a malha ferroviária da concessionária MRS Logística S.A., com
destaque para os três estados onde a empresa opera (Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo).
FIG. 29 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A.
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT
Área de Atuação Minas Gerais (MG), Rio de Janeiro (RJ) e São Paulo (SP)
Extensão da Malha 1674 km
Bitola 1,00m/1,60m - 42 km
1,60m - 1632
Início da operação 01/12/1996
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Características da MRS Logística S.A.
84
A FIG. 30 destaca a importância do minério de ferro como sendo a principal mercadora
transportada pela concessionária.
FIG. 30 Mercadoria Transportada em 2013 (em TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
As TAB. 15 e 16 apresentam o detalhamento da produção por grupo de mercadoria por
TU e TKU, respectivamente, no ano de 2013, destacando-se o transporte de minério.
TAB. 15 Transporte Realizado pela Concessionária MRS Logística S.A. por Grupo de
Mercadoria - 2013 (em TU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Grupo TU %
Combustíveis 93.747 0,07%
Carga Geral 134.901 0,10%
Adubos e Fertilizantes 215.178 0,16%
Conteiner 560.420 0,43%
Celulose 933.296 0,71%
Soja e Farelo de Soja 1.025.833 0,78% 14,63%
Indústria Cimenteira 1.395.015 1,07%
Cimento 1.485.031 1,13%
Produção Agrícola 1.800.978 1,38%
Granéis Minerais 1.944.349 1,49%
Carvão/Coque 2.974.143 2,27%
Indústria Siderúrgica 6.591.087 5,03%
Minério de Ferro 111.752.337 85,37%
Total 130.906.315
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Transporte Realizado pela Concessionária
MRS Logística S.A. por Grupo de Mercadoria - TU
2013
85
TAB. 16 Transporte Realizado pela Concessionária MRS Logística S.A. por Grupo de
Mercadoria - 2013 (em TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
Combustíveis e lubrificantes são o segundo maior item entre os custos e despesas
operacionais da MRS Logística S.A., conforme apresentado na FIG. 31.
FIG. 31 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em milhões R$)
Fonte: Demonstração dos Resultados – MRS Logística S.A.
Combustíveis e lubrificantes correspondem, em média, a 25,35% dos custos e despesas
operacionais da MRS Logística S.A., conforme apresentado na FIG 32 (MRS, 2013).
Grupo TKU %
Adubos e Fertilizantes 7.532.404 0,01%
Combustíveis 13.597.532 0,02%
Carga Geral 34.284.303 0,06%
Conteiner 140.913.185 0,23%
Celulose 150.577.783 0,24%
Indústria Cimenteira 270.860.538 0,44% 11,31%
Carvão/Coque 339.040.406 0,55%
Soja e Farelo de Soja 535.928.500 0,87%
Produção Agrícola 855.687.447 1,39%
Cimento 941.415.954 1,53%
Granéis Minerais 1.193.093.969 1,94%
Indústria Siderúrgica 2.472.073.431 4,02%
Minério de Ferro 54.512.620.546 88,69%
Total 61.467.625.998
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT
Tabela X.X - Transporte Realizado pela Concessionária
MRS Logística S.A. por Grupo de Mercadoria - TKU
2013
86
FIG. 32 Custos e Despesas Operacionais - 2011/2013 (em %)
Fonte: Demonstração dos Resultados – MRS Logística S.A.
A FIG. 33 apresenta o consumo de combustível da MRS Logística S.A. no período
2012/2013 medido em litros por milhares de TKB.
FIG. 33 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. - 2012/2013
(em litros por milhares de TKB)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
87
A FIG. 34 apresenta o consumo de combustível da MRS Logística S.A. no período
2012/2013 medido em litros por milhares de TKU.
A diferença básica entre os dois gráficos é que no primeiro (TKB) foi considerado o
peso total rebocado (peso da carga + peso das locomotivas + peso dos vagões) e no segundo
caso (TKU) foi considerado somente o peso total das mercadorias transportadas.
FIG. 34 Consumo de Combustível da MRS Logística S.A. 2012/2013
(em litros por milhares de TKU)
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
3.1. CORREDORES FERROVIÁRIOS: FERROVIA DO AÇO E LINHA DO CENTRO
O primeiro corredor é conhecido como Ferrovia do Aço. É uma das ferrovias mais
importantes da malha ferroviária brasileira. Ela possui 354 km entre Jeceaba/MG e Saudade/RJ.
É composta por 109 viadutos e pontes, que somam 32.471m, e 81 túneis, que somam 57.834m.
O "Tunelão", com 8.645m, é considerado o maior túnel ferroviária da malha brasileira. A
Ferrovia do Aço é normalmente usada para a circulação de trens carregados com destino aos
portos do Rio de Janeiro.
88
O segundo corredor é conhecido como Linha do Centro e interliga as cidades Rio de
Janeiro/RJ e Belo Horizonte/MG. É oriunda da histórica Estrada de Ferro Central do Brasil. A
Linha do Centro é normalmente usada para circulação de trens vazios com destino aos pontos
de carga em Minas Gerais.
A FIG. 35 apresenta um esquema destacando os corredores Ferrovia do Aço e Linha do
Centro da MRS Logística S.A.
FIG. 35 Malha Ferroviária da Concessionária MRS Logística S.A.
Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT)
A circulação de trens entre os dois corredores permite uma operação conhecida como
“carrossel”, que otimiza a circulação de trens e propicia uma operação segura e produtiva.
89
3.2. MATERIAL RODANTE DA MRS LOGÍSTICA S.A.
Atualmente a MRS Logística S.A possui aproximadamente 738 locomotivas ativas e
18.290 vagões (RF, 2014).
A TAB. 17 apresenta a frota ativa de locomotivas da concessionária MRS Logística S.A.
por modelo de locomotiva. Destaca-se a quantidade de 625 locomotivas do modelo GE.
TAB. 17 Frota Ativa de Locomotivas da Concessionária MRS Logística S.A. 2013
Fonte: Anuário RF 2014 (Revista Ferroviária)
A TAB. 18 apresenta a frota de vagões da concessionária MRS Logística S.A. por tipo
de vagão. Destaca-se a quantidade de 11.742 vagões do tipo gôndola, utilizado principalmente
para o transporte de minério de ferro.
TAB. 18 Frota de Vagões da Concessionária MRS Logística S.A. - 2013
Fonte: Anuário RF 2014 (Revista Ferroviária)
Modelo QTD
EFCB 3
GE 625
GM 90
Hitachi 13
Stadler 7
Total 738
Tipo QTD
Fechado 1.153
Gôndola 11.742
Hopper 2.843
Plataforma 2.484
Tanque 35
Gaiola 21
Outros 12
Total 18.290
90
3.3. MAQUINISTAS DA MRS LOGÍSTICA S.A.
Maquinista é o profissional que exerce a função crítica de conduzir locomotivas,
controlando o seu funcionamento durante a circulação e nas operações de anexação e
desanexação de locomotivas e vagões, de acordo com as normas e práticas definidas pelo
transportador ferroviário.
A formação de um maquinista é complexa. Leva em média 16 meses para um
profissional estar apto a conduzir um trem. A formação de maquinistas na MRS é composta
pelos seguintes treinamentos:
Elementos de Sinalização e Comunicação;
Manual de Operação Ferroviária;
Communication Based Train Control (CBTC);
Comando de Trem Via Rádio (Locotrol);
Regulamento de Operação Ferroviária;
Via Permanente;
Mecânica Básica + Prática;
Freio Pneumático Básico + Prática;
Elétrica Básica + Prática;
Manobras Ferroviárias (Tração e Pátios);
Simulador de Condução de Trens (Básico).
O treinamento é complementado pela utilização de um simulador de condução de trens,
onde se desenvolve os conceitos de condução, com várias especificações e configurações de
perfis de linha, com inúmeras formações de locomotivas e vagões vazios e carregados. O
simulador é utilizado na formação de novos maquinistas e no aprimoramento dos profissionais
mais experientes. São necessárias em média 53,5 horas de simulador (com, no mínimo, 80% de
aproveitamento) para preparar um maquinista para condução de locomotivas.
Na etapa de admissão, o maquinista passa pelas seguintes avaliação:
Prática no posto de trabalho com maquinista monitor (6 meses);
Formação de Maquinista (Simulador de Condução de Trens);
91
Teoria Avançada: Mecânica, Elétrica, Freio Pneumático, Locotrol e CBTC;
Avaliação Final com Inspetor de Operação de Trens em duas viagens.
A duração completa da formação de um maquinista é de 404 horas.
Os maquinistas podem atuar sozinhos, na modalidade conhecida como monocondução,
ou com dois ou mais profissionais conduzindo trens.
A atuação do maquinista é essencial para a obtenção da eficiência energética. Ele
controla a força tratora transferida aos eixos da locomotiva através dos pontos de aceleração
(análogo às marchas de automóveis). Conduzir uma composição férrea exige um significativo
grau de conhecimento e experiência do maquinista, pois a seleção indevida de um ponto de
aceleração em relação ao trecho da via pode danificar tanto a locomotiva quanto os trilhos da
ferrovia, além do consumo indevido de combustível (LEITE, 2009).
92
4. MODELAGEM PROPOSTA PARA O INDICADOR DE EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
4.1. MODELO PROPOSTO PARA DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE
DESEMPENHO
A documentação proposta para o indicador é composta pelos seguintes grupos de
atributos:
Identificação;
Tipo de Identificador;
Descrição do Indicador;
Coleta de Dados;
Apuração;
Apresentação do Resultado;
Observações.
Todos os dados são necessários para a completa documentação e entendimento do
indicador em estudo.
O levantamento de dados pode ser realizado através de entrevistas individuais ou em
grupos. Para situações mais complexas, especialistas dentro e fora da organização poderão
opinar sobre as características do indicador em estudo.
O prazo necessário para a documentação do indicador é diretamente proporcional à
complexidade do mesmo e da disponibilidade dos profissionais envolvidos na sua
documentação. Não há prazo padrão de referência.
Recomenda-se a realização de um workshop inicial para apresentação do modelo de
documentação e agendamento das reuniões necessárias e um workshop final após a aprovação
da documentação do indicador. Todos os envolvidos na apuração e análise do indicador devem
ser comunicados da maneira mais clara possível sobre a documentação oficial existente.
93
O modelo proposto para documentação do indicador de desempenho é apresentado na
FIG. 36.
FIG. 36 Modelo Proposto para Documentação do Indicador de Desempenho
Fonte: elaborado pelo autor
Recomenda-se o desenvolvimento ou a aquisição de um “dicionário de indicadores”
para o armazenamento da documentação gerada. O registro da documentação em banco de
dados e a disponibilidade de aplicações de consulta podem facilitar a disseminação e a
padronização do entendimento sobre o indicador ou indicadores que estiverem em estudo.
94
4.2. APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO
A aplicação do modelo proposto ocorreu como um estudo de caso da concessionária do
transporte ferroviário de carga MRS Logística S.A., localizada em Juiz de Fora – MG.
4.2.1. DETALHAMENTO DA APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO
A aplicação do modelo proposto foi composta pelas seguintes etapas:
Formalização do indicador a ser estudado;
Análise do contexto de negócio da empresa;
Delimitação do escopo do indicador;
Detalhamento do indicador;
Consolidação da documentação do indicador.
Optou-se pelo estudo do Indicador de Eficiência Energética em função da sua relevância
para a operação ferroviária. Ele é um indicador chave de desempenho no contexto ferroviário.
A análise do contexto de negócio da empresa contemplou:
A estrutura organizacional da empresa;
A estrutura de acionistas;
A carteira de clientes;
Os segmentos de atuação;
Os principais produtos transportados;
A malha ferroviária:
o Pátios;
o Segmentos Ferroviários;
o Pontos de entroncamento.
Características da operação ferroviária:
o Pontos de carga;
o Pontos de descarga;
o Pontos de abastecimento;
o Principais gargalos operacionais.
95
Material rodante disponível:
o Locomotivas;
o Vagões.
Maquinistas:
o Quantidade de profissionais;
o Experiência profissional.
4.2.2. DOCUMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A modelagem do indicador de eficiência energética contou com a participação de vários
profissionais entre engenheiros e especialistas das áreas de operação e engenharia de transportes
da empresa.
Durante as entrevistas constatou-se a importância do indicador de eficiência energética
para a gestão da empresa. O indicador é um reflexo das práticas operacionais da empresa.
Ganhos no indicador podem ser traduzidos diretamente em ganhos financeiros. A redução de
1% no indicador pode corresponder a ganhos de milhões de reais. O indicador serve como um
referencial para o estabelecimento das políticas de aquisição e estoque de combustível, com
reflexos na estratégia de suprimentos da empresa. O indicador também pode ser usado no
momento de aquisição de locomotivas, servindo como referencial para a escolha dos modelos
mais adequados.
A utilização do indicador pode influenciar algumas estratégias operacionais da empresa.
O indicador pode ser usado no momento da formação de uma composição, onde o consumo
estimado pode ser comparado com o de outras alternativas para a escolha da mais adequada. O
indicador também pode ser usado na definição da estratégia de manutenção de locomotivas. O
consumo de combustível é um dos principais gatilhos utilizados para planejamento e realização
da manutenção preventiva de locomotivas.
96
Durante as discussões sobre o indicador de eficiência energéticas foi possível observar
as seguintes situações:
Há restrições técnicas para a medição exata do consumo de combustível das
locomotivas. A primeira restrição observada está relacionada à visualização do
nível de combustível na locomotiva. Qualquer inclinação (grade) no local onde
a locomotiva estiver posicionada poderá dificultar a leitura dos registradores;
A segunda restrição está relacionada a utilização do “fuel link”. Algumas
locomotivas utilizam o dispositivo. Entretanto, a leitura do consumo exibe uma
margem de erro e nem todas as locomotivas possuem o dispositivo;
Uma alternativa a ser adotada seria a inserção de um dispositivo de medição nas
linhas de combustível das locomotivas. Entretanto, algumas dificuldades
operacionais poderiam interferir na medição em função do retorno do
combustível para o tanque, prejudicando a fidelidade dos dados. A própria
quantidade de linhas de combustível poderia inviabilizar os custos da alternativa.
Após a obtenção de consenso sobre a estrutura proposta, a documentação foi
considerada apta para implementação.
A aplicação do modelo proposto resultou no diagrama apresentado na FIG. 37.
97
FIG. 37 Documentação do Indicador de Eficiência Energética
Fonte: elaborado pelo autor
98
4.2.3. DESDOBRAMENTO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
O indicador de eficiência energética pode ser desdobrado da seguinte forma:
O consumo de combustível é definido pelo somatório do consumo de
combustível de todas as locomotivas que circularam durante um certo período
para a prestação do serviço de transporte. Portanto, é necessário conhecer a
estrutura de abastecimento disponível na empresa, as características das
locomotivas, a data em que o abastecimento ocorreu e quantos litros foram
abastecidos. É imprescindível conhecer a data do abastecimento imediatamente
anterior. Assume-se, por decorrência de procedimento operacional, que em cada
abastecimento o tanque de combustível da locomotiva será totalmente
preenchido;
O transporte realizado é definido pelo indicador tonelada-quilômetro-útil ou
tonelada-quilômetro-bruta, que é desdobrado em tonelada útil ou bruta
transportada e distância percorrida para a realização do transporte. É necessário
conhecer a formação e circulação de trens praticada pela empresa. A distância
percorrida será definida pela circulação dos trens (trem-km). Toda circulação em
uma ferrovia é realizada por um trem, mesmo no caso da circulação de
locomotivas escoteiras (que circulam sozinhas, portanto, sem rebocar vagões
e/ou rebocando outras locomotivas). A prefixação dos trens é obrigatória para
que haja identificação inequívoca sobre o trem. Assim, um trem, em condições
normais, será formado por no mínimo uma locomotiva e vários vagões de acordo
com as necessidades de transporte. Há situações em que algumas locomotivas
participam da formação do trem, porém, em certos trechos, não exercem o papel
de tração, seja por economia de combustível, seja por deslocamento por
necessidade operacional, para atender outro transporte ou em deslocamento para
oficina de manutenção, por exemplo. Portanto, é necessário conhecer as regras
e procedimentos da operação ferroviária que estão definidos no Regulamento de
Operação Ferroviária (ROF), manual que estabelece as regras que devem ser
seguidas por todos os colaboradores próprios e contratados, cujas atividades
estão ligadas, de forma direta ou indireta, à operação ferroviária (MRS, 2012);
99
O peso a ser transportado, medido em tonelada-útil, ou seja, considerando-se
somente o peso da mercadoria em si, é definido no momento da formação do
trem. Para cada vagão carregado que comporá um trem é obrigatório informar o
peso a ser transportado pelo vagão e a que mercadoria se refere. O peso deve
constar na documentação legal que autoriza a circulação do trem, respeitando a
legislação dos estados por onde o trem circulará.
Para o entendimento completo da formação do indicador de eficiência energética ainda
é necessário conhecer as características dos vagões utilizados no transporte, as características
da malha ferroviária, principalmente o leiaute da malha composto por tangentes e curvas
dispostas em plano, aclives e declives e a equipe de maquinistas que conduzirão os trens.
Os maquinistas exercem grande influência na obtenção da eficiência energética. A
estratégia de condução, a aplicação adequada dos pontos de aceleração das locomotivas, o
respeito as regras de sinalização e às diretrizes estabelecidas pelo centro de controle operacional
determinarão se uma viagem de um maquinista propiciou ou não a obtenção de eficiência
energética.
100
5. IMPLEMENTAÇÃO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
5.1. ABORDAGEM PROPOSTA PARA O ARMAZÉM DE DADOS
A implementação do armazém de dados deve permitir o armazenamento completo de
todas as informações necessárias para compor o indicador ou indicadores em estudo. Isto
significa que, além da representação do indicador propriamente dito, deve-se considerar todas
as informações parciais que compõem o indicador. A séria histórica do indicador deve ser a
mais completa e ampla possível.
O modelo proposto para a implementação do indicador é composto pelas seguintes
etapas de modelagem:
Modelagem conceitual do armazém de dados;
Modelagem lógica do armazém de dados;
Modelagem física do armazém de dados.
A aplicação da abordagem proposta foi iniciada pela modelagem de uma ferrovia
hipotética. O objetivo foi reunir a maior quantidade possível de informação sobre o
funcionamento do transporte ferroviário de carga antes da análise de uma situação real. Os
conceitos foram extraídos da literatura especializada, com destaque para: (PROFILLIDIS,
2014), (AREMA, 2009), (PACHL, 2009), (HANSEN, 2008), (FIORONI, 2008), (BONNETT,
2005) e (HAY, 1982).
Foram identificados os seguintes componentes essenciais:
1) Infraestrutura
Via Permanente:
Trilhos;
Dormentes;
Lastro;
Aparelhos de Mudança de Via (AMV).
Sinalização & Comunicação.
2) Malha Ferroviária:
Pátios;
101
Rampas;
Curvas;
Postos de Abastecimento;
Terminais de Carga;
Terminais de Descarga.
3) Material Rodante:
Locomotivas;
Vagões;
Veículos de Apoio.
4) Sistema de Regras e Procedimentos:
Formação de Trens;
Licenciamento de Trens;
Circulação de Trens.
5) Recursos Humanos:
Maquinistas;
Manobradores;
Mantenedores;
Controladores de Tráfego.
6) Operação Ferroviária:
Gráfico Horário de Trens (Timetable).
7) Energia.
A relação não é exaustiva. Foram considerados os componentes diretamente
relacionados a operação ferroviária e com algum grau de relacionamento com a eficiência
energética.
Os sistemas de informação usados como suporte à gestão da operação ferroviária devem
ser analisados como fontes de dados para o armazém de dados.
102
5.1.1. SISTEMAS DE GESTÃO DA OPERAÇÃO FERROVIÁRIA
A operação ferroviária da MRS Logística S.A. é sustentada por dois sistemas de
missão crítica:
Sistema de Logística – SISLOG;
Sistema de Gerenciamento de Despacho de Trens (Train Management
Dispatch System) – TMDS.
O Sistema de Logística concentra e operacionaliza as várias atividades do planejamento
e controle da circulação dos trens. Abrange desde o planejamento e distribuição da demanda
mensal de transporte até a fase operacional propriamente dita, contemplando toda a operação
de transporte a partir da criação de um trem, início da circulação e acompanhamento até a sua
chegada na estação de destino.
O Sistema de Logística possuí ainda interações com as áreas comercial, faturamento,
manutenção mecânica, pátios e terminais, suprimentos, além de possibilitar aos clientes a
consulta ao sistema de posicionamento de trens através da internet, para acompanhamento das
cargas despachadas.
O papel exercido pelo Sistema de Logística é vital para a performance da operação
ferroviária.
O TMDS fornece todas as ferramentas essenciais necessárias para gerenciar os tipos de
operações de trem que estão relacionadas ao Controle de Tráfego Centralizado (CTC) e ao
Controle de Garantia da Via (TWC).
O TMDS é baseado no conceito de communications-based train control (CBTC). O
CBTC é o sistema de controle e monitoramento do movimento dos trens através da rede
dedicada de comunicação integrada com a sinalização da malha ferroviária. O computador de
bordo troca continuamente informações sobre posição, velocidade e licenciamento e também
recebe informações dos trens à frente, do trabalho de equipes de manutenção e de restrições de
103
velocidade em função de características operacionais definidas no momento da circulação dos
trens. Evita os excessos de velocidade e, nos casos em que o maquinista não atuar, o sistema
coloca o trem e sua vizinhança em condição segura, reduzindo a velocidade (corte de tração)
ou parando os trens.
A MRS Logística S.A. foi a primeira ferrovia de carga no mundo a implantar o sistema
CBTC. Com ele, os trens poderão trafegar em intervalos (headway) menores em função do
monitoramento eletrônico da operação ferroviária.
Os sistemas transacionais, portanto, são responsáveis pelo registro da operação
ferroviária, ou seja, é onde são registrados os dados sobre a malha ferroviária, locomotivas,
vagões, maquinistas, formação e circulação de trens e demais dados que representam a
movimentação de cargas.
5.1.2. MAPEAMENTO DAS FONTES DE DADOS
Os elementos essenciais identificados no mapeamento das fontes de dados foram os
seguintes:
Malha Ferroviária – estrutura necessária para a circulação de trens. Formada por
pátios, entrepátios, rampas e curvas;
Trem – um trem é uma unidade de circulação. O histórico da circulação dos trens
é necessário para compreensão de toda movimentação na malha que consumiu
combustível;
Locomotiva – componente mais crítico do modelo em função do consumo de
combustível. As condições de circulação das locomotivas interferem
diretamente no consumo;
Vagão – unidade transportadora de mercadoria. Embora seja o elemento
tracionado, a quantidade de vagões e o peso da mercadoria transportada
interferem diretamente no dimensionamento da quantidade de locomotivas
104
necessárias para a realização do transporte. A circulação de vagões vazios
também é considerada na apuração do indicador;
Maquinista – é o elemento humano e decisor na circulação dos trens. O ritmo
que um maquinista imprime ao movimento determina diretamente o consumo
de combustível. A decisão de frenagem e a aplicação correta dos pontos de
aceleração contribuem diretamente para uma condução mais segura e mais
econômica.
5.1.3. MODELO CONCEITUAL DO ARMAZÉM DE DADOS
O modelo conceitual do armazém de dados foi elaborado a partir da definição do
indicador de eficiência energética e do mapeamento das fontes de dados. Optou-se pela
modelagem de duas tabelas fato em função da complexidade do indicador.
A tabela fato FT Eficiência Energética Segmento é necessária para a apuração do
indicador de eficiência energética por segmento da malha ferroviária. O segmento da malha
ferroviária define a granularidade ideal para a tabela fato. A partir dele é possível a aditividade
em qualquer nível de organização da malha ferroviária. Também é adequada para agregação
por locomotiva e maquinista e suas respectivas hierarquias. A agregação também pode ser
realizada por trem.
A segunda tabela fato FT Eficiência Energética Maquinista é necessária para a apuração
do indicador de eficiência energética por maquinista. Não foi possível implementar uma única
tabela fato em função da particularidade de que na circulação de um trem em um determinado
segmento é comum a atuação de dois maquinistas. A ocorrência de três ou mais maquinistas no
mesmo trem no mesmo segmento é bastante incomum. A tabela fato permite a associação de
maquinista e locomotiva, onde é possível analisar o desempenho de maquinistas na condução
de determinados tipos de locomotivas.
A FIG. 38 apresenta o modelo conceitual do indicador de eficiência energética por
segmento da malha ferroviária e a FIG. 39 apresenta o modelo Conceitual por maquinista.
105
FIG. 38 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Fonte: elaborado pelo autor
106
FIG. 39 Modelo Conceitual do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista
Fonte: elaborado pelo autor
107
5.1.4. MODELO LÓGICO E FÍSICO DO ARMAZÉM DE DADOS
A tradução do modelo conceitual do indicador de eficiência energética por segmento
para o modelo lógico resultou no diagrama apresentado na FIG. 40. Optou-se pela
implementação do esquema estrela.
FIG. 40 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Segmento Fonte: elaborado pelo autor
108
O mesmo critério foi adotado para a tradução do modelo por maquinista, conforme
mostrado na FIG. 41.
FIG. 41 Modelo Lógico do Indicador de Eficiência Energética por Maquinista.
Fonte: elaborado pelo autor
109
A FIG. 42 apresenta o modelo auxiliar sobre rampa e curva necessário na apuração da
resistência de rampa e resistência de curva.
FIG. 42 Modelo Lógico Auxiliar para Registro de Rampa e Curva Fonte: elaborado pelo autor
O mapeamento do modelo lógico para o modelo físico resultou na implementação do
banco de dados em um sistema gerenciador de banco de dados relacional. Optou-se pela
utilização da tecnologia Oracle para criação do armazém de dados. Foram criadas 15 tabelas
com os respectivos índices e demais componentes exigidos pela tecnologia utilizada.
5.1.5. FLUXO DE DADOS PARA O ARMAZÉM DE DADOS
O indicador de eficiência energética é um indicador crítico e exige uma quantidade
expressiva de indicadores de suporte para a sua apuração. É necessário representar a operação
ferroviária em uma estrutura de dados abrangente. A quantidade de indicadores de suporte exige
a implementação de um armazém de dados para registro de dados históricos e posterior suporte
para análise de dados.
A FIG. 43 apresenta o fluxo de captura de dados desde a origem até o uso final no
processo de tomada de decisão.
110
Os dados podem ser capturados da ferrovia por diversas formas: através de sistemas de
automação, posicionamento GPS, através de sistemas CBTC (Communications-Based Train
Control), digitação, etc., dependendo das tecnologias disponíveis. Os dados capturados
(posição, peso, localização, condição de funcionamento, etc.) são enviados para os sistemas
transacionais onde são aplicadas regras de negócio (consistência, correção, ajuste, integridade,
etc.). Os sistemas transacionais são responsáveis pela tomada de decisão operacional e
trabalham no nível mais granular dos dados. Os sistemas transacionais normalmente não
armazenam dados históricos por longo período. O objetivo é que as transações de negócio sejam
executadas com a melhor performance (tempo de resposta) possível.
FIG. 43 Fluxo de Captura de Dados
Fonte: elaborado pelo autor
Os dados transacionais são enviados para o armazém de dados onde são preparados para
análise. O processo de extração, transformação e carga (ETL) é responsável por selecionar os
dados no sistema transacional, realizar as devidas transformações e ajustes e armazená-los no
armazém de dados no nível de agregação mais apropriado. Posteriormente, os dados
armazenados são submetidos a algoritmos estatísticos para análise e tomada de decisão. O fluxo
de informação pode ser realizado na frequência mais adequada às necessidades de negócio
(tempo real, defasagem de hora (h-1), defasagem de dia (d-1)) ou qualquer outra periodicidade
definida.
111
6. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
6.1. CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR SEGMENTO
FERROVIÁRIO
6.1.1. CÁLCULO DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL POR LOCOMOTIVA
O cálculo do consumo de combustível por locomotiva é imprescindível para a análise
da eficiência energética de uma ferrovia. O modelo proposto baseia-se no pressuposto de que o
consumo de combustível de uma locomotiva deve ser uma medida real baseada no
abastecimento em posto específico. O pressuposto assumido pelo modelo, garantido por
execução de procedimento operacional e auditado regularmente, é de que o tanque da
locomotiva será sempre totalmente preenchido. Assim, a diferença entre um determinado
abastecimento (lat) e o abastecimento imediatamente anterior (lan) é exatamente o consumo de
combustível da locomotiva. Este consumo, ponderado pela resistência total de todos os
segmentos percorridos pela locomotiva no intervalo entre os dois abastecimentos é que será
utilizado para determinar o consumo de combustível do segmento ferroviário, conforme
ilustrado na FIG. 44.
O abastecimento da locomotiva é registrado em base de dados transacional para
posterior validação e utilização.
FIG. 44 Cálculo do consumo de combustível
Fonte: elaborado pelo autor
112
6.1.2. ANÁLISE DA MALHA FERROVIÁRIA
A análise da malha ferroviária se faz necessária para reconhecimento dos segmentos
ferroviários e definição dos grupos de segmento.
Um segmento ferroviário é definido por um par de pátios adjacentes. É formado pelos
dois pátios limites e pelas linhas que unem os dois pátios, também, chamadas de entrepátios,
conforme mostrado na FIG. 45. Uma propriedade importante do segmento ferroviário é a sua
extensão, normalmente medida em quilômetros.
Um segmento ferroviário é formado por rampas e curvas. As rampas definem a
inclinação do relevo e são subsequentes. O somatório da extensão de todas as rampas define a
extensão do segmento ferroviário. Uma curva pode ser conectada a outra curva ou a uma
tangente.
FIG. 45 Segmento Ferroviário
Fonte: elaborado pelo autor
A análise da malha foi realizada com base no documento Diagrama Esquemático da
Malha Ferroviária, que apresenta a malha disponível como um todo, e no documento Esquema
Geral de Linha, que apresenta o marco quilométrico de entrada e saída de cada pátio e a
organização das linhas do pátio. Os dois documentos são produzidos e mantidos pela Gerência
Geral de Via Permanente da MRS Logística S.A.
A extensão de cada segmento é essencial para a apuração de todos os indicadores
referentes a distância percorrida (trem-km, loco-km, vagão-km, etc).
113
Os segmentos ferroviários foram agrupados para facilitar as análises e a localização na
malha ferroviária. Eles foram definidos em função de pátios limites da malha ou pátios que
definem mais de uma rota possível. Foram criados os grupos de segmentos ferroviários
conforme apresentado na TAB. 19.
TAB. 19 Grupos de Segmentos da Malha Ferroviária
Fonte: elaborado pelo autor.
GRUPO INÍCIO FIM EXTENSÃO
1A FGI FBA 27
1A1 FBA FTX 6
1A2 FBA FXS 3
1A3 FBA HSG 16
1A4 FBA HIT 8
1B FBA FQS 32
1C FAR HCB 22
1D HCB HDE 8
1E HCB FQS 42
1F FQS FBP 50
2A FBP FDM 378
2B FDM FLP 24
2C FLP FJR 4
2D FJR FAF 68
2E FAF FCF 8
2F FAF FIE 39
2G FIE FBO 12
2H FIE FAG 20
3A FBP FSE 46
3B FSE FJC 294
3C FJC FLM 13
3D FJC FLF 3
3E FLF FLM 10
3F FLM FOO 46
4A FLP FLA 7
4B FLA FJC 7
4C FLA FJR 3
4D FLA FLF 4
5A FDM FOB 8
5B FDM ELF 24
1232Total
Tabela X.X - Grupos de Segmentos
da Malha Ferroviária
Fonte: elaborado pelo autor
114
O resultado da análise da malha é apresentado nas FIG. 46, 47 e 48. O diagrama da
malha foi produzido com o objetivo de ser uma das formas de apresentação dos resultados das
análises realizadas.
FIG. 46 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 1)
Fonte: elaborado pelo autor
115
FIG. 47 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 2)
Fonte: elaborado pelo autor
116
FIG. 48 Corredores Ferrovia do Aço e Linha do Centro da MRS Logística S.A. (parte 3)
Fonte: elaborado pelo autor
6.1.3. ANÁLISE DE RAMPAS E CURVAS
Para o completo entendimento da malha ferroviária faz-se necessário entender as
características de relevo onde a malha ferroviária está instalada. O relevo existente entre as
regiões do Rio de Janeiro/RJ e Belo Horizonte/MG apresenta-se muito irregular. É uma região
montanhosa e oscila entre o nível do mar, no marco zero da MRS na ilha de Guaíba, próximo
a cidade de Mangaratiba/RJ e as montanhas de Minas Gerais.
A maior rampa identificada é de 2,91%, localizada entre os marcos quilométricos
21+640 e 21+780 no segmento EMP/ELF (Miguel Burnier/Lafaiete Bandeira), na Linha do
Centro próximo a Ouro Preto/MG.
A maior altitude identificada é de 1.175,179m, localizada entre os marcos quilométricos
397+819 e 397+879 no segmento FCH/FEV (Cachoeira/Engenheiro Drumont), na Linha do
Centro próximo a Barbacena/MG.
117
O ponto de maior criticidade para a condução dos trens na Linha do Centro localiza-se
na descida da Serra do Mar, entre os quilômetros 64 e 90. Na Ferrovia do Aço, o ponto que
oferece maior dificuldade para a condução dos trens está localizado entre os quilômetros 153 e
158, trecho conhecido como “tobogã”, em função da alternância de aclives e declives.
A FIG. 49 apresenta as altitudes mínimas, médias e máximas dos segmentos do grupo
2A, localizados entre Barra do Piraí/RJ e Joaquim Murtinho/MG, na Linha do Centro. A
extensão total é de 378 km e apresenta grande oscilação no relevo.
A FIG. 50 apresenta a quantidade de curvas à direita e à esquerda dos segmentos do
Grupo 2A. Além da oscilação de altitude, a sinuosidade do relevo também deve ser considerada.
118
FIG. 49 Altitude Mínima, Média e Máxima (em m) dos Segmentos do Grupo 2A
Fonte: elaborado pelo autor
119
FIG. 50 Quantidade de curvas à direita e a esquerda dos Segmentos do Grupo 2A
Fonte: elaborado pelo autor
120
6.1.4. CÁLCULO DA RESISTÊNCIA DE RAMPA E CURVA
As resistências de rampa e curva exercem influência no consumo de combustível pois
refletem as condições de relevo (variações de altitude e contorno de obstáculos naturais) que
devem ser superados na circulação dos trens.
O cálculo das resistências é realizado para cada rampa e cada curva existente em um
segmento. Após o cálculo individual, é realizado o somatório de todas as resistências de um
segmento. Este somatório será usado posteriormente para cálculo da resistência total do
segmento, conforme definido no item 2.4.1.2.
6.1.5. CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS NORMAIS DE LOCOMOTIVA E VAGÃO
As resistências normais de locomotivas e vagões determinam o cálculo da resistência
total do segmento. Elas são diretamente influenciadas pela velocidade desempenha pelos trens
no segmento em estudo, conforme definido no item 2.4.1.1.
A resistência total do segmento será usada como fator de ponderação.
6.1.6. PROCESSO DE CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
POR SEGMENTO
O processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ferroviário é
baseado na execução de rotinas desenvolvidas em PL/SQL (Procedural Language/Structured
Query Language) e etapas de validação e qualidade de dados, conforme apresentado no item 8.
São necessárias 20 etapas para a conclusão do processo, conforme mostrado na FIG. 51.
121
FIG. 51 Processo de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento
Fonte: elaborado pelo autor
As etapas 1, 2, 3 e 4 referem-se à preparação dos dados para cálculo dos indicadores.
As etapas 5, 6, 7 e 8 são etapas de qualidade de dados. Os registros não adequados para cálculo
são desconsiderados. As etapas de 9 a 18 referem-se ao cálculo propriamente dito. A etapa 19
excluí os trens de trabalho mantendo no armazém de dados os trens que efetivamente circularam
para cumprimento das demandas dos clientes e a etapa 20 prepara os dados das dimensões de
análise.
Inicialmente, o cálculo do indicador de eficiência energética foi baseado em dados
hipotéticos oriundos de um exercício de simulação da operação ferroviária. Os testes iniciais
serviram para correção do modelo e adequação das rotinas de cálculo. A grande vantagem da
simulação da operação ferroviária foi obter um conjunto de dados com resultados previsíveis
122
com as características existentes em uma massa de dados reais. O exercício de simulação
mostrou-se totalmente adequado pela possibilidade de antecipar problemas de qualidades de
dados. Após a realização de testes com dados simulados e a adequação do modelo, foi possível
a realização de testes com dados reais.
O cálculo realizado foi baseado em uma amostra formada por dados reais extraídos dos
sistemas de informação da MRS Logística S.A. sobre a circulação de trens em dezembro/2014.
O processo de extração de dados foi baseado na execução de rotinas SQL (Structured
Query Language) nas bases de dados transacionais. Foram gerados arquivos texto que,
posteriormente, foram inseridos no armazém de dados. Foram realizados testes de qualidade de
dados para garantir a consistência dos dados originais.
A amostra de dados usada para validação do modelo proposto foi composta por:
2441 trens, sendo 1558 trens de transporte de minério de ferro;
286 locomotivas;
1018 maquinistas.
A tabela fato sobre a eficiência energética resultante dos cálculos por segmento
ferroviário foi composta por 259.729 linhas (eventos de circulação diferentes) e a tabela fato
sobre a eficiência energética por maquinista foi composta por 318.405 linhas (eventos de
circulação diferentes).
6.2. ANÁLISE DIMENSIONAL DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
6.2.1. POTENCIALIDADE DE ANÁLISE OFERECIDA PELO MODELO PROPOSTO
O modelo proposto é muito rico em possibilidades de análises. O indicador de eficiência
energética pode ser detalhado em quatro grandes conjuntos de dados:
123
a) Segmentos Ferroviários:
O segmento ferroviário define a granularidade ideal para o cálculo da eficiência
energética. É, portanto, muito crítico e básico para apuração dos indicadores por
locomotivas, maquinistas e trens;
b) Locomotivas:
É possível classificar as locomotivas por vários critérios (por exemplo: TKB,
consumo de combustível, tempo de serviço, quantidade de trens tracionados,
etc.);
c) Maquinistas:
É possível classificar os maquinistas em função do desempenho obtido. Os
melhores desempenhos podem servir como referência para estabelecimento de
padrões de condução;
d) Trens:
O modelo permite analisar, por exemplo, a quantidade de locomotivas que
atuaram no trem em cada segmento e o correspondente consumo de combustível.
Para cada locomotiva que atuou no trem é possível analisar a posição no trem, o
sentido de circulação, o estado de conservação e a condição de circulação. A
análise também pode considerar a atuação de cada maquinista que conduziu o
trem, detalhando a eficiência energética obtida em cada locomotiva e em cada
segmento ferroviário.
6.2.2. ANÁLISE DA CIRCULAÇÃO DE TRENS
Foram considerados 806 trens carregados e 752 trens vazios na análise da circulação de
trens.
A TAB. 20 apresenta a origem e destino dos trens que compõem a amostra analisada.
124
TAB. 20 Origem e Destino dos Trens - Amostra Analisada (em quantidade de trens)
Fonte: elaborado pelo autor
125
A FIG. 52 apresenta a circulação de trens da amostra analisada no sentido exportação
(mina-porto ou indústria).
O gráfico destaca as cinco principais origens de carga: Otávio Dapieve, Casa de Pedra,
Pires, Córrego do Feijão e Olhos D’agua.
FIG. 52 Circulação de Trens Sentido Exportação - dez/2014
Amostra Analisada (em quantidade de trens)
Fonte: elaborado pelo autor
A FIG. 53 apresenta a circulação de trens da amostra analisada no sentido importação
(porto ou indústria-mina). O sentido de importação representa o retorno dos trens aos pontos de
carga para início de novo ciclo. A circulação de retorno ocorre, na maioria das vezes, com
vagões vazios.
126
O gráfico destaca os cinco principais destinos de carga que originaram a circulação de
retorno: Guaíba, Sepetiba Tecar, Baia Sepetiba, Volta Redonda e Estação Itaguaí CSA.
FIG. 53 Circulação de Trens Sentido Importação - dez/2014
Amostra Analisada (em quantidade de trens)
Fonte: elaborado pelo autor
6.2.3. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR SEGMENTO FERROVIÁRIO
As FIG. 54 e 55 apresentam o resultado do cálculo do indicador de eficiência energética
por segmento ferroviário de acordo com a amostra formada por 1557 trens que circularam em
dezembro/2014. Para cada segmento ferroviário é apresentado o indicador apurado.
127
FIG. 54 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário
Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. - dez/2014 (parte 1)
Fonte: elaborado pelo autor
128
FIG. 55 Eficiência Energética (l/mil TKB) por Segmento Ferroviário
Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. - dez/2014 (parte 2)
Fonte: elaborado pelo autor
129
O segmento ferroviário FJC/FJO, localizado na Ferrovia do Aço e delimitado pelos
pátios Coronel Guedes e Joaquim Reis, foi selecionado para apresentação do potencial de
análise oferecido pelo armazém de dados por ter sido o segmento ferroviário com maior
realização de TKU.
A FIG. 56 apresenta a circulação diária de trens no segmento FJC/FJO ao longo do mês
de dezembro/2014. Cada círculo no gráfico representa a circulação de um trem e o respectivo
consumo de combustível no segmento. O segmento FJC/FJO possuí 19 km de extensão. No
mês de dezembro/2014 circularam 718 trens entre FJC e FJO.
FIG. 56 Consumo de Combustível Diário pela Circulação no Segmento FJC/FJO - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
O pátio FJC – Coronel Guedes é um pátio estratégico para a circulação de trens na
Ferrovia do Aço. Nele são realizados os abastecimentos de todos os trens carregados que
circulam na Ferrovia do Aço.
A FIG. 57, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a distribuição das variáveis
tonelada-útil, TKU produzida, tonelada-bruta, TKB produzida, combustível consumido e
indicador de eficiência energética referente a circulação de trens no segmento FJC/FJO. O
gráfico representa a circulação de 718 trens. Cada eixo representa uma das variáveis analisadas.
Cada trem é representado por uma linha no gráfico.
130
FIG. 57 Análise da Carga Transportada (em tu e tb), Transporte Realizado (em TKU e TKB),
Combustível Consumido (em l) e Eficiência Energética (l/mil TKB)
Segmento FJC/FJO - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
O segmento ferroviário FJC/FJO foi usado como referência para demonstração das
potencialidades de análise oferecidas pelo modelo proposto. Todos os segmentos ferroviários
apurados podem ser analisados no mesmo nível de detalhe.
131
6.2.4. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR LOCOMOTIVA
A amostra selecionada para análise foi composta por 286 locomotivas.
A FIG. 58 apresenta a eficiência energética obtida pelas locomotivas que produziram
acima de 100.000.000 de TKB em dezembro/2014.
FIG. 58 Eficiência Energética por Locomotiva
Transporte Acima de 100.000.000 de TKB dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
132
A FIG. 59 apresenta a classificação das 26 locomotivas que produziram transporte acima
de 100.000.000 de TKB no mês de dezembro/2014.
FIG. 59 Classificação das Locomotivas
Transporte Acima de 100.000.000 de TKB - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
A classificação das locomotivas leva em consideração a TKB produzida, a Eficiência
Energética (em l/mil TKB), o combustível consumido (em l), o tempo de serviço (ano) e a
quantidade de trens que utilizaram a locomotiva (em un).
A FIG. 60 apresenta o posicionamento das locomotivas comparando o transporte
realizado (em TKB) e a Eficiência Energética (em l/mil TKB). O gráfico destaca que a
locomotiva LOCO155 está posicionada em 1º lugar no transporte realizado e no 3º lugar da
Eficiência Energética.
133
FIG. 60 Comparação da Classificação das Locomotivas por Transporte Realizado (em TKB) e
Eficiência Energética (em l/mil TKB) - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
A FIG. 61, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos as locomotivas
pertencentes a amostra em relação ao transporte realizado (TKB), a eficiência energética (l/mil
TKB), o combustível consumido (l), o tempo de serviço (ano), o tempo de fabricação – idade
(ano) e a quantidade de trens que utilizaram a locomotiva (un). Cada linha do gráfico representa
uma locomotiva da amostra analisada.
134
FIG. 61 Análise de Locomotivas - Quantidade de Viagens (trens), Tempo de Fabricação (d),
Tempo de Serviço (d), Transporte Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e
Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
As FIG. 62 e 63 apresentam a eficiência energética obtida pela locomotiva LOCO155
em todos os segmentos percorridos ao longo de dezembro/2014.
135
FIG. 62 Eficiência Energética da Locomotiva LOCO155 por Segmento Ferroviário - dez/2014
- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)
Fonte: elaborado pelo autor
136
FIG. 63 Eficiência Energética da Locomotiva LOCO155 por Segmento Ferroviário - dez/2014
- Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)
Fonte: elaborado pelo autor
137
6.2.5. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR MAQUINISTA
A amostra selecionada para análise foi composta por 1018 maquinistas.
A FIG. 64 apresenta a média de idade e a média do tempo de trabalho na empresa dos
maquinistas que conduziram trens ao longo de dezembro/2014.
FIG. 64 Média de Idade e Tempo de Trabalho dos Maquinistas Analisados - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
A FIG. 65 apresenta a eficiência energética obtida pelos maquinistas que produziram
acima de 90.000.000 de TKB em dezembro/2014.
FIG. 65 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelos maquinistas que produziram acima de
90.000.000 de TKB - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
138
A FIG. 66 apresenta a eficiência energética obtida na condução de locomotivas pelo
maquinista MQ0233 ao longo de dezembro/2014.
FIG. 66 Eficiência Energética (l/mil TKB) obtida pelo Maquinista MQ0233
por Locomotiva - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
A FIG. 67, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos os maquinistas
pertencentes a amostra em relação a idade (anos), tempo de trabalho na MRS (anos), TKB
produzida, combustível consumido (l) e eficiência energética (l/mil TKB). Cada linha do
gráfico representa um maquinista da amostra analisada.
139
FIG. 67 Análise de Maquinistas - Idade (ano), Tempo de Trabalho na MRS (ano), Transporte
Realizado (TKB), Consumo de Combustível (l) e
Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
As FIG. 68 e 69 apresentam a eficiência energética obtida pelo maquinista MQ0233 em
todos os segmentos percorridos ao longo de dezembro/2014.
140
FIG. 68 Eficiência Energética obtida pelo Maquinista MQ0233 por Segmento Ferroviário -
dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)
Fonte: elaborado pelo autor
141
FIG. 69 Eficiência Energética obtida pelo Maquinista MQ0233 por Segmento Ferroviário -
dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)
Fonte: elaborado pelo autor
142
6.2.6. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA POR TREM
A FIG. 70, gráfico de coordenadas paralelas, apresenta a análise de todos os trens
pertencentes a amostra em relação a lotação (vazio ou carregado), TKB produzida, combustível
consumido (l) e eficiência energética (l/mil TKB). Cada linha do gráfico representa um trem da
amostra analisada.
FIG. 70 Análise de Trens por Lotação (vazio ou carregado) Transporte Realizado (TKB),
Consumo de Combustível (l) e Eficiência Energética (l/mil TKB) - dez/2014
Fonte: elaborado pelo autor
As FIG. 71 e 72 apresentam a eficiência energética obtida na circulação do trem
TR0113, destacando a eficiência energética obtida em cada segmento ferroviário percorrido
pelo trem.
143
FIG. 71 Eficiência Energética Obtida na Circulação do Trem TR0113 por Segmento
Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 1)
Fonte: elaborado pelo autor
144
FIG. 72 Eficiência Energética Obtida na Circulação do Trem TR0113 por Segmento
Ferroviário - dez/2014 - Malha Ferroviária da MRS Logística S.A. (parte 2)
Fonte: elaborado pelo autor
145
7. CONCLUSÕES E PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES
7.1. CONCLUSÕES
O presente estudo centrou-se na proposição de um modelo para conceituação,
implementação e cálculo do indicador de eficiência energética do transporte ferroviário de
carga. O modelo implementado foi submetido a dados hipotéticos e a dados oriundos da
realidade de uma concessionária do transporte ferroviário de carga.
A conceituação do indicador de eficiência energética partiu da proposição do seu
tratamento como indicador chave de desempenho, por sua importância estratégica. Tanto a
revisão bibliográfica quanto as discussões realizadas ao longo do estudo confirmaram a
importância do indicador para o contexto de um transportador ferroviário. O modelo de
documentação proposto mostrou-se adequado, abrangendo todos os itens necessários para a real
compreensão da complexidade do indicador e serviu de referência para sua implementação.
A implementação do indicador baseou-se na estruturação de um armazém de dados
dimensional. Optou-se pela modelagem dimensional proposta por Kimball (2013) e pela
modelagem conceitual do armazém de dados baseada na utilização do modelo fato dimensional
proposto por Golfarelli e Rizzi (2009) como sendo técnicas adequadas para estruturação de um
armazém de dados analítico. A utilização de um modelo conceitual para a estruturação do
armazém mostrou-se pertinente. A modelagem conceitual buscou elementos na documentação
produzida sobre o indicador. Tal combinação mostrou-se adequada. A documentação do
indicador antecipou vários itens abordados durante a modelagem conceitual e detalhou as
propriedades do indicador.
O cálculo do indicador de eficiência energética foi implementado a partir da definição
do segmento ferroviário como a granularidade adequada para a sua estruturação. A partir do
cálculo do indicador por segmento ferroviário foi possível a agregação de dados por trem,
locomotiva, maquinista e as suas hierarquias definidas.
O método de cálculo proposto apoiou-se nas resistências ao movimento dos trens
(normais e acidentais) como critério adequado para o cálculo do consumo de combustível por
segmento ferroviário. Adotou-se o consumo real por locomotiva como ponto de partida para o
146
cálculo do consumo por segmento ferroviário. A resistência total ao movimento de trens foi
usada como fator de ponderação do consumo real.
O modelo de análise proposto previa a visualização de dados sobre segmentos
ferroviários, trens, locomotivas e maquinistas, considerando as respectivas hierarquias. A
realização das análises baseadas na utilização de gráficos de coordenadas paralelas (parallel
coordinates chart), gráficos de ranqueamento (bump chart), gráficos de barra e gráficos de fluxo
de dados (alluvial chart) demonstrou a potencialidade e diversidade oferecidas pelo modelo
proposto.
Deste modo, julgamos que o presente estudo cumpriu os seus objetivos. O modelo
permitiu a documentação, o cálculo e a análise do indicador de eficiência energética do
transporte ferroviário de carga.
Assim, consideramos como contribuição do presente estudo a proposição de uma
metodologia consistente para o cálculo do indicador de eficiência energética. A metodologia
proposta é genérica. Ela pode ser utilizada por qualquer transportador ferroviário que cumpra
os pré-requisitos de adequação dos dados à estrutura proposta. O detalhamento do conceito de
eficiência energética, destacado na análise da bibliografia existente, aborda as dificuldades de
interpretação da eficiência e da intensidade energética, temas pouco abordados na literatura
ferroviária. O método de cálculo proposto no presente estudo destaca a importância da
utilização das resistências ao movimento dos trens, indo além da sua utilização tradicional na
formação dos quadros de tração das ferrovias. O cálculo do indicador de eficiência energética
viabilizou-se pela existência de informações sobre a circulação dos trens e pela medição do
abastecimento de combustível das locomotivas. O cálculo do indicador de eficiência energética,
conforme praticado no estudo de caso, é uma proposta inovadora. O cálculo do indicador por
segmento ferroviário e a associação com o desempenho de locomotivas, maquinistas e trens,
foram comprovados pelos testes e análises realizados. Como não há nenhuma referência prévia
sobre o comportamento dos segmentos ferroviários para que possa ser feita alguma
comparação, sugere-se como estudos posteriores a verificação ao longo do tempo para que o
cálculo possa ser refinado como resultado das subsequentes análises realizadas.
A busca pela eficiência energética exige ações constantes e deve ser objetivo de todo
transportador ferroviário. A medição e o aprimoramento dos processos de gestão de energia
147
devem ser incorporados no processo decisório para obtenção da eficiência energética de modo
a reduzir os impactos operacionais, financeiros e ambientais.
7.2. PRINCIPAIS RECOMENDAÇÕES
Para a realização de futuros estudos e pesquisas que complementem o estudo atual
recomenda-se:
A utilização do modelo para outras cargas, inclusive em situação de
multimodalidade de transporte;
A extensão do modelo para captura de dados sobre circulação de trens em mais
de uma ferrovia;
A extensão do modelo para cálculo da emissão de gases de efeito estufa a partir
do consumo de combustível;
Acoplamento do modelo proposto a uma ferramenta de simulação para
modelagem de cenários de eficiência energética;
A utilização de ferramentas de mineração de dados que possam auxiliar na
descoberta de novos conhecimentos sobre a eficiência energética;
A utilização de técnicas de análise multivariada de dados que permitam, por
exemplo, o agrupamento de maquinistas e locomotivas com melhores
desempenhos de consumo de combustível, visando a propagação das melhores
práticas.
148
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABREU, Y. V.; OLIVEIRA, M. A. G.; GUERRA, S. M. Energia, Sociedade e Meio
Ambiente. ISBN: 978-84-693-3774-5. p. 175. 2010. Disponível em:
http://www.eumed.net/libros/2010c/723/index.htm. Acesso em: 28 de fev. 2015.
ALBUQUERQUE, M. C. Indicadores de Desempenho no Transporte Ferroviário de
Carga. 2006. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Industrial) - Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Industrial, Pontifícia Universidade Católica, Rio de Janeiro,
2006.
AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES (ANTT). Evolução do
Transporte Ferroviário 2013. Superintendência de Infraestrutura e Serviços de
Transporte Ferroviário de Cargas – SUFER. Gerência de Regulação e Outorga de
Infraestrutura e Serviços de Transporte Ferroviário de Carga – GEROF. Brasília. 2014.
AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES (ANTT). Relatório Anual de
Acompanhamento das Concessões Ferroviárias. GEROF/SUFER. 2013.
AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES (ANTT). 1º Inventário
Nacional de Emissões Atmosféricas do Transporte Ferroviário de Cargas.
Superintendência de Estudos e Pesquisas. Núcleo de Meio Ambiente. Brasília. 2012.
AMERICAN RAILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE-OF-WAY
ASSOCIATION (AREMA). Manual for Railway Engineering. Volume 4. Systems
Management. ISSN 1542-8036. 2009. 652 p.
ANUÁRIO RF, Anuário RF 2014. Editora Ferroviária Ltda. Ano 4. Nº 4. 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Sistemas de Gestão de
Energia – Requisitos com Orientações para Uso. ISO 50001:2011. Comitê:
ABNT/CEE-116 Gestão e Economia de Energia. p. 24. 2011.
BAMBINI, G. Balanço do Transporte Ferroviário de Cargas no Brasil de 2013.
Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários (ANTF). Brasília. Agosto. 2014.
BARKAN, C.P. L. Railroad Transportation Energy Efficiency. Rail transportation and
engineering center (RAILTEC). The Department of Civil and Environmental Engineering.
University of Illinois at Urbana-Champaign. 2009.
Disponível em: http://www.istc.illinois.edu/about/SeminarPresentations/20091118.pdf.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
BERNSTEEN, S. A.; UHER, R. A.; ROMUALDI, J. P. The Interpretation of Train Rolling
Resistance from Fundamental Mechanics. IEEE Transactions on Industry Applications,
v. IA-19. n. 5. 1983.
BONNETT, C. F. Practical Railway Engineering. 2nd ed. Imperial College Press. ISBN:
978-1860945151. 2005. 350 p.
149
BRANCO, J. E. S. C. Indicadores da qualidade e desempenho de ferrovias: carga e
passageiro. Associação Nacional dos Transportes Ferroviários. 1998. 126 p.
BRINA, H. L. Estradas de Ferro. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. ISBN:
85-216-0122-0. 1983. 216 p.
CAN, S. R. et al. Energy Efficiency Indicators Methodology Booklet. International Energy
Studies Group. Lawrence Berkeley National Laboratory. LBNL-3702E. 2010.
Disponível em: https://ies.lbl.gov/sites/all/files/lbn-3702e.pdf.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DO TRANSPORTE (CNT). O sistema ferroviário
brasileiro. Transporte e Economia. Brasília. 2013.
Disponível em: http://www.cnt.org.br/Paginas/Transporte-e-Economia.aspx.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
DEVLIN, B. A.; MURPHY P. T. An Architecture for a Business and Information System.
IBM Systems Journal. v. 27. n. 1. 1988. 60 p.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Avaliação da Eficiência Energética e
Geração Distribuída para os próximos 10 anos (2014-2023). NOTA TÉCNICA DEA
26/14. Rio de Janeiro. Dezembro. 2014.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2014:
Ano base 2013. Rio de Janeiro. 2014.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Avaliação da Eficiência Energética
para os próximos 10 anos (2012-2021). NOTA TÉCNICA DEA 16/12. Rio de Janeiro.
2012.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Análise da eficiência energética na
indústria e nas residências no horizonte decenal (2010-2019). NOTA TÉCNICA DEA
14/10. Rio de Janeiro. 2010.
FERREIRA, J. J.; FERREIRA, T. J. Economia e Gestão da Energia [MONOGRAFIA].
Lisboa: Texto Editora. 1994. 156 p.
FIORONI, M. M. Simulação em Ciclo Fechado de Malhas Ferroviárias e suas Aplicações
no Brasil: Avaliação de Alternativas para o Direcionamento de Composições. Tese
(Doutorado em Engenharia Naval e Oceânica) – Escola Politécnica, Universidade de São
Paulo. São Paulo. 2008.
FORSSTRÖM, J. et al. Measuring energy efficiency: Indicators and potentials in
buildings, communities and energy systems. VTT TIEDOTTEITA – RESEARCH
NOTES 2581. Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus (VTT). 2011.
Disponível em: http://www2.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2011/T2581.pdf.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
150
FRANCESCHINI, F.; GALETTO, M.; MAISANO, D. Management by Measurement:
Designing Key Indicators and Performance Measurement Systems. ISBN 978-3-540-
73211-2. Springer-Verlag, 2007. 242 p.
FUNDAÇÃO NACIONAL DA QUALIDADE (FNQ). Indicadores de desempenho:
estruturação do sistema de indicadores organizacionais. Série Grupos de Estudos
Temáticos. 3 ed. ISBN: 978-85-8139-013-0. 2012. 148 p.
GOLFARELLI, M. From User Requirements to Conceptual Design in Warehouse
Design: A Survey. Data Warehousing Design and Advanced Engineering Applications:
Methods for Complex Construction. DEIS - University of Bologna. Italia. 2010.
GOLFARELLI, M.; RIZZI, S. Data Warehouse Design: Modern Principles and
Methodologies. McGraw-Hill Osborne Media. ISBN: 978-0071610391 2009. 480 p.
GOLFARELLI, M.; RIZZI, S. Designing the Data Warehouse: Key Steps and Crucial
Issues. Journal of Computer Science and Information Management. v. 2. n. 3. Maximiliam
Press Publisher. 1999.
GOLFARELLI, M.; MAIO, D.; RIZZI, S. The Dimensional Fact Model: A Conceptual
Model for Data Warehouses. International Journal of Cooperative Information Systems.
v. 7. p. 215-247. 1998.
Disponível em: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.45.1702.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
GOSAIN, A.; SINGH. J. Conceptual Multidimensional Modeling for Data Warehouses:
A Survey. Proceedings of the 3rd International Conference on Frontiers of Intelligent
Computing: Theory and Applications (FICTA). Advances in Intelligent Systems and
Computing. v. 327, 2015, p. 305-316. 2014.
HANSEN, I. A.; PACHL, J, Railway Timetable & Traffic. DVV Media Group.
ISBN: 978-3-7771-0371-6. p. 288 2008.
HAY, W. W. Railroad Engineering. 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc.
ISBN 0-471-36400-2. 1982. 758 p.
INSELBERG, A. Parallel Coordinates. Visual Multidimensional Geometry and Its
Applications. Springer Science+Business Media. ISBN: 978-0-387-21507-5. 2009. 554 p.
INTERNATIONAL HEAVY HAUL ASSOCIATION (IHHA). Disponível em:
http://www.ihha.net/about-ihha. Acesso em: 28 de fev. 2015.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Logística dos
Transportes no Brasil. 2014.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Mapa Logística
dos Transportes 2014. 2014a.
151
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA). Capturing the Multiple Benefits of
Energy Efficiency. ISBN 978-92-64-22072-0. 2014. 232 p.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA). Energy Efficiency Indicators: Essentials
for Policy Making. 2014a. 162 p. Disponível em:
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/energy-efficiency-indicators-
essentials-for-policy-making.html. Acesso em: 28 de fev. 2015.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA). Energy Efficiency Indicators:
Fundamentals on Statistics. 2014b. 387 p. Disponível em:
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/energy-efficiency-indicators-
fundamentals-on-statistics---.html. Acesso em: 28 de fev. 2015.
JINDAL, R.; TANEJA, S. Comparative Study of Data Warehouse Design Approaches: A
Survey. International Journal of Database Management Systems (IJDMS). v. 4. n. 1.
2012. Disponível em: http://airccse.org/journal/ijdms/papers/4112ijdms04.pdf.
Acesso em: 28 de fev. 2015.
KIMBALL, R.; ROSS, M. The Data Warehouse Toolkit: The Definitive Guide to
Dimensional Modeling. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-1-118-53080-1. 2013.
601 p.
KIMBALL, R. Kimball Dimensional Modeling Techniques.
Disponível em: http://www.kimballgroup.com/wp-content/uploads/2013/08/2013.09-
Kimball-Dimensional-Modeling-Techniques11.pdf. Acesso em: 28 de fev. 2015.
KIMBALL, R. A Dimensional Modeling Manifesto.
Disponível em: http://www.kimballgroup.com/1997/08/a-dimensional-modeling-
manifesto/. Acesso em: 28 de fev. 2015.
LEITE, A. R. Um Esquema para Redução do consumo de Combustível em Sistemas de
Condução Férrea Baseado em Otimização Distribuída de Restrição. 2009. Dissertação
(Mestrado em Informática) - Programa de Pós-Graduação em Informática, Pontifícia
Universidade Católica do Paraná, Curitiba. 2009.
MARR, B. How to Design Key Performance Indicators. Advanced Performance Institute.
2010. Disponível em:www.ap-institute.com/media/3970/
how_to_design_key_performance_indicators_indicators.pdf
Acesso em: 28 de fev. 2015.
MARTINO, G. O que é eficiência energética? Disponível em:
http://gilbertomartino.org/2008/07/19/o-que-eficincia-energtica/. Acesso em: 28 de fev.
2015.
MRS LOGÍSTICA S.A. (MRS). Perfil Corporativo. Disponível em:
https://www.mrs.com.br/empresa/quem-somos/. Acesso em: 28 de fev. 2015.
152
MRS LOGÍSTICA S.A. (MRS). Relatório Anual 2013. 2013. Disponível em:
http://ri.mrs.com.br/conteudo_pt.asp?idioma=0&conta=28&tipo=54497
Acesso em: 28 de fev. 2015.
MRS LOGÍSTICA S.A. (MRS). Regulamento de Operação Ferroviária. Diretoria de
Operações. 2012.
MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES (MT). Transporte Ferroviário. Disponível em:
http://www.transportes.gov.br/transporte-ferroviario.html Acesso em: 28 de fev. 201
MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES (MT). Transportes 2014 e Resultados 2011 a 2014.
2014. Disponível em: http://www.transportes.gov.br/images/2014/12/
Transportes_2014_FINAL_08_12_2014.pdf Acesso em: 28 de fev. 2015.
MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES (MT). Plano Nacional de Logística E Transportes
(PNLT). Projeto de Reavaliação de Estimativas e Metas do PNLT. Relatório Final.
Secretaria de Política Nacional de Transportes – SPNT/MT. Brasília. 2012.
MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES (MT); MINISTÉRIO DA DEFESA (MD). Plano
Nacional De Logística E Transportes (PNLT). RELATÓRIO EXECUTIVO. 2007
ORACLE. Oracle® Database - 2 Day Developer's Guide. 12c Release 1 (12.1). E53088-01.
252 p. 2014.
ORACLE. Oracle Database 2 Day + Application Express Developer's Guide. Release 4.2
for Oracle Database 12c. E17960-05. 84 p. 2013.
PACHL, J. Railway Operation and Control. 2nd ed. VTD Rail Publishing.
ISBN: 978-0-9719915-8-3. 2009. 267 p.
PATTERSON, M. G. What is energy efficiency? Concepts, indicators and methodological
issues. Energy Policy, v. 24, n. 5, p. 377-390, 1996.
PIRES, C. L. Simulação do Sistema de Tração Elétrica Metro-ferroviária. 2006. Tese
(Doutorado em Engenharia elétrica) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. São
Paulo. 2006.
PIRES, C. L. Simulação da Marcha de Composição Ferroviária Acionada por Motores
de Indução e PWN. 2002. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo. São Paulo. 2002.
PROFILLIDIS, V. A. Railway Management and Engineering. Ashgate Publishing
Company. ISBN 978-1-4094-6463-1. 2014. 517 p.
RAILENERGY PROJECT (RAILENERGY). Key Performance Indicators. Project:
Innovative Integrated Energy Efficiency Solutions for Railway Rolling Stock, Rail
Infrastructure and Train Operation. European commission. 6th Framework Programme
for Research and Development. 2010. Disponível em:
http://www.railenergy.eu/keyperformanceindicators.aspx. Acesso em: 28 de fev. 2015.
153
REZENDE, S. O. Sistemas Inteligentes: Fundamentos e Aplicações. Editora Manole Ltda.
ISBN: 85-204-1683-7. 525 p. 2003.
RIZZI, S. Conceptual Modeling Solutions for the Data Warehouse. Capítulo 1. Data
Warehouses and OLAP: Concepts, Architectures and Solutions. Idea Group Inc. 2007.
ROMERO, O.; ABELLÓ, A. A Comprehensive Framework on Multidimensional
Modeling. Advances in Conceptual Modeling. Recent Developments and New Directions.
Lecture Notes in Computer Science. v. 6999. p. 108-117. 2011. Disponível em:
http://www.essi.upc.edu/~aabello/publications/11.MoreBI.pdf. Acesso em: 28 de fev.
2015.
ROMERO, O.; ABELLÓ, A. A Survey of Multidimensional Modeling Methodologies.
International Journal of Data Warehousing and Mining (IJDWM). IGI Global. 2009.
Disponível em: http://www.essi.upc.edu/~aabello/publications/09.IJDWM.pdf. Acesso
em: 28 de fev. 2015.
SANTOS, S. Transporte Ferroviário: história e técnicas. Cengage Learning Ltda. ISBN:
978-85-221-1159-6. 2012. 246 p.
UNION INTERNATIONALE DES CHEMINS DE FER/INTERNATIONAL UNION OF
RAILWAYS (UIC). Process, Power, People: Energy Efficiency for Railway
Managers. Paris. 2008. Disponível em: http://www.uic.org/spip.php?article1817. Acesso
em: 28 de fev. 2015.
VIANNA, D. S. et al. Metodologia de Cálculo do Quadro de Tração das Locomotivas da
MRS Logística S.A. [MONOGRAFIA]. Fundação Dom Cabral. Belo Horizonte. 2007.
154
9. APÊNDICES
155
9.1. APÊNDICE 1: LINGUAGEM DE CÁLCULO DO INDICADOR DE EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
A linguagem procedural PL/SQL (Procedural Language/Structured Query Language),
utilizada para cálculo do indicador de eficiência energética, é uma extensão da linguagem
padrão SQL (Structured Query Language) e é nativa do sistema gerenciador de banco de dados
Oracle. A linguagem PL/SQL complementa a linguagem padrão com elementos procedurais de
controle de programa, tais como controles condicionais e laços. Podem ser desenvolvidos
procedimentos e funções que são armazenados no próprio banco de dados e podem ser
reutilizados por quaisquer aplicativos que utilizam o banco de dados. Os procedimentos
armazenados garantem que, independentemente de quais gatilhos sejam usados para executar o
procedimento, serão usados sempre os mesmos códigos de programa, facilitando o
desenvolvimento de aplicativos e garantindo segurança (ORACLE, 2013 e 2014).
156
9.2. APÊNDICE 2: ROTINA DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS DE RAMPA E
CURVA
A rotina de cálculo das resistências de rampa e curva é formada pelos seguintes trechos
de código PL/SQL:
/* cálculo da resistência de rampa */
update TB_RAMPA set VR_RSTC_RAMPA = 10 * VR_GRADE_RAMPA;
/* cálculo da resistência de curva de locomotiva */
update TB_CURVA set VR_RSTC_CURVA_LOCO = 0,2 + ((100/VR_RAIO_CURVA) * (VR_BASE_RGDA_LOCO + VR_BTLA + 3,8));
/* cálculo da resistência de curva de vagão */
update TB_CURVA set VR_RSTC_CURVA_VAGAO = (500 * VR_BTLA) / VR_RAIO_CURVA;
/* cálculo do somatório de resistência de curva por segmento - TB_CURVA_SGMT */
SELECT CD_CRDO,
SG_PATIO_FRVR_INIC,
SG_PATIO_FRVR_FINAL,
round(sum(VL_RSTC_CURVA_LOCO),5) AS VL_RSTC_CURVA_LOCO_SGMT,
round(sum(VL_RSTC_CURVA_VAGAO),5) AS VL_RSTC_CURVA_VAGAO_SGMT
FROM TB_CURVA
GROUP BY CD_CRDO,
SG_PATIO_FRVR_INIC,
SG_PATIO_FRVR_FINAL;
/* cálculo do somatório de resistência de rampa criação da consulta TB_RAMPA_SGMT */
SELECT CD_CRDO,
SG_PATIO_FRVR_INIC,
SG_PATIO_FRVR_FINAL,
round(sum(VL_RSTC_RAMPA),5) AS VL_RSTC_RAMPA_SGMT
FROM TB_RAMPA
GROUP BY CD_CRDO,
SG_PATIO_FRVR_INIC,
SG_PATIO_FRVR_FINAL;
157
9.3. APÊNDICE 3: ROTINA DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS NORMAL E TOTAL
A rotina de cálculo das resistências normais de locomotiva e vagão por segmento
ferroviário é formada pelos seguintes trechos de código PL/SQL:
/* -- cálculo da resistência normal de loco -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set rstc_norm_loco = 0.65 + (13.2 / ps_medio_eixo_loco_t) + (0.00931 * ve_media_trem) +
((0.00453 * ar_fron_loco_m2 * ve_media_trem^2) / (ps_medio_eixo_loco_t * qt_eixo_loco))
/* -- cálculo da resistência normal de vagão -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set rstc_norm_vagao = 0.65 + (13.2/ps_medio_eixo_vagao_t) + (0.01395 * ve_media_trem) +
((0.000944 * 102.0087 * ve_media_trem^2) / (ps_medio_eixo_vagao_t * 4))
/* -- cálculo da resistência total de loco -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_LOCO = QT_LOCO_SEQC_CIRC * PS_TT_LOCO *
(RSTC_NORM_LOCO + RSTC_CURVA_LOCO_SGMT + RSTC_RAMPA_SGMT)
/* -- cálculo da resistência total de vagão -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_VAGAO = QT_VAGAO_SEQC_CIRC * PS_TB_TRAC *
(RSTC_NORM_VAGAO + RSTC_CURVA_VAGAO_SGMT + RSTC_RAMPA_SGMT)
/* -- cálculo da resistência total do segmento -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set RSTC_TT_SGMT = RSTC_TT_LOCO + RSTC_TT_VAGAO
/* -- cálculo do somatório da resistência total para rateio por segmento -- */
SELECT cd_loco,
dt_abst_loco,
Sum(rstc_tt_sgmt) AS smtr_rstc_tt_rate_sgmt
FROM FT_EFIC_ENER_SGMT
GROUP BY cd_loco,
dt_abst_loco;
158
9.4. APÊNDICE 4: ROTINA DE CÁLCULO DA DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE
COMBUSTÍVEL
A rotina de cálculo do indicador de eficiência energética por segmento ferroviário é
formada pelos seguintes trechos de código PL/SQL:
/* -- cálculo do percentual de distribuição e da quantidade de litros consumidos -- */
SELECT a.*,
b.smtr_rstc_tt_rate_sgmt,
a.rstc_tt_sgmt/b.smtr_rstc_tt_rate_sgmt as pc_dist_cnsm_cmbt,
qt_litro_abst_loco * pc_dist_cnsm_cmbt as qt_litro_cnsm_sgmt
from FT_EFIC_ENER_SGMT a,
TB_RSTC_TT_RATE_ABST b
where a.cd_loco = b.cd_loco
and a.dt_abst_loco = b.dt_abst_loco;
/* -- cálculo da eficiência energética por segmento -- */
update FT_EFIC_ENER_SGMT set EFIC_ENER_SGMT = (qt_litro_cnsm_sgmt/vl_TKB_trem)*1000
159
9.5. APÊNDICE 5: VISUALIZAÇÃO DE DADOS
A visualização de dados é fundamental para comunicar a informação de forma clara e
efetiva através de meios gráficos. O presente trabalho utilizou duas abordagens gráficas
principais:
Gráfico de representação da malha ferroviária
Gráfico de coordenadas paralelas
O gráfico de representação da malha ferroviária foi utilizado para apresentação do
indicador de eficiência energética por segmento ferroviário. O grande objetivo foi representar
a ocorrência do indicador em relação a posição geográfica do segmento ferroviário. O esquema
da malha representa todos os segmentos existentes independente da ocorrência do indicador de
eficiência energética. O gráfico foi construído através da utilização de uma planilha eletrônica
que se conecta ao armazém de dados para obtenção do indicador de eficiência energética de
acordo com o contexto de análise: representação de todos os segmentos ferroviários,
representação dos segmentos onde ocorreu a atuação de um maquinista, onde ocorreu a
circulação de uma locomotiva ou de um trem. O gráfico foi implementado em Excel 2013 com
a utilização dos complementos Power Query e Power Pivot. As análises foram implementadas
através do software Microsoft Power BI Designer.
O gráfico de coordenadas paralelas é uma forma comum de visualizar a análise de
dados multivariados. Para apresentar um conjunto de pontos em um espaço n-dimensional, um
gráfico é desenhado consistindo de “n” eixos paralelos (tipicamente apresentados na vertical e
com a mesma distância entre os eixos). Cada eixo representa uma variável analisada e as
respectivas ocorrências. Um ponto em um eixo é conectado a um ponto do eixo imediatamente
subsequente, demonstrando o relacionamento entre as variáveis analisadas. Podem ser
utilizados tantos eixos quantos sejam necessários para análise em curso. A principal aplicação
do gráfico de coordenadas paralelas é na análise exploratória de dados, com o objetivo de
descobrir subconjuntos (relações) importantes e guiar a formulação de hipóteses (INSELBERG,
2009).
A FIG. 73 apresenta um gráfico de coordenadas paralelas conforme proposto por Alfred
Inselberg.
160
FIG. 73 Gráfico de Coordenadas Paralelas
Fonte: Alfred Inselberg (www.cs.tau.ac.il/~aiisreal/)
Os gráficos utilizados no presente trabalho foram implementados através do software
XDAT, disponível no endereço www.xdat.org.