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Como os sinais ferroviários mantêm os trens separados

Um condutor na frente de um trem rápido não consegue enxergar longe o suficiente para parar diante do que houver ali. As ferrovias resolveram isso nunca deixando dois trens dividirem a mesma seção de linha, e avisando o condutor antes de o sinal de parada aparecer.

Um trem não consegue desviar de um obstáculo e não consegue parar rapidamente. O mesmo contato suave de aço que permite a uma locomotiva mover uma carga enorme com pouco esforço, coberto em por que as ferrovias seguem os rios, também limita o quanto os freios podem morder. Numa reta, um condutor pode ver um quilômetro ou dois à frente, e um trem rápido precisa de quase isso só para parar. A visão sozinha, portanto, não é um jeito seguro de operar uma ferrovia, e a sinalização ocupa o lugar dela.

Do tempo ao espaço

O método mais antigo foi o intervalo de tempo: mandar trens com alguns minutos de intervalo e confiar que o da frente continua andando. Funciona até um trem quebrar ou parar por falha, e então o seguinte chega em velocidade máxima sem aviso.

A correção foi o sistema de blocos, que substitui um intervalo de tempo por um intervalo de espaço. A linha é dividida em seções chamadas blocos. Um sinal protege a entrada de cada um, e a regra do bloqueio absoluto é simples: um trem só pode entrar num bloco quando ele estiver vazio. Se o bloco à frente estiver ocupado, o sinal fica vermelho e o trem seguinte espera.

No início, os sinaleiros em cada extremo de um bloco avisavam um ao outro por telégrafo quando um trem havia entrado e saído. Depois, circuitos de via fazia a verificação automaticamente. Uma tensão baixa percorre um trilho e volta pelo outro, passando por um relé. As rodas e os eixos do trem conectam os dois trilhos, o que desvia a corrente e solta o relé, e o sinal fica vermelho. Um trilho partido ou uma falha de alimentação soltam o relé do mesmo jeito, então a maioria das falhas deixa o sinal vermelho, e não verde. Os engenheiros chamam isso de projeto à prova de falhas.

Por que os blocos precisam ser longos

Um bloco não pode ter qualquer comprimento. O condutor precisa de aviso cedo o bastante para parar antes do sinal vermelho, e a distância de frenagem não é proporcional à velocidade. Com frenagem constante, a distância é v² ÷ 2a, onde v é velocidade e a é desaceleração. Dobre a velocidade e a distância de parada quadruplica.

O exemplo abaixo supõe uma desaceleração de 0.5 m/s², um valor escolhido para manter a conta limpa. Trens reais variam conforme os freios, a carga e o estado dos trilhos, então leia os resultados como um padrão, não como um horário. Uma milha por hora são 0.447 metro por segundo, então 100 mph são 44.7 m/s.

Distância de frenagem com desaceleração constante de 0.5 m/s². Cada dobra de velocidade multiplica a distância por quatro: 125 m a 25 mph viram 500 m a 50 mph e cerca de 2,000 m a 100 mph.

Um trem a 100 mph precisa de cerca de dois quilômetros, distância maior do que a maioria dos motoristas consegue ver numa curva ou na chuva. Um trem a 25 mph precisa de 125 metros. Linhas lentas podem ter blocos curtos, e linhas rápidas precisam de blocos longos ou de aviso extra.

Aspectos: o aviso antes da parada

Um sinal faz mais do que dizer parar ou seguir. Seu aspecto, o padrão de luzes que ele mostra também informa o condutor sobre o sinal seguinte. Num sistema padrão de três aspectos:

  1. Vermelho: parar. O bloco à frente está ocupado ou não é seguro entrar.
  2. Amarelo: cuidado. O próximo sinal é vermelho, então esteja pronto para parar ali.
  3. Verde: prosseguir. O próximo sinal é amarelo ou verde, então a linha está livre pelo menos até o próximo sinal.

Posicione os sinais de modo que um trem que passe por um amarelo em velocidade máxima ainda consiga parar no vermelho, e o sistema estará seguro. No exemplo de 100 mph, isso significa um bloco de cerca de dois quilômetros, com o amarelo no início e o vermelho no fim.

Nem sempre isso é prático, e muitas linhas britânicas rápidas usam quatro aspectos em vez disso. Um amarelo duplo significa que o próximo sinal é um amarelo simples, então o aviso se espalha por dois blocos, e cada bloco pode ser mais curto do que uma distância de frenagem completa. O condutor recebe dois passos de aviso em vez de um, e um trem freia em duas etapas em vez de uma parada brusca só.

Um sinal vermelho protege o trem da frente, não o que está no sinal. O sistema de blocos nunca tenta evitar uma colisão por reação. Ele impede que dois trens estejam na mesma seção ao mesmo tempo.

O preço da segurança é a capacidade

Como um trem que vem atrás só vê verde quando o próximo sinal está amarelo ou verde, uma linha de três aspectos precisa de pelo menos dois blocos livres entre os trens. Tome blocos de dois quilômetros e uma velocidade de 100 mph. Dois blocos são quatro quilômetros, e 4,000 m ÷ 44.7 m/s dá cerca de 90 segundos. Esse é o intervalo mínimo entre dois trens, antes de somar o comprimento do próprio trem.

Blocos mais curtos permitiriam que os trens seguissem mais de perto, mas só em rotas onde a distância de parada é curta. O limite não é o número de sinais; é quanto um trem precisa para parar. Dobrar a velocidade de uma linha quadruplica a distância de parada, então correr mais rápido exige blocos mais longos ou mais aspectos, e isso limita quão de perto os trens podem seguir uns aos outros.

Em Valley Rail: Magnata de Trens você escolhe aonde um trem vai e ele percorre a rota sozinho, e as passagens de nível têm sinalização automática.

O que levar disso

Valley Rail: Magnata de Trens tem seis modelos de trem para passageiros e cargas, de um trem suburbano de um vagão a um expresso aerodinâmico, além de passagens de nível com sinalização automática. O dinheiro que cada viagem rende existe apenas no jogo e não tem valor em dinheiro. Valley Rail está em teste fechado e ainda não está disponível ao público.