Experimental investigation of solar-reflective coatings as thermal insulators for rails in heavy-haul corridors

Autores

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i4.50960

Palavras-chave:

Trilho, Expansão térmica, Flambagem térmica, Revestimento de trilhos, Movimentação térmica

Resumo

Rails are critical components of railway infrastructure, responsible for distributing loads, guiding vehicles, and ensuring operational safety. However, temperature variations and solar irradiance induce thermal stress, leading to rail expansion and contraction, as well as potential buckling. While previous studies have explored rail profile optimization and lubrication strategies, limited research exists on thermal mitigation through coatings. This study evaluates the effectiveness of three commercial coatings in reducing rail temperature variations on AREMA 136RE rails under real environmental conditions. Thermocouples monitored temperature changes on coated and uncoated rail samples over multiple seasons, while a pyranometer recorded solar irradiance. Results indicate that coated rails exhibited significantly lower peak temperatures compared to uncoated rails, with maximum reductions exceeding 10°C in summer. Coatings with nanometric hollow ceramic spheres demonstrated superior thermal performance. They maintained temperatures 8–10% lower than Alkyd resin-based coatings on semi-drying vegetable oil when temperatures exceeded 20°C. Seasonal analysis confirmed consistent behavior, with temperature differentials decreasing in cooler months. The findings suggest that reflective coatings can mitigate thermal buckling risks, particularly in tight curves (radius < 50 m), where critical temperature differentials are below 20°C.

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Biografia do Autor

  • Carlos Artur Alevato Leal, IF Sudeste MG

    Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2020), área de concentração: processos de fabricação. Mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2016), área de concentração: processos de fabricação. Graduado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Minas Gerais com ênfase em Automotiva e mérito de melhor desempenho acadêmico, medalha de ouro Agnelo Macêdo do primeiro semestre letivo de 2011. Professor EBTT do Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais, Campus Santos Dumont, desde maio de 2016. Diretor de Desenvolvimento Institucional do Campus Santos Dumont desde 03/05/2024. Área de pesquisa atual: manutenção, processos de fabricação e ferrovia.

  • Maria Rita Pereira de Paiva, IF Sudeste MG

    Possui curso-tecnico-profissionalizante em Técnico em Mecânica pelo Instituto Federal Sudeste de Minas - Santos Dumont(2021) e ensino-medio-segundo-graupelo Instituto Federal Sudeste de Minas - Santos Dumont(2021). Graduanda em Engenharia Ferroviária e Metroviária. Atualmente é Monitoria - Nos trilhos do Eletromagnetismo do Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Projetos de Máquinas.

  • Stephany Cristina da Silva, IF Sudeste MG

    Graduanda em Engenharia Ferroviária e Metroviária.

  • Felipe Ramon de Araújo Ribeiro, IF Sudeste MG

    Universitário do curso de Engenharia Ferroviária e Metroviária, técnico em transporte de cargas e me dedico a pesquisas e elaboração de artigos nas áreas de logística, transporte e, ainda, na área de educação que dedica-se a essas áreas já citadas.

  • Carlos Eduardo Gonçalves Ferreira Junior, IF Sudeste MG

    Graduando em Engenharia Ferroviária e Metroviária pelo IF Sudeste MG - Campus Santos Dumont. Técnico em eletrônica pela Escola Técnica Pandiá Calógeras. Diretor fundador da Evidência Junior, Empresa Júnior do Curso de Engenharia Ferroviária e Metroviária e Matemática do Instituto Federal do Sudeste de MG, com atuação na gestão e liderança de equipes para a execução de cursos de capacitação, projetos e estudos de melhorias de índices de produção (KPIs). Bolsista de projetos de ensino e pesquisa relacionados a processos criativos, desenvolvimento pessoal e análise de dados.

  • Larissa Fernandes Nunes, MRS S.A.

    Técnica em Desenhos e Projetos Mecânico pelo SENAI/Itabira (2011), graduada em Engenharia Metalurgista (2016) pela Universidade do Estado de Minas Gerais - UEMG, Mestre em Ciência dos Materiais (2019) e Especialização em Transporte Ferroviário de Carga (2020) pelo Instituto Militar de Engenharia. Atualmente atuo como Analista Ferroviário na Gerência de Pesquisa e Desenvolvimento da Manutenção na MRS Logística.

  • Fernando Paulo Caneschi, IF Sudeste MG

    Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), tendo se formado em maio de 2006. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em materiais de construção (estradas), estabilização de solos, bem como em química e mineralogia de solos. Foi bolsista de Iniciação Científica do PROBIC FAPEMIG/UFV por dois anos, nos períodos de 2003 a 2004 e 2004 a 2005. Iniciou suas atividades de pós-graduação em engenharia civil na UFV, ao nível de mestrado, em maio de 2006, concluindo o mesmo em fevereiro de 2008. E em março desse mesmo ano iniciou o doutorado o concluiu em dezembro de 2012. Atualmente faz parte do corpo docente do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais - Campus de Santos Dumont em Minas Gerais atuando como Coordenador do curso técnico em Manutenção de Sistemas Metroferroviários.

  • Philipe Augusto de Paula Pacheco, IF Sudeste MG

    Professor efetivo do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais campus Santos Dumont. Graduado na área de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ).Mestre em Engenharia Mecânica na área de Simulação Numérica do Comportamento dos Materiais e dos Processos de Fabricação pelo Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica da UFSJ. Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade de Campinas (UNICAMP), ligado ao Laboratório Ferroviário (LAFER), com projetos em: Otimização de perfis rodas de ferroviárias; Dinâmica de vagões ferroviários e Indicador de energia para vagões de alta carga.

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“Imagem de trilhos ferroviários vistos de perto, com fixadores metálicos envelhecidos e dormentes de madeira ao fundo. A capa apresenta o título do artigo científico ‘Experimental Investigation of Solar-Reflective Coatings as Thermal Insulators for Rails in Heavy-Haul Corridors’ no topo, seguido pelos nomes dos autores. No canto inferior esquerdo aparece o logotipo colorido da BJPE (um balão multicolorido), e no canto inferior direito está escrito ‘Brazilian Journal of Production Engineering’.”

Publicado

10.12.2025

Edição

Seção

ENGENHARIA CIVIL, DESIGN E ARQUITETURA

Como Citar

Leal, C. A. A., Paiva, M. R. P. de, Silva, S. C. da, Ribeiro, F. R. de A., Ferreira Junior, C. E. G., Nunes, L. F., Caneschi, F. P., & Pacheco, P. A. de P. (2025). Experimental investigation of solar-reflective coatings as thermal insulators for rails in heavy-haul corridors. Brazilian Journal of Production Engineering, 11(4), 359-369. https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i4.50960

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