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1. Contexto do Projeto e Objetivo
No início dos anos 2000, as Ferrovias Indianas expandiam sua rede mais rápido do que nunca — mas uma questão técnica fundamental permanecia sem resposta:
O que exatamente a roda de um trem experimenta enquanto percorre a malha ferroviária da Índia?

Cada quilômetro de trilho apresenta uma história diferente — declives, soldas, curvas, rigidez do lastro e irregularidades da via.
No entanto, durante décadas, os engenheiros tiveram de confiar em modelos teóricos e estimativas indiretas para prever as forças dinâmicas atuando entre a roda de aço e o trilho de aço. Sem dados diretos, as margens de segurança e os cronogramas de manutenção só podiam ser aproximações.

O Projeto de Tecnologia da Roda de Medição, sob a Technology Mission on Railway Safety (TMRS), nasceu para mudar isso. Liderado pelo IIT Kanpur e RDSO Lucknow, com a Neometrix Defence Limited como parceira industrial responsável pelo projeto do sistema mecânico, infraestrutura de calibração hidráulica e integração de instrumentação, o projeto buscou desenvolver um conjunto de rodas instrumentadas totalmente indígena, capaz de medir em tempo real as forças dinâmicas de interação roda–trilho enquanto o trem viaja do ponto A ao ponto B em condições reais de campo.

Isso foi mais do que um exercício acadêmico.
Foi a base para o monitoramento moderno das condições da via, validação da dinâmica de veículos e segurança ferroviária orientada por dados na Índia — a primeira vez que a própria roda pôde “sentir” e “relatar” as forças físicas que suportava a cada rotação.

2. Arquitetura do Sistema e Visão Geral da Engenharia
A Roda de Medição Instrumentada (IMW) é uma integração multidisciplinar de mecânica de precisão, instrumentação com strain gauges, telemetria e simulação hidráulica. Ela funciona tanto como ferramenta de pesquisa quanto como plataforma diagnóstica para engenheiros ferroviários estudando o comportamento dinâmico entre roda e trilho.

2.1 Conjunto de Roda Instrumentada
O componente central é uma roda ferroviária de alta precisão instrumentada com strain gauges organizados em configurações de ponte completa para resolver independentemente:
• Forças verticais (Q) — devidas à carga estática e dinâmica do eixo  
• Forças laterais (Y) — devidas a curvas, hunting e erros de alinhamento  
• Componentes de torção e creep, se habilitados pela configuração

Principais características técnicas:
• Posicionamento dos strain gauges baseado em FEM para isolar direções de tensão  
• Strain gauges de 350 Ω com compensação de temperatura e vedação hermética  
• Montagem resistente a vibrações e balanceamento dinâmico (seguro até 160 km/h)  
• Cabos de aço inoxidável e proteção epóxi para robustez ambiental  

2.2 Sistema de Telemetria Indutiva
Como anéis coletores não são adequados para velocidades ferroviárias sustentadas, o IMW utiliza um sistema de telemetria indutiva sem contato tanto para alimentação quanto para transmissão de dados.  
• Transmissor (montado na roda): recebe energia indutiva e transmite sinais condicionados dos sensores.  
• Receptor (montado no bogie): fornece excitação estável e captura dados sem fio através de um vão de ≈ 0,1 m.  
• Os módulos MT32-IND-TX/RX, MT32-STG e MT32-DEC16 gerenciam multiplexação, codificação e decodificação de 16 canais paralelos com ruído mínimo.  
• Modulação de portadora de alta frequência garante integridade do sinal sob vibração, umidade e EMI de motores de tração.  

2.3 Condicionamento de Sinais e Aquisição de Dados
Os sinais do receptor são encaminhados para um conjunto DAQ robusto que integra:  
• Condicionadores de entrada para strain multicanais (faixa de entrada ±10 V)  
• Conversores A/D de 16 bits com taxa de amostragem ≥ 1 kHz por canal  
• Interface de encoder para referência rotacional e marcação posicional  
• Sincronização com GPS ou odômetro para mapeamento da via  
Todos os dados são registrados em tempo real e correlacionados com velocidade e distância do veículo, gerando perfis contínuos de força ao longo da rota.

2.4 Calibração Hidráulica & Banco de Testes
Projetado e construído pela Neometrix Defence Limited, o Banco de Calibração Hidráulica é um sistema de teste totalmente instrumentado capaz de simular a combinação de cargas verticais e laterais sofridas por uma roda ferroviária em serviço.

Capacidades principais:
• Dois atuadores servo-hidráulicos independentes (vertical / lateral)  
• Acionamento rotativo de até 1000 RPM para calibração dinâmica  
• Estrutura de carga validada por FEM para 250 kN verticais + 100 kN laterais  
• Células de carga integradas, sensores de deslocamento e software de controle  
• Precisão de calibração dentro de ±0,5 % FS  
O banco permite determinar com precisão os coeficientes de calibração que ligam a deformação medida à força aplicada, verificando linearidade, cross-talk e histerese antes do uso em campo.

2.5 Software & Estrutura Analítica
O ambiente de software personalizado oferece:  
• Visualização em tempo real das cargas verticais e laterais  
• Algoritmos de compensação de temperatura e correção de deriva  
• Análise de frequência baseada em FFT para detecção de assinaturas de vibração  
• Mapeamento de forças vinculado ao GPS para correlação geográfica  
• Exportação de conjuntos de dados para MATLAB / LabVIEW / CSV para modelagem avançada  
Isso permite que os engenheiros realizem estimativa de rigidez da via, análise de estabilidade contra hunting e avaliação do contato roda–trilho a partir de um único conjunto de dados integrado.

3. Especificações Técnicas

  

    
Parâmetro
    
Valor Típico / Capacidade
    
Observações
  
  

    
Força Vertical (Q)
    
0 – 200 kN
    
Simulada e medida
  
  

    
Força Lateral (Y)
    
0 – 100 kN
    
Para estudos de negociação de curvas
  
  

    
Taxa de Amostragem
    
Até 5 kHz
    
Captura de transitórios de alta frequência
  
  

    
Canais de Telemetria
    
16
    
Entradas simultâneas de strain / auxiliares
  
  

    
Gap de Telemetria
    
0,1 m
    
Distância de acoplamento indutivo
  
  

    
Velocidade da Roda (Laboratório / Campo)
    
1000 RPM / 160 km h⁻¹
    
Conjunto de roda instrumentado balanceado
  
  

    
Precisão de Calibração
    
±0,5% FS
    
Verificada no banco hidráulico
  


4. Implantação Operacional
Uma vez calibrado, o conjunto de roda instrumentada é montado em um carro de teste ou bogie dedicado e operado em trechos selecionados das Ferrovias Indianas.
Durante o movimento, a roda mede forças em tempo real enquanto posição e velocidade são registradas simultaneamente.
Ensaios de campo no RDSO Lucknow validaram o desempenho do sistema sob múltiplos cenários operacionais — variação de carga, curvatura e geometria da via.
Os resultados mostraram alta repetibilidade, baixo desvio e identificação clara de anomalias da via, confirmando a adequação do sistema para diagnósticos dinâmicos de rotas.

5. Aplicações
• Monitoramento das Condições da Via — detecção de variação de rigidez, recalque, alargamento de bitola ou falhas de alinhamento.  
• Pesquisa em Dinâmica de Veículos — validação de modelos de suspensão e bogie.  
• Avaliação de Conforto e Segurança — correlação dos espectros de força vertical/lateral com índices de qualidade de viagem.  
• Previsão de Descarrilamento e Verificação de Modelos — dados empíricos para NUCARS / SIMPACK e modelos internos do RDSO.  
• Planejamento de Manutenção — intervenção preditiva baseada em análises de mapas de força.  
• Plataforma Educacional e de Pesquisa — experimentos de instrumentação e dinâmica para pós-graduação no IIT Kanpur e RDSO.  

6. Importância de Engenharia & Legado
O Projeto da Roda de Medição foi um marco pioneiro na busca da Índia por instrumentação ferroviária de alta precisão totalmente indígena.  
Pela primeira vez, um consórcio inteiramente indiano — IIT Kanpur, RDSO e Neometrix Defence Limited — entregou um conjunto de rodas instrumentadas e um ecossistema de calibração capaz de rivalizar com sistemas europeus importados em precisão, robustez e profundidade analítica.

Essa inovação transformou a pesquisa em dinâmica ferroviária de modelagem teórica para engenharia baseada em evidências, permitindo:  
• Desenvolvimento de padrões de segurança baseados em medições reais.  
• Estruturas iniciais para manutenção baseada em condição e smart wheelsets.  
• Fundamentos para trabalhos posteriores em sistemas de diagnóstico embarcado e infraestrutura ferroviária digital.  

Ao literalmente permitir que a roda “falasse”, o projeto transformou a antes abstrata interface roda–trilho em conhecimento de engenharia mensurável e acionável.  
Cada rotação da roda passou a carregar não apenas um trem, mas também os dados que definem sua segurança — um testemunho da inovação indiana, do rigor acadêmico e da excelência de engenharia da Neometrix Defence Limited.