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ANDERSON MANZOLI
ANÁLISE DAS EMISSÕES VEICULARES EM
TRAJETOS URBANOS CURTOS COM
LOCALIZAÇÃO POR GPS
São Carlos
2009
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iii
ANDERSON MANZOLI
ANÁLISE DAS EMISSÕES VEICULARES EM
TRAJETOS URBANOS CURTOS COM
LOCALIZAÇÃO POR GPS
Tese apresentada à Escola de Engenharia de
São Carlos da Universidade de São Paulo,
para obtenção do título de Doutor em
Engenharia Civil.
Área de Concentração: Transportes
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Ernesto Schaal
São Carlos
2009
v
Dedicatória
DedicatóriaDedicatória
Dedicatória
Aos meus pais,
a minha esposa e
ao meu filho
vii
Agradecimentos
AgradecimentosAgradecimentos
Agradecimentos
A Deus, pelas oportunidades que me foram dadas na
vida.
À minha família, pelo carinho e pela ajuda nas
dificuldades.
Ao prof. Dr. Ricardo Ernesto Schaal, pelo apoio e
incentivo.
Aos profs. Dr. Antônio Moreira dos Santos e Dr. Nemésio
Neves Batista Salvador, pelas sugestões durante o exame de qualificação.
Ao Prof. Dr. Ozíride Manzoli Neto, pela ajuda constante.
À profª. Drª Luciana Romano Morilas, pela leitura atenta.
À Elena Luzia Palloni Gonçalves, pela correção de toda a
referenciação bibliográfica do trabalho.
Aos professores e funcionários do Departamento de
Transportes da Escola de Engenharia da USP de São Carlos.
Aos colegas do curso de pós-graduação em Transportes,
pelas conversas instigantes do corredor.
À Tecnomotor, pelo empréstimo do analisador de gases
usado durante os ensaios.
Ao Centro de Caracterização e Desenvolvimento de
Materiais (CCDM – UFSCar/UNESP), pela análise do combustível.
Ao CNPq, pelo apoio financeiro.
ix
Resumo
ResumoResumo
Resumo
MANZOLI, A.(2009). Análise das emissões veiculares em trajetos urbanos
curtos com localização por GPS. 175 p. Tese (Doutorado) – Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
Estuda-se o problema da emissão de gases por veículos automotores movidos
a gasolina em trajetos curtos percorridos em cidades pequenas e médias.
Nessa situação, o tipo de percurso que ocorre com mais frequência é curto, o
que significa circulação de veículos com os motores ainda frios. Sabe-se que
esta circunstância constitui a condição menos favorável no que se refere à
emissão de gases poluentes. Tecnologias recentes, como GPS e analisadores
de gases portáteis, foram usados para se obterem dados fundamentais para o
trabalho, como velocidade, tempo, coordenada espacial, aceleração,
mensuração da emissão dos poluentes pelo escapamento do veículo e
temperatura do motor. Os testes foram feitos com o motor frio e quente para
que fosse possível descrever o comportamento da emissão dos gases nas
duas condições. Determinou-se experimentalmente a emissão de CO e HC em
diversas condições e construiu-se um banco de dados sobre como esses
parâmetros interferem na geração desses gases nos percursos estabelecidos,
fornecendo uma previsão mais realista. Os resultados pretendem conscientizar
os administradores públicos acerca da necessidade de se mensurar a real
emissão de poluentes em qualquer cidade, pois o número reduzido de
automóveis não significa diretamente a inexistência de problemas com a
poluição. Especialmente no caso das cidades pequenas e médias, esse
resultado pode subsidiar uma política preventiva, para que não se alcancem os
níveis catastróficos que hoje são encontrados nas grandes cidades.
Palavras-chave: Emissão de CO e HC. Trajetos curtos. Motor frio. Localização por
GPS.
xi
Abstract
AbstractAbstract
Abstract
Manzoli, A. (2009) “Vehicle emission analysis in urban short distances
with GPS localization”. 175 p. Doctor thesis – Engineering School of São
Carlos, Department of Transportation, University of São Paulo.
This work studies the problem of gas emission by automotive petrol moved
vehicles in short distances travelled in small and medium towns. In this
situation, most distances are short. It means that vehicle circulates commonly
with still cold engine, what is known to be the least favorable condition
concerned to pollutant gas emission. Recent technologies like GPS and
portable gas analyzers were used to obtain fundamental data, like speed, time,
spacial coordinate, acceleration, pollutant emission by vehicle leakage and
engine temperature. The tests were made with cold and hot engine, so that it
would be possible to describe the gas emission behavior in both conditions. CO
and HC emission were determined experimentally in several conditions and a
data base was built after how these parameters interfere in the gas emission in
the established routes, providing a more realistic view. These data can help
public administrators to think about the need to measure the real pollutants
emission in any town, because the reduced number of automobiles isn’t directly
related to the inexistence of pollution problems. Specially related to short and
medium towns, this result may supply preventive politics, so that the
catastrophic levels found in big cities nowadays won’t be held.
Key-words: CO and HC emission. Short distances. Cold engine. GPS
localization.
xiii
Lista de
Lista de Lista de
Lista de figuras
figurasfiguras
figuras
Figura 2.1.1 – Esquema simplificado da utilização da energia dos combustíveis fósseis nos transportes ............ 13
Figura 2.1.2 – Consumo de energia por setores finais em São Paulo (trilhões de Kcal/ano) ................................. 14
Figura 2.1.3 – A influência dos poluentes nos receptores ..................................................................................... 14
Figura 2.2.1 – Camadas da atmosfera .................................................................................................................. 17
Figura 2.2.2 – Escala temporal e espacial de alguns constituintes da atmosfera ................................................. 20
Figura 2.3.1 – Emissões de carbono por setor em 2006 ........................................................................................ 23
Figura 2.3.2 – Emissões relativas de poluentes por tipo de fontes – 2005 ............................................................ 25
Figura 2.4.1 – Diagrama simplificado do efeito estufa ......................................................................................... 37
Figura 2.5.1 – O ambiente contaminado e o efeito no corpo humano .................................................................. 41
Figura 3.1.1 – Mapa geral do município de São Carlos. Em verde, o trajeto referente a um dos ensaios. ........... 83
Figura 3.2.1 – Sequência dos procedimentos para realização do trabalho ........................................................... 86
Figura 3.2.2.1 – Tela do programa Async .............................................................................................................. 89
Figura 3.2.2.2 – Tela do programa GPSolution ...................................................................................................... 90
Figura 3.2.2.3 – Tela do programa Softgas ........................................................................................................... 92
Figura 3.2.2.4 – Tela do programa KPL ................................................................................................................. 93
Figura 3.2.2.5 – Resultados do programa KPL para serem exportados para planilha Excel ................................. 93
Figura 3.2.3.1 – Foto do GPS ligado ao notebook e a antena externa .................................................................. 94
Figura 3.2.3.2 – Detalhe da sonda ligado ao escapamento do carro .................................................................... 94
Figura 3.2.3.3 – Comprimento da mangueira de teste .......................................................................................... 95
Figura 3.2.3.4 – Termopar para medição da temperatura do óleo do motor ....................................................... 95
Figura 3.2.3.5 – Analisador de gases ligado ao notebook e ao GPS ...................................................................... 96
Figura 3.3.1 – Tela ilustrativa dos comandos para transformar os dados *.g12 em Rinex ................................... 97
Figura 3.3.2 – Tela do programa Convert32.exe convertendo um arquivo extensão *.gps em Rinex ................... 98
Figura 3.3.3 – Tela do Ski 2.3 ................................................................................................................................. 99
Figura 3.3.4 – Tela de configuração usada no programa Ski 2.3 .......................................................................... 99
Figura 3.3.5 – Programa SKI 2.3 com os dados inseridos .................................................................................... 101
Figura 3.3.6 – Resultado do processamento do programa SKI 2.3 ...................................................................... 102
Figura 3.3.7 – Programa SKI 2.3 exportando para texto resultado do processamento ....................................... 103
Figura 3.3.8 – Programa Excel importando os dados obtidos pelo GPS .............................................................. 103
Figura 3.3.9 – Programa SKI 2.3 exportando para formato dxf resultado do processamento GPS ..................... 104
Figura 3.3.10 – Tela do programa AutoCAD importando arquivo dxf. ................................................................ 105
Figura 3.3.11 – Tela do programa AutoCAD com mapa e caminho percorrido durante o ensaio. ...................... 105
Figura 3.3.12 – Tela do programa SoftGas com gráfico da emissão de gases gerado ........................................ 106
Figura 3.3.13 – Tela do Excel com todos os dados de campo .............................................................................. 107
Figura 4.1.1 – Foto ilustrativa do Trecho 1 – Rua João Lourenço Rodrigues ......................................................... 12
Figura 4.1.2 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 1 ...................................... 113
Figura 4.1.3 – Foto ilustrativa do Trecho 2 – Avenida São Carlos ....................................................................... 115
Figura 4.1.4 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 2 ...................................... 116
Figura 4.1.5 – Foto ilustrativa do Trecho 3 – Avenida São Carlos ....................................................................... 117
Figura 4.1.6 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 3 ...................................... 118
Figura 4.1.7 – Foto ilustrativa do Trecho 4 – Avenida São Carlos ....................................................................... 121
Figura 4.1.8 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 4 ...................................... 122
Figura 4.1.9 – Foto ilustrativa do Trecho 5 – Avenida Trabalhador Sancarlense ................................................ 124
Figura 4.1.10 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 5 .................................... 125
xv
Lista de tabelas
Lista de tabelasLista de tabelas
Lista de tabelas
Tabela 2.1.1 – Padrões nacionais de qualidade do ar ........................................................................................... 16
Tabela 2.2.1 – Escala espacial do fenômeno da química da atmosfera ................................................................ 21
Tabela 2.3.1 – Contribuição relativa das fontes de poluição do ar na RMSP em 2005 ......................................... 26
Tabela 2.3.2 – Fatores médios de emissão dos veículos em uso na RMSP em 2005 ............................................. 26
Tabela 2.3.3 – Contribuição relativa das fontes de poluição do ar na RMSP em 2005 ......................................... 27
Tabela 2.5.1 – Tabela de valores de referência de níveis de periculosidade de acordo com a ASHREA ................ 40
Tabela 2.5.2 – Principais poluentes considerados indicadores da qualidade do ar ............................................... 42
Tabela 2.6.2.1 – Veículos subordinados à inspeção e sua frequência ................................................................... 48
Tabela 2.6.2.2 – Comparação das reduções de emissões estimadas pela EPA e levantadas ................................ 51
Tabela 2.6.2.3 – Redução das emissões de poluentes dos programas de I/M da Suécia e da Suíça ..................... 52
Tabela 2.6.5.1 – Limites máximos de emissão para veículos leves novos ............................................................. 59
Tabela 2.6.5.2 – Fatores médios de emissão para veículos leves novos ................................................................ 61
Tabela 2.6.5.3 – Média geral da quilometragem anual percorrida pelos veículos ............................................... 64
Tabela 2.6.5.4 – Padrões de qualidade do ar – material particulado .................................................................... 67
Tabela 2.6.5.5 – Padrões de qualidade do ar – gases ........................................................................................... 67
Tabela 2.6.5.6 – Medidas para amenizar a poluição veicular ............................................................................... 69
Tabela 2.8.1 – Taxa de emissão para veículos leves á gasolina no programa Dracula ......................................... 78
Tabela 2.8.2 – Fatores de emissão sugeridos por Detran e Feema (2001) ............................................................ 79
Tabela 3.2.2.1 – Tabela das características do analisador de gás TM 132 utilizado ............................................. 91
Tabela 4.1.1 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios no Trecho 1............... 113
Tabela 4.1.2 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios no Trecho 2............... 116
Tabela 4.1.3 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios no Trecho 3............... 119
Tabela 4.1.4 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos ensaios no Trecho 3 ......... 120
Tabela 4.1.5 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios no Trecho 4............... 122
Tabela 4.1.6 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos ensaios no Trecho 4 ......... 123
Tabela 4.1.7 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos ensaios no trecho 5 ......... 125
Tabela 4.2.2 – Comparação entre os níveis de CO emitidos entre os trecho 3 e 4 .............................................. 143
Tabela 4.2.3 – Comparação entre os níveis de HC emitidos entre os trecho 3 e 4 .............................................. 149
Tabela 4.3.1 – Média ponderada de todos os trechos analisados ...................................................................... 162
xvii
Lista de gráficos
Lista de gráficosLista de gráficos
Lista de gráficos
Gráfico 4.2.1 – Gramas CO e % CO x Tempo........................................................................................................ 127
Gráfico 4.2.2 – Gramas CO e Velocidade x Tempo .............................................................................................. 129
Gráfico 4.2.3 – Gramas CO e Altitude x Tempo ................................................................................................... 130
Gráfico 4.2.4 – Gramas CO, Altitude e Velocidade x Tempo ................................................................................ 131
Gráfico 4.2.5 – Gramas CO e Distância x Tempo ................................................................................................. 132
Gráfico 4.2.6 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo ........................................................................... 133
Gráfico 4.2.7 – Gramas CO e Gramas Gasolina x Tempo .................................................................................... 134
Gráfico 4.2.8 – Gramas HC e % HC x Tempo ........................................................................................................ 135
Gráfico 4.2.9 – Gramas HC e Velocidade x Tempo .............................................................................................. 136
Gráfico 4.2.10 – Gramas HC e Altitude x Tempo ................................................................................................. 137
Gráfico 4.2.11 – Gramas HC e Distância x Tempo ............................................................................................... 137
Gráfico 4.2.12 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo ......................................................................... 138
Gráfico 4.2.13 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo ................................................................................... 139
Gráfico 4.2.14 – Gramas CO e % CO x Tempo ..................................................................................................... 140
Gráfico 4.2.15 – Gramas CO e Velocidade x Tempo ............................................................................................ 141
Gráfico 4.2.16 – Gramas CO e Altitude x Tempo ................................................................................................. 142
Gráfico 4.2.17 – Gramas CO e Distância x Tempo ............................................................................................... 143
Gráfico 4.2.18 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo ......................................................................... 144
Gráfico 5.2.19 – Gramas CO e Gramas gasolina x Tempo ................................................................................... 145
Gráfico 4.2.20 – Gramas HC e % HC x Tempo ...................................................................................................... 146
Gráfico 4.2.21 – Gramas HC e Velocidade x Tempo ............................................................................................ 147
Gráfico 4.2.22 – Gramas HC e Altitude x Tempo ................................................................................................. 148
Gráfico 4.2.23 – Gramas HC e Distância x Tempo ............................................................................................... 150
Gráfico 4.2.24 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo ......................................................................... 150
Gráfico 4.2.25 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo ................................................................................... 151
Gráfico 4.2.26 – Gramas CO e % CO x Tempo ..................................................................................................... 152
Gráfico 4.2.27 – Gramas CO e Velocidade x Tempo ............................................................................................ 153
Gráfico 4.2.28 – Gramas CO e Altitude x Tempo ................................................................................................. 154
Gráfico 4.2.29 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo ......................................................................... 155
Gráfico 4.2.30 – Gramas CO e Gramas gasolina x tempo ................................................................................... 156
Gráfico 4.2.31 – Gramas HC e % HC x Tempo ...................................................................................................... 157
Gráfico 4.2.32 – Gramas HC e Velocidade x Tempo ............................................................................................ 158
Gráfico 4.2.33 – Gramas HC e Altitude x Tempo ................................................................................................. 158
Gráfico 4.2.34 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo ......................................................................... 159
Gráfico 4.2.35 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo ................................................................................... 160
xix
Lista de equações
Lista de equaçõesLista de equações
Lista de equações
Equação 2.3.1 – Processo de combustão completa ............................................................................................... 28
Equação 2.3.2 – Processo de combustão incompleta ............................................................................................ 29
Equação 2.3.1.1 – Mistura estequiométrica queima completa ............................................................................. 31
Equação 2.3.1.2 – Relação ar combustível ............................................................................................................ 32
Equação 2.3.1.3 – Mistura rica e mistura pobre ................................................................................................... 32
Equação 2.3.1.4 – Fórmula para determinação do poder calorífico aproximado dos combustíveis ..................... 33
Equação 2.6.5.1 – Modelo de estimativa adotado pelo Proconve ........................................................................ 64
Equação 2.8.1 – Modelo de estimativa de emissões de HC ................................................................................... 80
Equação 2.8.2 – Modelo de estimativa de emissões de CO ................................................................................... 81
Equação 2.8.3 – Modelo de estimativa de emissões de NO
x
................................................................................. 81
SUMÁRIO
SUMÁRIOSUMÁRIO
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................................................................. IX
ABSTRACT ............................................................................................................................................. XI
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................... XIII
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................ XV
LISTA DE GRÁFICOS ...................................................................................................................... XVII
LISTA DE EQUAÇÕES ....................................................................................................................... XIX
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 5
1.1
C
ONSIDERAÇÕES GERAIS
......................................................................................................................... 5
1.2
O
BJETIVOS
............................................................................................................................................... 8
1.3
H
IPÓTESES
............................................................................................................................................... 9
1.4
E
TAPAS DO DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA
....................................................................................... 10
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................................ 13
2.1
I
NTRODUÇÃO
......................................................................................................................................... 13
2.2
A
TMOSFERA E POLUIÇÃO DO AR
............................................................................................................ 18
2.3
E
MISSÕES DE GASES POR VEÍCULOS AUTOMOTORES
.............................................................................. 24
2.3.1 Gasolina ............................................................................................................................................ 30
2.3.2 Álcool ................................................................................................................................................ 33
2.4
G
ERAÇÃO
,
DISPERSÃO E CONSEQUÊNCIAS DE POLUENTES EM ESCALA URBANA
.................................... 36
2.5
E
FEITOS DA POLUIÇÃO NA SAÚDE
.......................................................................................................... 39
2.6
H
ISTÓRICO E EXPERIÊNCIAS INTERNACIONAIS
....................................................................................... 43
2.6.1 Estados Unidos .................................................................................................................................. 45
2.6.2 União Européia ................................................................................................................................. 48
2.6.3 Argentina ........................................................................................................................................... 53
2.6.4 Chile .................................................................................................................................................. 55
2.6.5 Brasil ................................................................................................................................................. 58
2.7
I
NVENTÁRIOS DE FONTES DE EMISSÃO
................................................................................................... 73
2.8
M
ODELOS DE EMISSÃO DE POLUIÇÃO
.................................................................................................... 75
2
3
3 EXPERIMENTAL ................................................................................................................................ 82
3.1
D
ELIMITAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
...................................................................................................... 82
3.2
C
OLETA DE DADOS
................................................................................................................................ 85
3.2.1 Variáveis Relevantes ......................................................................................................................... 85
3.2.2 Equipamentos e programas ............................................................................................................... 87
3.2.3 Montagem dos equipamentos ............................................................................................................ 94
3.2.4 Procedimentos durante o teste .......................................................................................................... 97
3.3
T
RATAMENTO DOS DADOS E MODELAGEM
............................................................................................. 98
3.4
F
ILTRO DOS DADOS
.............................................................................................................................. 108
4 RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES ............................................................................................. 110
4.1
E
TAPA
1............................................................................................................................................... 112
4.2
E
TAPA DOIS
......................................................................................................................................... 127
4.2.1 Análise da emissão de CO com o motor frio ................................................................................... 128
4.2.2 Análise da emissão de HC com o motor frio ................................................................................... 135
4.2.3 Análise da emissão de CO com o motor quente .............................................................................. 140
4.2.4 Análise da emissão de HC com o motor quente .............................................................................. 147
4.2.5 Análise da emissão de CO com o motor quente no trecho 5 ........................................................... 152
4.2.6 Análise da emissão de HC com o motor quente no trecho 5 ........................................................... 157
4.3
D
ISCUSSÃO DOS RESULTADOS
............................................................................................................. 161
5 CONCLUSÕES ................................................................................................................................... 164
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................................. 168
ANEXO ................................................................................................................................................... 176
APÊNDICE ............................................................................................................................................. 178
4
5
1 INTRODU
1 INTRODU1 INTRODU
1 INTRODUÇÃO
ÇÃOÇÃO
ÇÃO
1.1 Considerações gerais
1.1 Considerações gerais1.1 Considerações gerais
1.1 Considerações gerais
Os níveis de poluição vivenciados atualmente na maioria das
cidades são suficientes para causar agravos à saúde da população. Segundo
Gouveia et al. (2002), existem associações estatisticamente significantes entre o
aumento nos níveis de poluição (principalmente material particulado, CO e SO
2
) e o
aumento na mortalidade e nas hospitalizações, por causas respiratórias e
cardiovasculares, em crianças e idosos.
A fim de elucidar ainda mais a magnitude do problema, é válido
citar que a Organização Mundial de Saúde (OMS) estima, em termos mundiais, que
mais de 1,4 bilhões de residentes das áreas urbanas respiram ar que excedem
negativamente os padrões atuais de qualidade (WRI, 1999); e que de acordo com
Delucchi (2004), os veículos automotores nos Estados Unidos geram custos
relacionados aos danos à saúde, na ordem de US$ 30 a US$ 560 bilhões ao ano.
O aquecimento global e suas consequências climáticas têm
dado origem a muitas discussões e têm sido alvo de muitas pesquisas. A maioria
dos pesquisadores que compuseram o IPCC (Painel Intergovernamental sobre
Mudanças Climáticas), órgão da ONU (Organização das Nações Unidas) destinado
a estudar as mudanças climáticas no planeta, afirma categoricamente que as
mudanças climáticas atuais ocorrem principalmente por causas antropogênicas, isto
é, poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, desmatamentos etc.
(MENDES, 2004). Por outro lado, outros cientistas defendem o modelo heliogênico,
uma vez que o planeta já passou por aquecimentos em épocas anteriores, isto é, o
aquecimento global estaria ocorrendo por causa natural, por exemplo, pelo aumento
da atividade magnética do sol (LOMBORG, 2008). No entanto, todos concordam que
a poluição gerada está contribuindo, de uma forma ou de outra, para a degradação
da qualidade de vidas das pessoas.
O transporte de bens e pessoas é fundamental para a
integração das regiões do país proporcionando o desenvolvimento econômico e
social. Para que isso ocorra, é preciso alocar recursos para a construção e a
6
manutenção da infra-estrutura dos modos de transporte, bem como prever a energia
necessária para a movimentação dos veículos. Essas ações devem, no entanto,
levar sempre em conta as questões ambientais, o que normalmente é negligenciado
pelos poderes públicos.
O número de veículos automotores em circulação no Brasil
vem crescendo significativamente nas últimas décadas gerando um aumento na
quantidade de gases poluentes emitidos. Segundo Gouveia et al. (2002) já está
comprovado que essa emissão contribui muito para a degradação da qualidade de
vida das pessoas que vivem em locais onde a concentração de emissões veiculares
é intensa.
Por volta da década de 1940, as cidades começaram a ter
maior número de pessoas, advindas da área rural. Segundo o Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística – IBGE (2008), a porcentagem de população urbana
1
passou
de 30,24% na década de 1940 para 81,23% em 2000. Com isso, ocorreu um
aumento tanto na poluição gerada nas cidades como no número de pessoas
atingidas por essa poluição, o que passou a interferir diretamente na saúde e, por
conseguinte, na qualidade de vida das pessoas.
Quando se discute a emissão de gases nocivos à saúde
humana, emitidos por veículos automotores, a principal referência que se estabelece
é com as grandes cidades, volumosos congestionamentos, grande número de
veículos, deslocamentos que podem levar horas e, em regra, essas consequências,
no que diz respeito à exposição à poluição, são menosprezadas no que se refere às
cidades pequenas e médias.
Segundo IBGE (2008), são chamadas cidades médias aquelas
cuja população varia entre 100 mil e 500 mil habitantes. Consideram-se cidades
pequenas aquelas com população inferior a 100 mil habitantes. Esses são os
parâmetros tomados como fundamentais para esta pesquisa.
No Brasil, as cidades pequenas e médias constituem 73,26%
do total (de 5.564 municípios, 4.074 são considerados pequenos e médios, segundo
dados do IBGE (2008). Assim, tendo em vista a grande quantidade de pessoas
envolvidas nesse contexto (cerca de 67% da população brasileira), é necessário que
1
No Brasil, o critério de determinação de espaços urbanos se fundamenta em decisões político-
administrativas, com base no Decreto-Lei 311/38. As áreas urbanas são definidas pelo próprio
município, por meio de lei municipal.
7
se estudem os fenômenos ligados à emissão de gases poluentes não apenas nos
grandes centros urbanos.
Em regra, a variação na quantidade de emissão de poluentes
pelos veículos automotores não tem relação direta com o tamanho da cidade em que
se encontram. Deve-se ressaltar, entretanto, que os inventários e modelos de
emissão em regra fundamentam seus parâmetros em valores obtidos quando o
conjunto motor/catalisador já está aquecido, o que não chega a acontecer no
contexto que ora se propõe a estudar. Eis que, se se aplicarem indistintamente os
parâmetros daqueles modelos aos veículos utilizados em cidades pequenas e
médias, onde os trajetos são, em regra, curtos, e, portanto, o veículo trafega frio,
podem ocorrer imprecisões.
Segundo Jacondino e Cybis (2003), os fatores de emissão de
poluentes utilizados para cada localidade deveriam ser baseados em medições das
taxas de emissão de poluentes dos veículos na área de estudo. A obtenção de
medidas confiáveis de fatores de emissão, entretanto, é um processo complexo e,
portanto, de custo elevado. Em razão disso, poucos experimentos são realizados.
Geralmente poucos veículos são testados, e quando o são, o teste ocorre sob
condições bastante limitadas, seja em laboratório seja em condições reais de
tráfego. Nota-se também que pouca ou nenhuma atenção se dá à forma como os
veículos são conduzidos, seja devido à ação do motorista, seja devido às obstruções
naturais e artificiais colocadas para controlar esta ação.
Além disso, conforme os mesmos autores, os modelos de
previsão de emissão e acúmulo de poluentes em geral são baseados em modelos
gerados por simulações que não incluem dados provenientes de mensuração
realizada diretamente nos locais de estudo. Com isso, a solução encontrada para
gerar modelos de previsão de emissão e acúmulo de poluentes se baseia em
parâmetros construídos a partir de simulações que não incluem dados provenientes
de mensuração real, como a que se propõe neste trabalho.
Assim, encontrar uma maneira de se mensurar a real emissão
de gases pelos veículos automotores, para que seja possível criar políticas públicas
de modo que essa emissão seja reduzida, é, não somente, interessante, mas
também desejável, uma vez que o problema tende a se tornar crônico. Tendo em
vista as especificidades do combustível e de outros fatores característicos nacionais,
não é possível que se utilizem dados internacionais para que se fundamente uma
8
normatização nacional. Portanto, justifica-se uma investigação mais atenta desses
parâmetros, principalmente quanto à emissão inicial, em que o conjunto
motor/catalisador ainda não se aqueceu. Essa situação é pouco estudada e muitas
vezes até deixa de ser computada em inventários e modelos de emissões de gases
poluentes. Também pouco se atenta a outros fatores, como a topografia acidentada,
a pavimentação das vias de trânsito, e outras causas que reduzem obrigatoriamente
a velocidade dos veículos.
Há algumas décadas, grande parte dos ensaios era feita em
condições laboratoriais, pois era muito difícil mensurar a emissão de gases
poluidores em tempo real, nas condições normais de uso. Com o passar dos anos,
surgiram tecnologias como o GPS e analisadores de gases portáteis, que se
tornaram equipamentos confiáveis, de preço acessível e de uso simplificado. Com
esses equipamentos portáteis, cuja coleta de dados é confiável, é possível ensaiar
um veículo automotor em situação real de uso, ou seja, um veículo de uso comum,
trafegando por vias ordinárias, com todos os problemas que se encontram
normalmente no trânsito das cidades (superfícies das vias em condições não ideais,
trânsito lento, obstáculos, etc.) e outras relativas ao próprio veículo, como
temperatura do conjunto motor/catalisador, inclinação das vias, etc.
Com a medição real e efetiva da emissão dos gases gerados
pelos veículos automotores, podem-se obter dados mais precisos que contribuam
para tornar esses modelos mais eficientes. A proposta deste trabalho é aproveitar as
inovações tecnológicas do último século, como GPS e analisadores de gases, para,
de fato, se chegar a mensurar essa emissão de gases o mais próximo do real.
Assim, com base no que ora se propõe, é possível desenvolver
procedimentos e metodologias de modo que a coleta de dados possa oferecer
informações mais realistas para se fazer inventários de emissão de gases e
aperfeiçoar modelos de emissão de gases poluentes emitidos por veículos
automotores.
1.2 Objetivos
1.2 Objetivos1.2 Objetivos
1.2 Objetivos
O objetivo principal do trabalho é desenvolver uma metodologia
para mensurar, em tempo e condições reais, os parâmetros usados em inventários e
9
modelos de estimativa de emissões de gases poluentes gerados por veículos
automotores, particularmente em meio urbano, em cidades pequenas e médias, com
o conjunto motor/catalisador ainda frio.
Dessa forma, indicadores de poluição de gases emitidos por
veículos automotores, dentro das características da região onde se faz o percurso,
podem ser calculados de forma mais realista. Os dados, por serem obtidos de forma
simplificada, objetiva e direta, ocasionam uma diminuição na imprecisão dos cálculos
utilizados normalmente. Assim, não se pretende desenvolver um novo modelo de
emissão de poluentes, mas debater sobre os já existentes, utilizando novas
tecnologias, simplificando e aperfeiçoando muitas das medições utilizadas nos
modelos tomados, com particular atenção nas medições de emissão de CO e HC em
trajetos curtos e motor frio em meio urbano.
1.3
1.3 1.3
1.3 Hipóteses
HipótesesHipóteses
Hipóteses
Os modelos atuais de mensuração de emissão de poluentes
por veículos automotores, usados em inventários, fundamentam-se em valores
obtidos em ensaios padrões e não a partir de uma situação real de uso. Dessa
forma, algumas informações e parâmetros importantes recebem menos atenção ou
até mesmo são desconsiderados. Em geral, no que se refere à emissão de gases,
os parâmetros se baseiam no motor quente, quando na realidade, até o motor
aquecer, a taxa de emissão dos gases poluidores pode ser muito diferente da
considerada. Essa diferença acaba por ser desconsiderada, o que gera distorções
na aplicação dos modelos a situações diversas de trânsito.
Cada trecho do deslocamento de um veículo automotor tem
suas características específicas como inclinações, intensidade de tráfego, dentre
outros, que influenciam diretamente na emissão dos gases. Hoje é possível, por
meio de novas tecnologias, mesmo que de forma simplificada, considerar mais
parâmetros para representar a emissão de poluição. É importante, portanto, levar em
consideração mais detalhes para o aperfeiçoamento da mensuração dessas
emissões.
10
Assim, a hipótese de trabalho é que os modelos existentes
para a mensuração da emissão de CO e de HC não são suficientemente completos
quando se trata de mensurar essa emissão em trajetos curtos com motor a frio.
1.4 Etapas do desenvolvimento da pesquisa
1.4 Etapas do desenvolvimento da pesquisa1.4 Etapas do desenvolvimento da pesquisa
1.4 Etapas do desenvolvimento da pesquisa
O trabalho foi estruturado em três etapas principais:
A) Etapa 1 – Pesquisa Bibliográfica
• Levantamento bibliográfico relativo à atmosfera e à poluição do ar, à emissão
de gases por veículos automotores, assim como à sua dispersão,
consequências e efeitos sobre a saúde.
• Levantamento bibliográfico relativo às experiências nacionais e internacionais
para reduzir essas emissões de gases e poluição.
• Levantamento bibliográfico relativo a inventários de fontes de emissões,
modelos matemáticos e programas que auxiliam a elaboração de inventários
de emissões.
B) Etapa 2 – Métodos adotados na coleta de dados
• Pesquisas de métodos de seleção e coleta de dados, relativos ao problema, de
forma adequada para que se proceda a uma análise qualitativa e quantitativa.
Esta pesquisa tem um caráter nacional, visto que os veículos no Brasil utilizam
um combustível totalmente diferenciado de outros países, conforme restará
esclarecido no decorrer do trabalho.
• Coletar dados como perfil de velocidade, trajeto do veículo e detalhes
topográficos, por meio do Sistema de Posicionamento Global – GPS;
• Coletar, por meio de um analisador de gases, os gases emitidos e analisar esses
dados em comparação com os dados obtidos a partir da aplicação dos modelos
levantados a partir da bibliografia;
• Mensurar, por meio do computador de bordo do próprio veículo, o consumo
instantâneo, a partir do que se pode mensurar qual a emissão de CO e HC pelo
veículo nas condições simuladas, em situações mais reais. Os dados obtidos
11
serão comparados, ao final do trabalho, com os dados estatísticos de órgãos
governamentais que fundamentam as políticas públicas a respeito.
C) Etapa 3 – Apresentação dos resultados e dos parâmetros mais adequados a
serem aplicados em modelos de estimativa de emissões para o estudo de caso.
• Os dados obtidos fornecem parâmetros que permitem, entre outras coisas,
avaliar a situação ambiental da região sob alguns aspectos importantes. Em
particular, essa metodologia (modelo e métodos de campo) poderá ser utilizada
para verificar a formação de ilhas de calor urbano ou prever o nível de poluentes
em determinadas regiões. Esses parâmetros, portanto, são particularmente úteis
para subsidiar decisões de planejamento urbano e de saúde ambiental
garantindo qualidade na prestação desses serviços.
O presente trabalho está estruturado em cinco capítulos. O
primeiro apresenta uma introdução, com uma discussão básica dos elementos
justificadores da pesquisa.
O Capítulo 2 traz uma revisão da literatura existente sobre
poluição atmosférica, geração e dispersão de poluentes em escala urbana e seus
efeitos na saúde humana, inventários de fontes de emissão de gases poluentes. Há,
ainda, um histórico do estudo da emissão de gases em vários países e da forma
como internacionalmente o problema é tratado. Apresenta também alguns modelos
de emissão existentes.
No Capítulo 3, estão descritas todas as informações a respeito
dos dados coletados durante a pesquisa: a forma de coleta desses dados, os
equipamentos e programas usados, a forma de tratamento e de filtragem desses
dados.
O Capítulo 4 traz os resultados obtidos a partir da aplicação da
metodologia desenvolvida no capítulo anterior aos ensaios realizados com o veículo,
com o motor frio e com o motor quente. Esses resultados estão divididos em tabelas
de médias globais obtidas em todos os ensaios. Também são apresentados
detalhadamente os dados obtidos em um ensaio prototípico.
O último capítulo apresenta as conclusões a que se chegou a
partir da análise dos dados obtidos e sugestões para que esses dados alimentem a
produção de novas pesquisas.
12
Ao final do trabalho, está apresentada, sob a forma de anexo, a
análise realizada com o combustível utilizado no veículo durante os ensaios.
Encontra-se também um apêndice com os dados obtidos no ensaio do dia 316 pela
manhã, com o motor frio e com o motor quente (ensaio tomado como prototípico
para o desenvolvimento da chamada Etapa 2 dos Resultados).
13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓR
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓR2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓR
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
ICAICA
ICA
Este capítulo traz um resumo da literatura existente sobre a
poluição atmosférica produzida por veículos automotores, os efeitos gerais da
poluição do ar nas cidades e as políticas e estratégias que são usadas para medição
e controle das emissões veiculares, abrangendo um histórico das ações tomadas em
vários países.
2.1 Introdução
2.1 Introdução2.1 Introdução
2.1 Introdução
O aumento significativo de pessoas vivendo em áreas urbanas
gera maior demanda de transporte e quantidade de bens sendo transportados
nestas áreas, percorrendo distâncias variadas. A consequência dessa urbanização é
o constante aumento da frota de veículos automotores em uso nas cidades. Como
em geral, em nosso país, não há priorização ao transporte público coletivo, este
aumento de frota é ainda maior devido ao crescimento, ainda mais acentuado, dos
meios de transporte individuais.
Segundo a Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados –
Seade (2007), a frota de veículos no estado de São Paulo cresceu quatro vezes
mais do que a população entre os anos 2002 e 2006. Desde 2002, o estado teve um
aumento de 26% no número de veículos. No ano de 2006, a cidade de Ribeirão
Preto registrou 1,96 habitantes por veículos e São Carlos 2,27 habitantes por
veículo.
Como a emissão de gases poluentes dos veículos automotores
degrada a qualidade do ar e é, portanto, prejudicial ao bem estar e à saúde da
população, é evidente que esse aumento da frota é fundamental dentro do contexto
ambiental. Em termos gerais, pode-se afirmar que, nos grandes centros
populacionais do país, os veículos automotores, fonte bastante significativa de
emissão de contaminantes do ar, contribuem muito para a baixa qualidade de vida
das pessoas.
Segundo dados da European Environment Agency – EEA
(2002),
a maior parte dos derivados de petróleo consumidos no mundo destina-se ao
14
setor de transportes. Embora existam fontes alternativas, com tecnologias
desenvolvidas para obtenção e utilização de energia em transportes, os fatores
econômicos prevalecem, uma vez que, se não se levar em conta o custo ambiental,
a energia gerada através da combustão de derivados de petróleo é, na maioria das
vezes, mais econômica, enquanto matriz energética, visto que os custos para
produção e transporte de outras fontes de energia são mais altos.
As fontes de energia baseadas no carbono sofrem combustão
para geração de energia. Essa conversão de energia pode gerar calor e movimento
para os veículos. O resíduo dessa combustão volta para a atmosfera, gerando,
quando em demasia, os problemas ambientais. A figura 2.1.1 ilustra esse processo:
Figura 2.1.1 – Esquema simplificado da utilização da energia dos combustíveis fósseis nos transportes
Entre os consumidores de petróleo, os segmentos mais
importantes são o de transportes e o das indústrias. A estrutura de usos dos
derivados do petróleo passou por significativas variações. A figura 2.1.2 a seguir
mostra que o setor de transportes só perde para a indústria em gastos energéticos
por ano. É possível notar também como vem aumentando o consumo de energia
com o passar dos anos, mesmo com o desenvolvimento tecnológico e equipamentos
cada vez mais eficientes e econômicos. Muitos desses gastos poderiam ser
reduzidos com políticas públicas e conscientização do uso racional da energia.
ATMOSFERA
FONTE DE
CARBONO
COMBUSTÃO
GERAÇÃO DE
ENERGIA
CONVERSÃO
DA ENERGIA
MOTORES DOS
VEÍCULOS
RESÍDUO DA
COMBUSTÃO
15
Figura 2.1.2 – Consumo de energia por setores finais em São Paulo (trilhões de Kcal/ano)
Fonte – Cetesb (2008)
A variedade de substâncias que podem estar presentes na
atmosfera, em uma determinada região, é muito grande. Quando se determina a
concentração de um poluente na atmosfera, mede-se o grau de exposição dos
receptores (seres humanos, outros animais, plantas, materiais) como resultado final
do processo de lançamento deste poluente na atmosfera, a partir de suas fontes de
emissão e suas interações na atmosfera, do ponto de vista físico (diluição) e químico
(reações químicas).
O sistema pode ser visualizado da seguinte forma:
Figura 2.1.3 – A influência dos poluentes nos receptores
É importante frisar que, mesmo mantidas as emissões
constantes, a qualidade do ar pode mudar em função das condições meteorológicas
que determinam uma maior ou menor diluição dos poluentes. É por isso que a
qualidade do ar piora durante os meses de inverno, quando as condições
meteorológicas são mais desfavoráveis à dispersão dos poluentes. Já em relação à
formação do ozônio, este poluente apresenta maiores concentrações na primavera e
no verão, devido à maior intensidade da luz solar. A interação entre as fontes de
Fontes de emissão
(Poluentes)
Atmosfera
(Diluição/Reações químicas)
Receptores
16
poluição e a atmosfera vai definir o nível de qualidade do ar, que determina, por sua
vez, o surgimento de efeitos adversos da poluição do ar sobre os receptores.
No processo de determinação da qualidade do ar,
sistematicamente limita-se o número de poluentes em estudo, em função de sua
importância e dos recursos materiais e humanos disponíveis. Os mais importantes
grupos de poluentes que servem como indicadores de qualidade do ar são: dióxido
de enxofre (SO
2
), material particulado (MP), monóxido de carbono (CO), ozônio (O
3
)
e dióxido de nitrogênio (NO
2
). A razão da escolha desses parâmetros como
indicadores de qualidade do ar estão ligados às suas maiores frequências de
ocorrência e aos efeitos adversos que causam ao meio ambiente (SÃO PAULO
(Estado), 2006).
Um padrão de qualidade do ar (PQAR) define legalmente o
limite máximo para a concentração de um componente atmosférico que garanta a
proteção da saúde e do bem estar das pessoas. Os padrões de qualidade do ar são
baseados em estudos científicos dos efeitos produzidos por poluentes específicos e
são fixados em níveis que possam propiciar uma margem de segurança adequada.
Através da Portaria Normativa nº 348, de 14.03.90, o Instituto
Brasileiro do Meio Ambiente e de Recursos Naturais Renováveis – Ibama,
estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar e os respectivos métodos de
referência, ampliando o número de parâmetros anteriormente regulamentados por
meio da Portaria GM 0231, de 27.04.76. Os padrões estabelecidos através dessa
portaria foram submetidos ao Conselho Nacional do Meio Ambiente – Conama, em
28.06.90 e transformados na Resolução Conama nº 03/90.
São estabelecidos dois tipos de padrões de qualidade do ar: os
primários e os secundários.
São padrões primários de qualidade do ar as concentrações de
poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Podem ser
entendidos como níveis máximos toleráveis de concentração de poluentes
atmosféricos, constituindo-se em metas de curto e médio prazo.
São padrões secundários de qualidade do ar as concentrações
de poluentes atmosféricos abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre
o bem estar da população, assim como o mínimo dano à fauna e à flora, aos
materiais e ao meio ambiente em geral. Podem ser entendidos como níveis
desejados de concentração de poluentes, constituindo-se em meta de longo prazo.
17
O objetivo do estabelecimento de padrões secundários é criar
uma base para uma política de prevenção da degradação da qualidade do ar.
Devem ser aplicados às áreas de preservação (por exemplo: parques nacionais,
áreas de proteção ambiental, estâncias turísticas etc.). Não se aplicam, pelo menos
em curto prazo, a áreas de desenvolvimento, onde devem ser aplicados os padrões
primários. Como prevê a própria Resolução Conama nº 03/90, a aplicação
diferenciada de padrões primários e secundários requer que o território nacional seja
dividido em classes I, II e III, conforme o uso pretendido. A mesma resolução prevê
ainda que, enquanto não for estabelecida a classificação das áreas, os padrões
aplicáveis serão os primários.
Os parâmetros regulamentados são os seguintes: partículas
totais em suspensão, fumaça, partículas inaláveis, dióxido de enxofre, monóxido de
carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio. Os padrões nacionais de qualidade do ar
estão fixados na Resolução Conama nº 03 de 28.06.90, apresentados na tabela
2.1.1 a seguir.
Tabela 2.1.1 – Padrões nacionais de qualidade do ar
Poluente
Tempo de
Amostragem
Padrão
Primário
(µg/m
3
)
Padrão
Secundário
(µg/m
3
)
Método de Medição
Partículas totais
em Suspensão
24 horas
1
MGA
2
240
80
150
60
Amostrador de
grandes volumes
Partículas
inaláveis
24 horas
1
MAA
3
150
50
150
50
Separação
inercial/filtração
Fumaça
24 horas
1
MAA
3
150
60
100
40
Refletância
Dióxido de enxofre
24 horas
1
MAA
3
365
80
100
40
Pararosanilina
Dióxido de
nitrogênio
1 hora
1
MAA
3
320
100
190
100
Quimiluminescência
Monóxido de
carbono
1 hora
1
8 hora
1
40.000
35ppm
10.000
9ppm
40.000
35ppm
10.000
9ppm
Infravermelho não
dispersivo
Ozônio 1 hora
1
160 160 Quimiluminescência
1 – Não deve ser excedido mais que uma vez no ano
2 – Média geométrica anual
3 – Média aritmética anual
Fonte – Conama (1990a)
18
2.2
2.2 2.2
2.2 Atmosfera
AtmosferaAtmosfera
Atmosfera
e poluição do ar
e poluição do are poluição do ar
e poluição do ar
A atmosfera da Terra é formada por componentes sólidos,
líquidos e gasosos. Segundo Seinfeld e Pandis (2006), a parte gasosa é composta
basicamente por 21% de oxigênio em volume seco de ar, aproximadamente 78% de
nitrogênio e o restante por uma grande variedade de outros gases. Esses gases,
embora apresentem concentrações pequenas, às vezes menos que algumas partes
por bilhões em volume (ppb), têm um papel muito importante na manutenção da vida
e no estabelecimento do clima do planeta. As partes sólidas e líquidas, chamadas de
material particulado (MP), possuem dimensões reduzidas, variando de fração de
milímetros a alguns nanômetros. Essas partículas são fundamentais para os
processos atmosféricos, como a formação das chuvas, tornando a atmosfera
bastante ativa quimicamente.
A figura 2.2.1 mostra como a atmosfera da Terra é estruturada
em camadas:
Figura 2.2.1 – Camadas da atmosfera
Fonte – Seinfeld e Pandis (2006)
19
As camadas da atmosfera mais importantes do ponto de vista
da poluição e do clima são a Troposfera e Estratosfera.
A Troposfera (tropo significa movimento) é a camada que vai
do solo até cerca de 10 a 15 km de altitude, dependendo da latitude e da época do
ano. Essa camada possui uma característica turbulenta nos períodos de incidência
de luz solar. Isso ocorre porque a atmosfera é basicamente transparente à luz solar
e quando esta atinge o solo, uma parte da radiação se transforma em calor,
aquecendo o solo. O solo quente acaba aquecendo essa camada mais próxima ao
solo por contato. Motivadas pelo empuxo, as massas mais aquecidas em relação às
mais frias, normalmente localizadas em maiores altitudes, tendem a subir, fazendo
uma mistura dos compostos químicos no sentido vertical. Essa mistura pode ocorrer
de maneira rápida e intensa, em questão de minutos ou horas.
A Estratosfera (estrato significa estratificado, por camadas) se
inicia logo acima da troposfera e vai de 45 a 55 km de altitude. Nesta camada,
alguns gases, como o Ozônio, mesmo em pequena quantidade, absorvem
diretamente uma parte significativa da radiação solar contida na faixa do Ultravioleta
(radiação capaz de destruir compostos orgânicos necessários à vida), aquecendo-se
de forma crescente com a altitude, tornando-se bastante estável. Não havendo
grandes turbulências, a mistura de gases e o transporte vertical de substâncias são
lentos, quando comparados com essas ocorrências na Troposfera, podendo demorar
meses ou anos. (CAMADA..., 2008).
A camada da atmosfera mais crítica no estudo da poluição do
ar é a Camada Limite Planetária (CLP). Esta faixa tem aproximadamente 1.000
metros a partir da superfície do solo, onde a topografia, o perfil de temperatura e a
distribuição de pressão têm efeito direto na estrutura e velocidade dos ventos e no
nível de turbulência nos gases, determinando o grau de manutenção ou dispersão
de um contaminante lançado na atmosfera. Nessa camada, ocorre turbulência tanto
de origem mecânica como térmica (convecção). A CLP é dividida em diferentes
camadas e apresenta diferentes regimes de turbulência:
- subcamada inercial: onde predomina difusão molecular, com
espessura da ordem de 1 milímetro;
- camada limite superficial (CLS): onde predominam as forças
inerciais sobre as viscosas, com espessura da ordem de dezenas de metros, onde
20
existem gradientes verticais intensos das variáveis atmosféricas: temperatura,
umidade e momento;
- camada de mistura (CM): camada que se estende desde o
topo da CLS até o topo da CLP (zona de transição), onde os gradientes verticais são
muito pequenos devido ao efeito mais intenso da convecção térmica diurna (período
de sol e aquecimento da superfície abaixo);
- camada de transição ou zona de estranhamento: camada no
topo da CLP, na qual ocorre a transição entre as condições médias das variáveis na
CLP e CM e as condições laminares na atmosfera livre, onde não ocorre turbulência
fora das regiões instáveis (de cisalhamento do vento) e das térmicas que formam as
células de movimento vertical das nuvens. Na zona de transição ocorre
estranhamento, isto é, ar seco e frio (potencialmente quente) penetra na CLP vindo
da atmosfera livre, enquanto ar quente e úmido se choca contra a inversão térmica
da camada de transição, gerando ondas de gravidade nessa camada estável, em
geral associadas à presença de nuvens de bom tempo. Nuvens de bom tempo, em
geral, são visíveis na camada de transição durante o período de maior convecção do
dia, em geral à tarde, quando a superfície da terra está bastante aquecida e a CLP
encontra-se sobre um regime de instabilidade termodinâmica (muito turbulenta
devido à convecção térmica).
À noite, a CLP é caracterizada pela Camada Limite Estável
(CLE), na qual a intensidade da turbulência é bem menor que a intensidade
registrada durante o dia na Camada Limite Convectiva (CLC). A escala de altura da
CLE também é inferior à da CLC, sendo da ordem de dezenas de metros. Em geral,
a altura do topo da CLE está associada à intensidade do cisalhamento do vento na
vertical durante a noite ao grau da inversão térmica de superfície. Durante a noite, a
superfície se resfria devido à perda de calor por irradiação infravermelha (radiação
de onda longa), e isso leva à formação da inversão de superfície nas noites de céu
claro e de baixa umidade do ar. Sobre os oceanos, florestas e cidades o
comportamento da CLP difere do descrito acima, que é estritamente válido para CLP
sobre superfícies continentais de solo exposto e plano (CAMADA..., 2008).
.
O monóxido de carbono (CO), principal poluente abordado
neste trabalho, tem tempo de residência na Troposfera de 30 a 90 dias. Sua
remoção ocorre principalmente por reação com a Hidroxila (OH), gerando dióxido de
carbono (CO
2
) e hidrogênio (H). Uma pequena parte se transfere para o solo e para
21
Estratosfera. Nota-se que o resultado final da reação (em torno de 14 semanas) é a
produção de CO
2
. O CO
2
tem tempo de permanência muito maior na atmosfera, em
média centenas de anos. Nesse período, ele altera o reflexo de infravermelho pelo
planeta, e, portanto, acaba alterando a temperatura. Há gases poluentes, como o
metano (CH
4
), que têm tempo de vida de dezenas de anos. Outros, como o NO
x
,
SO
2
e o O
3
, têm tempo de vida de alguns dias ou horas, com alcance regional, de
dezenas de quilômetros. Já os radicais OH e o NO
3
têm tempo de vida de segundos
a minutos e pequeno raio de ação.
Assim, cada tipo de gás tem um tipo de influência distinta nos
receptores, conforme o tempo de dispersão na atmosfera. O CO é mais tóxico para a
saúde que o CO
2
e, aquele só vai começar a ser convertido em CO
2
aproximadamente em 14 dias. Isso significa que o ser humano estará em contato
mais intenso com o CO durante as primeiras duas semanas após sua emissão, o
que se pode prolongar por até 90 dias. Esse contato é menor com os outros gases
poluentes prejudiciais, que se dispersam mais rapidamente na atmosfera e chegam
a ter pouca influência em receptores há pouca distância do local onde foram
emitidos, como acontece com o NO
3
.
A figura 2.2.2 apresenta os gases nocivos, sua localização na
atmosfera e o tempo de dispersão.
Figura 2.2.2 – Escala temporal e espacial de alguns constituintes da atmosfera
Fonte – Seinfeld e Pandis (2006)
22
Segundo a Companhia de Tecnologia de Saneamento
Ambiental – Cetesb (2008), de acordo com a sua origem, os poluentes podem ser
classificados em:
• Poluentes primários: aqueles emitidos diretamente pelas fontes de emissão,
como o CO;
• Poluentes secundários: aqueles formados na atmosfera através da reação
química entre poluentes primários e/ou constituintes naturais na atmosfera,
como o CO transformado em CO
2
após 14 dias.
Os gases são introduzidos ou produzidos na atmosfera por
diversas fontes, como as naturais, por meio de atividades biológicas, declínios
radioativos, incêndios, e as humanas, por meio de atividades industriais. Os
problemas ambientais surgem quando a natureza não consegue reciclar em tempo
hábil esses gases, alterando a condição de equilíbrio da atmosfera. A remoção
desses gases na troposfera ocorre por processos biológicos, transferência para
Estratosfera ou agregação e decantação de partículas, reações químicas diversas,
absorções e processos físicos como dissolução em água, chuvas e ventos. A tabela
2.2.1 ilustra as escalas de grandezas.
Tabela 2.2.1 – Escala espacial do fenômeno da química da atmosfera
Table 1.1 Spatial Scales of Atmospheric Chemical Phenomena
Phenomenon Length scale, Km
Urban air pollution 1 – 100
Regional air pollution 10 – 1000
Acid rain/deposition 100 – 2000
Toxic air pollutants 0.1 – 100
Stratospheric ozone depletion 1000 – 40,000
Greenhouse gas increases 1000 – 40,000
Aerosol – climate interactions 100 – 40,000
Tropospheric transport and oxidation processes 1 – 40,000
Stratospheric-tropospheric exchange 0.1 – 100
Stratospheric transport and oxidation processes 1 – 40,000
Fonte – Seinfeld e Pandis (2006)
23
Fontes indiretas, como a oxidação CH
4
através do radical OH,
representam uma parcela significativa na produção de CO, porém as emissões
diretas, como a queima da biomassa, as combustões e os processos tecnológicos e
industriais, representam a maior parcela dessas emissões. Segundo Seinfeld e
Pandis (2006), 2/3 das emissões de CO se originam em atividades humanas.
Nesse contexto, os veículos automotores representam a
principal fonte de emissão de CO, HCs e NO
2
no ar das áreas urbanas, chegando a
90% do total, segundo estimativa da Environmental Protection Agency – EPA, dos
EUA. A frota de veículos vem aumentando ano a ano, contando hoje com quase 750
milhões de veículos terrestres em atividade e os impactos estão cada vez mais
presentes.
Essas formas de poluição quase sempre estão relacionadas
entre si, como vários trabalhos têm demonstrado (MENDONÇA, 1994). Atualmente,
reconhece-se que existe uma grande correlação entre o nível de CO e CO
2
na
atmosfera, emitidos pelos veículos automotores e o aumento da temperatura nos
locais com grande densidade de tráfego. Um aspecto que deve ser levado em conta
nestes locais é o regime de deslocamento dos veículos. Nos instantes iniciais, após
o momento de o veículo sair do repouso ou mesmo em outras condições de maior
solicitação do motor do veiculo, a emissão desses gases pode sofrer grande
alteração.
A intensa interferência do homem com a natureza,
particularmente nas regiões mais densamente urbanizadas, faz que ocorram
grandes mudanças no microclima dessas regiões. Surgem áreas de intensa
poluição, das mais diversas naturezas, como por exemplo, ilhas de calor, ilhas de
poluição química ou biológica, poluição sonora e outras.
Alguns trabalhos mostram que levantamentos de dados
meteorológicos em vários locais de uma região, utilizando-se equipamentos
adequados para registro da temperatura e umidade relativa do ar, além de
observações sensíveis para outros elementos como direção e intensidade do vento,
nebulosidade, visibilidade e tráfego, podem sem usados para verificar se existe a
formação de ilhas de calor.
24
Segundo Freitas (2003, p.2-6),
Quando o homem libera compostos químicos na atmosfera, quer
sejam eles idênticos àqueles já produzidos pela natureza, quer sejam
compostos exóticos, como, por exemplo, algumas substâncias
radiativas e os CFCs (clorofluorcarbonados), o equilíbrio
físico/químico da atmosfera pode ser alterado e propriedades
indesejáveis manifestam-se tais como aquecimento excessivo,
efeitos corrosivos, chuvas ácidas, efeitos diretos sobre a saúde de
animais, plantas e outros. Este desequilíbrio essencialmente é que
chamamos de poluição.
Os gases emitidos pelos veículos são despejados diretamente
na atmosfera, que acaba funcionando como um “lixão” de resíduos gasosos. Os
gases emitidos pelos veículos têm dupla ação negativa aos seres humanos: uma
ação direta quando são emitidos próximos às pessoas e uma ação indireta quando,
na atmosfera, se transformam em CO
2
. Este trabalho, ao estudar a emissão dos
gases poluentes de forma mais direta e, portanto, mais realista, pode ajudar a
fundamentar a verdadeira influência desses gases na saúde das pessoas.
2.3 Emissões de gases por veículos automotores
2.3 Emissões de gases por veículos automotores2.3 Emissões de gases por veículos automotores
2.3 Emissões de gases por veículos automotores
Veículos emitem uma grande quantidade de poluentes, talvez,
em uma estimativa grosseira, quase a metade da poluição que se encontra no ar.
Segundo Alvim et al. (2008) foram obtidos os seguintes dados:
Figura 2.3.1 – Emissões de carbono por setor em 2006
Fonte – Alvim et al. (2008)
25
A figura 2.3.1 mostra a participação das emissões de carbono
no uso da energia por setor com destaque para o setor transportes, responsável por
42% do total.
Alguns dos principais produtos da combustão em veículos
automotores são o dióxido de carbono (CO
2
), água (H
2
O), monóxido de carbono
(CO), hidrocarbonetos não ou parcialmente oxidados (HCs), aldeídos (R-CHO),
óxidos de nitrogênio (NO
x
), óxidos de enxofre (SO
x
) e material particulado (MP). O
ozônio troposférico (O
3
), outro importante poluente, tem a sua formação associada à
presença de HC e NO
x
(MENDES, 2004).
O tipo e a composição do combustível usado nos automóveis
influenciam, de modo significativo, nas diferentes formas de contaminação às quais
o meio ambiente está sujeito. Os automóveis movidos a álcool, por exemplo,
produzem altas emissões de aldeídos (principalmente formaldeído e acetaldeído) em
relação àqueles movidos à gasolina. Os veículos movidos por misturas 20% etanol-
gasolina (v/v) emitem mais aldeídos totais e óxidos de nitrogênio do que a gasolina.
São também elevadas as emissões de álcool não-carburado, principalmente com a
ignição a frio. As emissões originadas pelo uso de veículos automotores, segundo
Mendes (2004), podem ser divididas nas seguintes categorias:
• Emissões de gases e partículas pelo escapamento do veículo
(subprodutos da combustão lançados à atmosfera pelo tubo de
escapamento);
• Emissões evaporativas de combustível (lançadas na atmosfera através
de evaporação de hidrocarbonetos do combustível);
• Emissões de gases do cárter do motor (subprodutos da combustão que
passam pelos anéis de segmento do motor e por vapores do óleo
lubrificante);
• Emissões de partículas provenientes do desgaste de pneus, freios e
embreagem;
• Re-suspensão de partículas de poeira do solo;
• Emissões evaporativas de combustível nas operações de transferência
de combustível (associadas ao armazenamento e abastecimento de
combustível).
26
As emissões de gases poluentes também variam de acordo
com a maneira com que o veículo é conduzido (acelerações fortes, momento de
mudança de marcha, marcha lenta, velocidades médias, pouca ou muita carga, etc.),
a tecnologia empregada (principalmente no sistema de alimentação e combustão), o
tipo de combustível empregado, presença de dispositivos de controle de emissão
como os conversores catalíticos.
Situações das vias de tráfego como valetas, obstáculos,
localizações de semáforos, paradas de ônibus, geometria das vias, qualidade da
pista de rolamento também interferem muito nos padrões de emissão de poluentes.
A figura 2.3.2 a mostra a origem de vários poluentes de acordo
com sua fonte poluidora. Os veículos leves se mostram os maiores responsáveis
pela emissão de CO e HC.
Figura 2.3.2 – Emissões relativas de poluentes por tipo de fontes – 2005
Fonte – Cetesb (2008)
A tabela 2.3.1 apresenta dados relativos à emissão de
poluentes e suas fontes.
27
Tabela 2.3.1 – Contribuição relativa das fontes de poluição do ar na RMSP em 2005
Fontes de emissão
Emissão (1000T/ANO)
CO
HC
NO
x
SO
x
MP
Móveis
Tubo de
escapamento de
veículos
Gasolina c
667,1
83,2
41,0
6,2
5,0
Álcool+flex
186,4
20,1
11,0
--
--
Diesel
363,7
57,3
260,6
5,6
13,9
Táxi
1,8
1,0
2,1
--
--
Motocicleta e
similares
245,4
32,6
1,8
0,4
0,8
Carter e evaporativa
Gasolina c
--
124,6
--
--
--
Álcool
--
14,2
--
--
--
Motocicleta e
similares
--
20,9
--
--
--
Pneus
Todos os tipos
--
--
--
--
8,5
Operação de
transferência de
combustível
Gasolina C
--
13,5
--
--
--
Álcool
--
1,0
--
--
--
Fixas
Operação de processos industriais (n
o
de indústrias inventariadas)
38,6
(750)
12,05
(800)
14,0
(740)
17,1
(245)
31,6
(308)
Total
1503,0
380,4
330,5
29,3
59,7
Fonte – Cetesb (2008)
A tabela 2.3.2 mostra o fator de emissão médio adotado pela
Cetesb e suas fontes geradoras.
Tabela 2.3.2 – Fatores médios de emissão dos veículos em uso na RMSP em 2005
Fonte de emissão
Tipo de veículo
Fator de emissão (g/km)
Tubo de escapamento
CO
HC
NO
X
SO
X
MP
Gasolina C
10,70
1,11
0,66
0,10
0,08
Álcool
19,70
2,12
1,16
--
--
Flex (álcool)
0,44
0,15
0,11
--
--
Diesel
15,00
2,36
10,74
0,21
0,57
Táxi
0,80
0,44
0,90
--
--
Motocicleta e
similares
16,40
2,18
0,12
0,03
0,05
Emissão do carter e
evaporativa
Gasolina C
--
2,00
--
--
--
Álcool
--
1,50
--
--
--
Motocicleta e
similares
--
1,40
--
--
--
Pneus
Todos os tipos
--
--
--
--
0,07
Fonte – Cetesb (2008)
28
A tabela 2.3.3 mostra a contribuição relativa de poluentes de
acordo com sua fonte emissora.
Tabela 2.3.3 – Contribuição relativa das fontes de poluição do ar na RMSP em 2005
Fonte de emissão
Poluentes (%)
Tubo de escapamento do
veículo
CO
HC
NO
X
SO
X
MP
Gasolina C
44,38
21,87
12,41
21,28
10,16
Álcool
12,40
5,28
3,33
--
--
Diesel
24,20
15,06
78,85
18,95
28,31
Táxi
0,12
0,26
0,64
--
--
Motocicleta e
similares
16,33
8,57
0,54
1,37
1,53
Carter e evaporativa
Gasolina C
--
32,75
--
--
--
Álcool
--
3,73
--
--
--
Motocicleta e
similares
--
5,49
--
--
--
Operações de transferência
de combustível
Gasolina C
--
3,55
--
--
--
Álcool
--
0,26
--
--
--
Operação de processo
industrial (1990)
2,57
3,15
4,24
58,40
10,00
Ressuspensão de partículas
--
--
--
--
25,00
Aerossóis secundários
--
--
--
--
25,00
Totais
100
100
100
100
100
Fonte – Cetesb (2008)
O ar e a matéria orgânica são insumos básicos para a reação
de combustão. Entende-se como matéria orgânica as substâncias com alto teor do
elemento químico carbono. As reações de combustão são exotérmicas (liberam
energia), consomem oxigênio e produzem basicamente dióxido de carbono e água.
O processo de combustão completa é aquele em que todo
combustível encontra a quantidade estequiométrica de ar necessária para sua
queima: A equação 2.3.1 ilustra o processo de combustão completa.
Equação 2.3.1 – Processo de combustão completa
44 344 21
CompletaCombustão
mn
NOHCONOHC
.
22222
+
+
→
+
+
29
Na combustão incompleta, ocorre uma queima imperfeita com
geração de poluentes (DETRAN-RJ; FEEMA, 2001). A equação 2.3.2 ilustra o
processo de combustão incompleta, gerando poluentes.
Equação 2.3.2 – Processo de combustão incompleta
4444 34444 21
IncompletaCombustão
xmnmn
CNOHCCONOHCONOHC
.
22222
++++++→++
Os principais poluentes lançados na atmosfera pelos veículos
automotores são provenientes do processo de combustão incompleta, sendo
geralmente quantificadas as emissões de CO, hidrocarbonetos (HC ou C
n
H
m
), óxidos
de enxofre (SO
x
), óxidos de nitrogênio (NO
x
) e material particulado (MP) (FEEMA,
2004).
Cada um desses poluentes é emitido em maior ou menor
quantidade em função do combustível utilizado, do tipo de motor, da sua regulagem,
da manutenção e do modo de dirigir. Os veículos podem poluir mesmo sem estar em
funcionamento, pois com o motor desligado ocorre evaporação de combustível pelo
suspiro do tanque e no sistema de carburação do motor, sendo grande parte desses
vapores lançada na atmosfera. Nos veículos novos, essas emissões foram bastante
controladas com a adição de certas tecnologias (catalisadores, injeção eletrônica de
combustível etc). Apesar de, individualmente, esse tipo de emissão ser
aparentemente insignificante, ao se analisar o número de veículos existentes nas
grandes cidades, verifica-se a geração de toneladas de poluentes por dia (FAIZ et
al., 1996).
Assim, a emissão de CO é produto da oxidação parcial do
carbono em função da qualidade da mistura, da temperatura do motor e da
quantidade de O
2
disponível no momento da queima.
Cada um dos tipos de combustível utilizados comumente nos
veículos automotores brasileiros será estudado detalhadamente a seguir.
30
2.3.1 Gasolina
A gasolina é um derivado de petróleo formado por uma mistura
complexa de hidrocarbonetos e alguns contaminantes como o enxofre, o nitrogênio e
certos metais, que é utilizada em máquinas de combustão interna por centelha. A
composição e as características da gasolina dependem basicamente da natureza do
petróleo (de origem), dos processos de refino pelos quais passou e das
especificações de qualidade.
As quatro principais famílias de compostos orgânicos que
constituem a gasolina são as olefinas, os aromáticos, os alcanos e os cicloalcanos
(DE SOUZA, 2004; FARAH, 2004; MACLEAN, LAVE, 2003).
No Brasil, a gasolina não é o derivado de maior produção, mas
ainda é o combustível mais importante no mercado consumidor, sendo o mais
representativo.
Segundo Silva e Ferraz (1994), Maclean e Lave. (2003) e Sher
(1998), as principais características que definem a qualidade de uma gasolina
automotiva são a volatilidade e a capacidade antidetonante, medidas, basicamente,
pelos ensaios de destilação, pressão de vapor e os parâmetros de octanagem. A
seguir as principais características que são avaliadas na gasolina e a sua correlação
com as emissões:
• Destilação – os pontos de destilação usualmente controlados na produção da
gasolina são 10%, 50% e 90% evaporados e o ponto final de destilação. O ponto
10% influencia, principalmente, na facilidade da partida do motor e deve ser
equilibrado com a ocorrência de tamponamento por vapor ocasionado pela
presença de hidrocarbonetos leves (alta pressão de vapor). O ponto 50%
influencia no tempo necessário para que o motor atinja as condições normais de
aceleração. O ponto 90% e o final de destilação influenciam na formação de
depósitos na câmara de combustão e nas velas, devido à combustão incompleta.
• Pressão de Vapor Reid – a pressão de vapor da gasolina influencia na tendência
ao tamponamento por vapor, que se caracteriza pela interrupção do fluxo de
combustível líquido para o injetor, em face da vaporização de grande quantidade
da gasolina. Uma pressão de vapor alta contribui para elevação das emissões
evaporativas, através de respiros e vazamentos, nos postos de serviço durante o
abastecimento de veículos e nos tanques de armazenamento. As emissões
31
evaporativas se caracterizam pela liberação de hidrocarbonetos que, em
presença de NO
x
e luz solar, participam da formação de ozônio.
• Capacidade antidetonante – é uma medida da resistência à tendência detonação.
É função do projeto e da operação do motor, além das condições atmosféricas. A
composição da gasolina influencia diretamente a sua resistência à detonação.
O controle das emissões de escapamento dos veículos
movidos à gasolina é uma tarefa complexa e que está relacionada a uma série de
itens como:
1 – características da formulação da gasolina;
2 – razão ar combustível (é usualmente menor do que a estequiométrica);
3 – tempos de ignição e razões de compressão;
4 – velocidade, condições, depósitos e carga do motor;
5 – temperatura do radiador;
6 – configuração da câmara de combustão.
A combustão ideal de uma mistura estequiométrica que usa
isooctano como representativo do combustível gera as seguintes emissões: (SANTOS,
2008, Informação pessoal)
2
Equação 2.3.1.1 – Mistura estequiométrica queima completa
444 3444 21444 3444 21
321
2222218
.
8
479876,35,125,15 NOHCONOHC ++→⋅++
Massa de combustível (C
8
H
18
): 8*(12) + 18*(1) = 114 kg de combustível
Massa de ar (12,5*0
2
+ 12,5*3,76*N
2
): 12,5*(2*16)+12,5*3,76*(2*14) = 1716 kg de ar
Massa de CO
2
produzida: 8* (C+2*O) = 8*(12+2*16) = 352 kg
Massa de H
2
O produzida: 9* (2*H + O) = 9*(2*1+16) =162 kg
Massa de N
2
produzida: 47*(2*N) = 47*(2*14) = 1316 kg
Massa de gases produzida: 352kg (CO) + 162kg (H
2
O) + 1316kg (N
2
) = 1830kg gases
2
Informação pessoal fornecida pelo Prof.Dr.Antonio Moreira dos Santos, em 2008.
Combustível Ar Emissões da combustão completa
32
A relação volumétrica é igual à relação molar, assim:
1 Mol de combustível + 12,5 Mols de O
2
+ 47 Mols de N
2
produzem em queima
completa 8 Mols de CO
2
+ 9 Mols de H
2
O + 47 Mols de N
2
. Assim 60,5 Mols de
mistura ar combustíveis consumidos, geram-se 64 Mols de gases na queima
completa.
A relação ar combustível fica para essa situação:
Equação 2.3.1.2 – Relação ar combustível
combar
KgKgAC
e
/05,15
114
1716
==
Assim 1kg de C
8
H
18
consome 15,05kg de ar na combustão.
Quando a razão ar combustível real é inferior à razão ar
combustível estequiométrica, a mistura é considerada rica. Quando a razão ar
combustível real é superior à razão ar combustível estequiométrica a mistura é
considerada pobre.
Equação 2.3.1.3 – Mistura rica e mistura pobre
1<=
e
real
AC
AC
λ
, mistura rica e
1>=
e
real
AC
AC
λ
mistura pobre
Tipicamente a emissão de CO
2
e H
2
O do combustível
representado por C
8
H
18
em função do consumo de combustível pode ser descrito:
Massa de CO
2
/ kg de gasolina: 352/114 = 3,09 kg de CO
2
/ kg de gasolina
Massa de CO
2
/ litro de gasolina: 3,09*0,73 = 2,26 kg de CO
2
/ litro de gasolina
Massa de H
2
O / kg de gasolina: 162 / 114 = 1,42 kg de H
2
O / kg de gasolina
Massa de H
2
O / litro de gasolina: 1,42*0,73 = 1,04 kg de H
2
O / litro de gasolina
O poder calorífico do combustível (energia liberada pela
combustão de 1kg de combustível) depende da sua concentração de carbono e
hidrogênio. No hidrogênio, o poder calorífico é 28.700 Kcal/kg, enquanto que no
33
carbono é 8.140 Kcal/kg, por isso, quanto mais rico em hidrogênio for o combustível
maior será o seu poder calorífico. Há dois tipos de poder calorífico:
• Poder calorífico superior: é a quantidade de energia liberdada por 1 kg de
combustível, quando este entra em combustão, em excesso de ar, e os gases
da descarga são resfriados, de modo que o vapor de água neles seja
condensado.
• Poder calorífico inferior: é a quantidade de energia liberada por 1 kg de
combustível, quando este entra em combustão com excesso de ar e os gases
de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da água, evitando assim
que a água contida na combustão seja condensada. Como a temperatura dos
gases de combustão é muito elevada nos motores endotérmicos, a água
contida neles se encontra sempre na fase vapor, portanto, o que deve ser
considerado é o poder calorífico inferior e não o superior.
Equação 2.3.1.4 – Fórmula para determinação do poder calorífico aproximado dos
combustíveis
S
O
HCPCS *9200
8
*141800*33900 +
−+=
e
)*9(*2440 UHPCSPCI
+
−
=
PCS=Poder Calorífico Superior (KJ/Kg)
C=Teor de Carbono
H=Teor de Hidrogênio
S=Teor de Enxofre
O=Teor de Oxigênio
PCI=Poder Calorífico Inferior (KJ/Kg)
U=Teor de umidade
2.3.2 Álcool
O metanol e o etanol são os dois álcoois geralmente
considerados como combustíveis automotivos. O metanol é produzido
principalmente a partir do gás natural, do carvão, de óleos residuais e de biomassa
(SHER, 1998). O etanol ou álcool etílico pode ser produzido pela fermentação do
açúcar extraído a partir de biomassa (como cana-de-açúcar, milho etc) ou pela
hidratação catalítica do etileno. Como combustível, o etanol pode ser utilizado na
forma hidratada ou na forma anidra em combinação com a gasolina. O metanol e o
34
etanol assemelham-se muito no que se refere às propriedades físicas e de
combustão, contudo o etanol é menos tóxico e corrosivo, além de possuir uma
quantidade de energia por unidade de volume maior (FAIZ et al., 1996).
A adição de etanol anidro na gasolina no Brasil decorre de
diversos motivos (políticos, econômicos, sociais e ambientais), dentre os quais, a
eliminação do chumbo tetraetila (antidetonante) da gasolina, um composto tóxico
que leva à formação de depósitos na câmara de combustão e no pote de catalisador
de oxi-redução e emite chumbo inorgânico nos gases de combustão (FARAH, 2004;
SZLO et al., 2003).
Quando comparado com a gasolina, o etanol apresenta maior
valor de octanagem, maior velocidade para inflamar, mais calor de vaporização e
faixa de limites de inflamabilidade mais extensa. Além disso, a maior razão de
compressão (12:1) e o menor tempo de queima indicam vantagens teóricas de
eficiência do álcool sobre a gasolina nas máquinas de combustão interna (ICE). As
desvantagens de utilização do etanol são as menores densidades de energia,
características de corrosão bem mais severas, menor pressão de vapor (partida a
frio mais difícil), miscibilidade com a água e a toxicidade para os ecossistemas. A
utilização do etanol misturado à gasolina (gasool) diminui alguns benefícios
inerentes de utilização etanol, como a baixa volatilidade, a presença de benzeno e
as emissões de CO (FAIZ et al., 1996).
O álcool praticamente não possui enxofre em sua composição,
logo o seu uso não contribui para a emissão de SO
x
. A menor complexidade
molecular do álcool possibilita uma combustão com baixíssima formação de
partículas de carbono o que resulta em uma emissão desprezível de MP (DUBEUX,
[2006?]).
A utilização do álcool reduz as emissões de hidrocarbonetos e
a formação de NO
x
, já que a temperatura de chama é menor. A principal
desvantagem em termos de emissões na utilização do etanol como combustível se
refere às emissões de aldeídos (acetaldeído e formaldeído), que são formados a
partir de reações com parte do combustível não queimado. Contudo, essas
emissões podem ser controladas pela utilização de conversores catalíticos (FAIZ et
al., 1996, ONURSAL; GAUTAN, 1997; SHER, 1998).
As tecnologias de controle das emissões por exaustão para o
álcool hidratado e para o gasool em veículos leves têm melhorado muito ao longo
35
dos anos. As tecnologias correntes incluem injeção de combustível multiponto
(MPFI), ignição eletrônica mapeada e o conversor catalítico de três vias com controle
feedback da razão ar-combustível (ONURSAL; GAUTAN, 1997).
As perspectivas de crescimento do álcool são muitas, pois com
a entrada no mercado dos carros bi-combustíveis ou “flex-fuel” (podem utilizar
gasolina, álcool ou uma mistura em diversas proporções dos dois combustíveis)
esse combustível volta a ter significativa importância no mercado. O estímulo à
produção de veículos com combustível flexível começou em agosto de 2002, quando
o governo brasileiro decidiu estender para esse tipo de motorização o beneficio
tributário existente para a produção de veículos a álcool. A redução de dois pontos
percentuais na taxação do IPI passou a valer tanto para o carro a álcool como para o
veiculo a combustível flexível. Outro fator de estímulo no mercado de álcool é a
possibilidade de adição de etanol ao diesel. Testes mostraram que a utilização de
mistura de 3% de etanol para 97% de diesel pode ser adotada em qualquer motor
sem ocasionar problemas e reduzindo, comprovadamente, as emissões de material
particulado e de outros poluentes (GELLER et al., 2004; HESKETH, 1972).
Os veículos a álcool emitem cerca de um terço do CO emitido
pelos veículos movidos pela mistura de gasolina com 20% de álcool (gasool). Assim,
é possível ocorrer uma oxigenação natural do combustível, já que o gasool tem em
sua estrutura molecular o radical OH, principal agente da oxidação do CO para o
CO
2
.
A tecnologia tem grande impacto na emissão de poluentes
principalmente quando comparadas às emissões de CO de um veículo com sistema
de alimentação carburada com um veículo equipado com injeção eletrônica de
combustível.
A emissão evaporativa em um veículo estacionado ao sol por
tempo prolongado pode produzir, através da evaporação de combustível, quase as
mesmas emissões de HCs que produziria se estivesse em movimento. A produção
de HCs no motor é originada pela queima incompleta do combustível, o que produz
um fracionamento da molécula original e a emissão de radicais químicos que ao sair
da câmara de combustão e atingir as partes mais frias do sistema de exaustão se
mantém inalterados até saírem pelo escape. A preparação da mistura e o desenho
da câmara de combustão são decisivos para emissão desse poluente. Os veículos
mais modernos já são equipados com reservatórios que evitam parcialmente essa
36
evaporação, através de circuitos que interligam o cárter e tanque ao sistema de
admissão com válvulas controladoras e tanque de carvão ativado. (GELLER et al.,
2004).
O CO e os HCs são produtos diretos de reações químicas,
enquanto que o NO
x
surge da decomposição e posterior rearranjo das moléculas de
N
2
e O
2
presentes no próprio ar da combustão. Esse fenômeno se agrava pelo efeito
das altas temperaturas, que chegam a picos de 2000ºC.
2.4 Geração, dispersão e consequências de poluentes em
2.4 Geração, dispersão e consequências de poluentes em 2.4 Geração, dispersão e consequências de poluentes em
2.4 Geração, dispersão e consequências de poluentes em
escala urbana
escala urbanaescala urbana
escala urbana
O clima tem grande influência na dispersão dos poluentes
gasosos ou particulados presentes no ar, mas outros fatores como a geometria, a
altura e o adensamento das edificações também têm um papel a desempenhar.
Entre os fatores climáticos diretamente relacionados com a dispersão, os mais
significativos são o perfil vertical de temperatura e a velocidade e direção dos
ventos. Fatores importantes a observar como a altura das edificações, seu
adensamento, alinhamento e a presença ou não de espaços abertos, que são
fundamentais pelo peso que têm na ação dos ventos, e consequentemente na
dispersão dos poluentes, nem sempre são levados em conta. As condições de
tráfego na via pública, incluindo velocidade média, acelerações e fluxo de veículos,
afetam, por sua vez, tanto a produção como a dispersão dos poluentes. Nota-se
também que outras variáveis, como a tecnologia empregada na fabricação dos
motores e o estado de conservação dos veículos são importantes nesta equação.
No final, todas essas variáveis é que irão determinar a qualidade do ar nos
ambientes urbanos. Devem, portanto, ser consideradas em seu conjunto ao se
abordar esse tipo de poluição.
Além dessas variáveis, deve-se levar em conta o efeito estufa,
que é um fenômeno causado pelo acúmulo de gases e nuvens na atmosfera, que
provoca o aquecimento da superfície do planeta, pelo bloqueio de parte da radiação
infravermelha emitida pela superfície terrestre. Os gases que provocam o efeito
estufa se situam a uma distância de 10 a 16 km da superfície do planeta, na parte da
37
atmosfera conhecida como troposfera (BAIRD, 2002). Alguns gases de efeito estufa
ocorrem naturalmente na atmosfera, como o vapor d’água (H
2
O), o dióxido de
carbono (CO
2
), o metano (CH
4
), o óxido nitroso (N
2
O) e o ozônio(O
3
). Esses gases
atuam como uma cobertura natural, mantendo a temperatura da Terra propícia ao
desenvolvimento das diferentes formas de vida. Sem esse fenômeno, a temperatura
média da Terra seria em torno de 18ºC negativos. Devido ao efeito estufa, a
temperatura média da superfície terrestre é de 15ºC, ou seja, aproximadamente 33º
mais quente (BAIRD, 2002).
Como os gases de efeito estufa provocam um bloqueio maior, a
Terra se aquece mais do que o habitual, causando uma série de problemas
climáticos. O problema não está na existência dos gases de efeito estufa, mas no
aumento de suas concentrações na atmosfera (BAIRD, 2002). A entrada da radiação
solar tem que ser equilibrada por uma saída de calor (radiação térmica) emitida pela
Terra. Os gases atmosféricos que regulam o sistema climático da Terra interceptam
a radiação solar e fazem que 30% da energia dos raios solares que chegam sejam
refletidos de volta para o espaço. O restante (70%) é absorvido pela Terra e pela
atmosfera, aquecendo a superfície do planeta. A Terra, então aquecida, re-emite
energia sob a forma de radiação térmica (radiação infravermelha de onda longa),
que tem sua passagem bloqueada principalmente pelo vapor de água e dióxido de
carbono existente na atmosfera (BAIRD, 2002). Da radiação térmica emitida pelo
globo terrestre, cerca de 90% são absorvidos pela atmosfera, que irradia em torno
de 80% novamente para a superfície terrestre. É esse processo que mantém a Terra
confortavelmente aquecida. Apenas uma pequena quantidade de radiação terrestre
escapa para o espaço.
A figura 2.4.1 apresenta um diagrama simplificado do efeito
estufa. Observa-se, entretanto que, no equilíbrio, o total de energia solar que entra
no sistema é igual ao total de energia térmica que sai (balanço de energia: SAÍDAS
= ENTRADAS). O equilíbrio é rompido pela intensificação do fenômeno que ocorre
em função das atividades humanas, uma vez que, ao aumentar a quantidade de
gases estufa na atmosfera, maior é a retenção de calor (RIBEIRO et al., 2003).
38
Figura 2.4.1 – Diagrama simplificado do efeito estufa
Fonte – Nobre (2008) (Informação pessoal)
3
Parte da radiação solar é refletida pelas nuvens (20%), pela
atmosfera (6%) e pela superfície da Terra (4%). Da radiação solar que atravessa a
atmosfera, uma parte é absorvida pela Terra (51%), aquecendo-a. A Terra aquecida
emite radiação infravermelha desde sua superfície. Essa radiação infravermelha é
parcialmente absorvida e novamente remetida à atmosfera, onde fica presa em
razão da presença dos gases de efeito estufa. O resultado é um aquecimento da
atmosfera inferior e da superfície da Terra.
De modo geral, o modal rodoviário tem uma considerável
participação nesse contexto, já que os veículos consomem combustíveis e produzem
vapor d’água (H
2
O) e dióxido de carbono (CO
2
). O óxido nitroso (N
2
O) também é
formado em motores de combustão interna. Quanto às emissões de metano (CH
4
),
emitido a partir do escapamento dos veículos de combustão interna, apesar de não
poderem ser quantificadas com precisão, pode-se afirmar que a proporção
proveniente dos veículos automotores é significativa. O ozônio (O
3
) é gerado a partir
da ação entre os gases (HC e NO
x
) emitidos pelos veículos. Essa reação ocorre
geralmente na estratosfera ativada pela luz solar.
Todos esses gases existem na natureza e são necessários
para manter o equilíbrio da biosfera. Entretanto, produzidos artificialmente pela
3
Informação fornecida em aula magna proferida pelo Prof.Dr. Carlos A. Nobre em 21 de maio de
2008, no ICMC – USP, São Carlos.
39
interferência humana, em volumes que a natureza não consegue reciclar em tempo
hábil, provocam danos irreversíveis e de grande proporção na atmosfera.
Os estudos relacionados ao aquecimento global concentram
suas análises nas emissões de CO
2
, CH
4
e N
2
O, devotando praticamente nenhuma
atenção aos gases que possuem efeito indireto, como o CO, os HC e os NO
x
(URIA;
SCHAEFFER, 1997). Dispensar especial atenção a esses gases é importante, visto
que causam malefícios diretamente à saúde do homem, num primeiro momento, e
também indiretamente, tanto à saúde quanto ao ambiente.
2.5 Efeitos da poluição n
2.5 Efeitos da poluição n2.5 Efeitos da poluição n
2.5 Efeitos da poluição na saúde
a saúdea saúde
a saúde
Os efeitos da poluição do ar são classificados como:
• Efeitos agudos – podem ser de caráter temporário, e originam-se de episódios em
que os poluentes ultrapassam os níveis regulares de sua concentração gerando
efeitos imediatos como irritação nos olhos, tosse e até efeitos graves, como o
aumento da mortalidade. Os efeitos são, em geral, reversíveis e ocorrem quando
há condições climáticas adversas, com consequente aumento da concentração
de poluentes.
• Efeitos crônicos – de caráter permanente podem ocasionar prejuízos à vegetação, à
visibilidade e à saúde dos seres humanos, causando incômodos e desconforto
(danos sociais). Em longo prazo, podem provocar a corrosão de estruturas e o
desgaste de materiais de construções e obras de arte (DETRAN-RJ; FEEMA, 2001).
Em termos gerais, os efeitos da exposição de longo prazo
(“crônicos”) a baixos níveis de poluição são difíceis de serem estudados e poucos
trabalhos tratam do assunto. Extrapolar a informação recebida de estudos de curto
prazo a altos níveis de poluição para a exposição em longo prazo a baixos níveis é
uma tarefa difícil. No caso de alguns poluentes, pode existir um limiar de concentração
do poluente abaixo do qual não ocorre qualquer efeito particular à saúde. Em tais
casos, as previsões obtidas, assumindo-se uma proporcionalidade direta, entre a
exposição e o efeito, não poderiam ser garantidas. Ademais, podem existir efeitos à
saúde que não se manifestam quando a exposição aos poluentes, mesmo intensa,
ocorre apenas durante um breve período de tempo (LOUREIRO, 2005).
40
O nível de exposição a qualquer poluente varia de forma
considerável de local para local. Contudo, podem-se coletar informações sobre a
saúde e os níveis de poluição em diferentes locais e correlacioná-las, utilizando
estatística, a fim de estabelecer o efeito de um sobre o outro.
Os principais efeitos da poluição do ar na saúde humana são
os problemas causados nas vias respiratórias. A maior parte desses problemas
advém da presença de material particulado e de alguns gases, como o dióxido de
enxofre, o monóxido de carbono e algumas substâncias organo-cloradas. Os
produtos derivados de petróleo são conhecidos como indutores do câncer do rim e
retardamento do sistema nervoso central.
Considerando-se que, diariamente, cerca de 12m
3
(15kg) de ar
são inalados pela maioria dos indivíduos – quantidade essa que pode variar com a
idade e o nível de atividade de cada pessoa –, é de se esperar que a qualidade da
respiração afete o funcionamento do metabolismo celular do organismo e, portanto,
a saúde do indivíduo. Os poluentes do ar entram no organismo dos seres humanos
e de outros seres vivos pelo sistema respiratório, causando grandes desordens não
apenas nesse sistema, pois passam dos pulmões para o sistema circulatório,
afetando outras funções fisiológicas. Os efeitos tóxicos agudos dos gases de
exaustão automotiva são conhecidos desde o advento das máquinas de combustão
interna, que liberam quantidade de monóxido de carbono suficiente para causar a
morte por intoxicação quando funcionando em ambientes fechados, tais como
garagens. Por esse motivo, a emissão de CO foi uma das primeiras a ser alvo das
regulamentações (BRAUN et al, 2004). A tabela 2.5.1 demonstra a gravidade da
inalação do CO.
41
Tabela 2.5.1 – Tabela de valores de referência de níveis de periculosidade de acordo
com a ASHREA
Concentração de CO
Tempo de inalação e sintomas
9 ppm (0,009%)
Exposição máxima permitida em curtos períodos de tempo
35 ppm (0,0035%)
Máximo permitido para períodos de exposição continua até 8 horas
200 ppm (0,02%)
Ligeiras dores de cabeça, cansaço, náuseas ao fim de 2 a 3 horas de
exposição contínua
800 ppm (0,08%)
Tonturas, fortes náuseas e convulsões em menos de 45 minutos de
exposição
Perda de consciência ao fim de 2 horas e morte ao fim de 3 horas.
1600 ppm (0,16%)
Fortes tonturas, desmaios, náuseas fortes. Morte ao fim de 1 hora
3200 ppm (0,32%)
Fortes tonturas, desmaios, náuseas fortes. Morte ao fim de 20 a 30
minutos
6400 ppm (0,64%)
Morte em menos de 15 minutos
Fonte – American Society Heating and Refrigeration Engineers (2006)
O CO é um gás tóxico, inodoro, incolor e fruto da combustão de
diversos processos industriais, do escapamento de veículos automotores e do fumo
do cigarro. A intoxicação aguda pode ser fatal. Sua toxicidade se deve em parte à
sua propriedade relacionada à afinidade pela heme
4
da hemoglobina e da
mioglobina. O CO, quando absorvido pelo sangue, forma a carboxihemoglobina, que
por sua vez produz uma diminuição da oxihemoglobina e uma redução do transporte
de oxigênio até os tecidos. Possui uma afinidade de até 300 vezes maior com a
hemoglobina do que o oxigênio, o que favorece a hipoxemia em pessoas expostas.
O CO foi associado ao aumento na mortalidade por infarto
cardíaco agudo entre as pessoas idosas e seu efeito é mais danoso em pessoas
portadoras de doenças coronárias, porque o coração tem que trabalhar mais
intensamente para levar oxigênio ao corpo. Sua exposição tem sido associada
também aos agravamentos de dores de angina, diminuição à tolerância a exercícios
em pessoas com doenças periféricas vasculares e doenças pulmonares, prejuízo
nas funções do sistema nervoso e provável risco para fetos. A exposição ao CO
próximo aos níveis dos padrões de qualidade ambiental do ar pode levar a fadiga,
dores de cabeça, confusão e vertigem pela falta da oxigenação. Em altitudes
4
Hemo ou heme é um grupo prostético consistente de um átomo de ferro contido no centro de um
largo anel orgânico heterocíclico chamado porfirina. O grupo hemo possui um átomo de ferro ferroso
“FE++” para exercer a função de ligação com o oxigênio em células sanguíneas.
42
elevadas, esse quadro é agravado. A figura 2.5.2 a seguir mostra a relação entre o
ambiente contaminado e seus efeitos no corpo humano.
Figura 2.5.1 – O ambiente contaminado e o efeito no corpo humano
Fonte – Castro (2003)
Segundo Bohm (2001), as doenças relacionadas às
cardiopatias e às pneumopatias só aparecem associadas à poluição nos atestados
de óbito emitidos em alguns países desenvolvidos. É quase impossível avaliar a real
extensão das doenças relacionadas à poluição veicular em meio urbano,
principalmente pela dificuldade em separar o efeito dos poluentes do ar de origem
automotiva das outras fontes. A população deve ser esclarecida para saber
reconhecer melhor os efeitos causados pela exposição à poluição, de modo que
tenha uma consciência mais ampla e significativa das suas consequências e possa
colaborar com o seu controle.
A tabela 2.5.2 mostra os principais poluentes, suas
características, fontes principais, efeitos sobre a saúde e seus danos ambientais.
43
Tabela 2.5.2 – Principais poluentes considerados indicadores da qualidade do ar
Poluente Características Fontes principais
Efeitos gerais sobre a
saúde
Efeitos gerais ao
meio ambiente
Partículas
Totais em
Suspensão
(PTS)
Partículas de material
sólido ou líquido que ficam
suspensos no ar, na forma
de poeira, neblina,
aerossol, fumaça, fuligem,
etc. Faixa de tamanho <
100 micra
Processos industriais,
veículos motorizados
(exaustão), poeira de
rua re-suspensa,
queima de biomassa.
Fontes naturais:
pólen, aerossol
marinho e solo
Quanto menor o tamanho
da partícula, maior o efeito à
saúde. Causam efeitos
significativos em pessoas
com doença pulmonar,
asma e bronquite
Danos à
vegetação,
deterioração da
visibilidade e
contaminação do
solo
Partículas
Inaláveis
(MP
10
) e
Fumaça
Partículas de material
sólido ou líquido que ficam
suspensos no ar, na forma
de poeira, neblina,
aerossol, fumaça, fuligem,
etc.
Faixa de tamanho < 10
micra
Processos de
combustão (indústria
e veículos
automotores),
aerossol secundário
(formado na
atmosfera)
Aumento de atendimentos
hospitalares e mortes
prematuras
Danos à
vegetação,
deterioração da
visibilidade e
contaminação do
solo
Dióxido de
Enxofre
(SO
2
)
Gás incolor, com forte
odor, semelhante ao gás
produzido na queima de
palitos de fósforos. Pode
ser transformado a SO
3
,
que na presença de vapor
de água, passa
rapidamente a H
2
SO
4
. É
um importante precursor
dos sulfatos, um dos
principais componentes
das partículas inaláveis
Processos que
utilizam queima de
óleo combustível,
refinaria de petróleo,
veículos a diesel,
polpa e papel
Desconforto na respiração,
doenças respiratórias,
agravamento de doenças
respiratórias e
cardiovasculares já
existentes. Pessoas com
asma, doenças crônicas de
coração e pulmão são mais
sensíveis ao SO
2
Pode levar à
formação de chuva
ácida, causar
corrosão aos
materiais e danos à
vegetação: folhas e
colheitas
Dióxido de
Nitrogênio
(NO
2
)
Gás marrom vermelhado,
com odor forte e muito
irritante. Pode levar a
formação de ácido nítrico,
nitratos (o qual contribui
para o aumento das
partículas inaláveis na
atmosfera) e compostos
orgânicos tóxicos
Processos de
combustão
envolvendo veículos
automotores,
processos industriais,
usinas térmicas que
utilizam óleo ou gás,
incinerações
Aumento da sensibilidade à
asma e à bronquite, abaixar
a resistência às infecções
respiratórias
Pode levar à
formação de chuva
ácida, danos à
vegetação e à
colheita
Monóxido
de Carbono
(CO)
Gás incolor, inodoro e
insípido
Combustão
incompleta em
veículos automotores
Altos níveis de CO estão
associados a prejuízo dos
reflexos, da capacidade de
estimar intervalos de tempo,
no aprendizado, de trabalho
e visual
Ozônio (O
3
)
Gás incolor, inodoro nas
concentrações ambientais
e o principal componente
da névoa fotoquímica
Não é emitido
diretamente à
atmosfera É
produzido
fotoquimicamente
pela radiação solar
sobre os óxidos de
nitrogênio e
compostos orgânicos
voláteis
Irritação nos olhos e vias
respiratórias, diminuição da
capacidade pulmonar.
Exposição a altas
concentrações pode resultar
em sensações de aperto no
peito, tosse e chiado na
respiração. O O
3
tem sido
associado ao aumento de
admissões hospitalares
Danos às colheitas,
à vegetação
natural, plantações
agrícolas; plantas
ornamentais
Fonte – Cavalcante (2003)
2.6 Histórico e experiência
2.6 Histórico e experiência2.6 Histórico e experiência
2.6 Histórico e experiências internacionais
s internacionaiss internacionais
s internacionais
Os Programas de Inspeção/Manutenção (I/M) encontram-se
implantados em diversos países. Esses Programas foram introduzidos nos EUA no
44
final dos anos 70 em resposta às discrepâncias entre as emissões de veículos
novos, apresentadas nos certificados, e as emissões dos veículos em uso
(HARRINGTON; McCONNELL; ANDO, 2000).
Em um típico programa de I/M, os motoristas precisam
periodicamente levar seus veículos sujeitos a regulamentação a um posto de
inspeção, onde um ou mais testes são realizados nos sistemas de controle de
emissões dos veículos. Aos veículos que são reprovados na inspeção, é solicitado
que sejam reparados e re-inspecionados. Na maioria dos programas, é exigido que
os veículos passem por inspeção válida por um ou dois anos. Depois disso, os
proprietários precisam retornar aos postos de inspeção para a renovação
(HARRINGTON; McCONNELL; ANDO, 2000).
De acordo com Dubeux, [2006?], os programas de I/M para
controle das emissões em carros em uso é um complemento essencial para padrões
de emissão em novos veículos. Apesar da dificuldade de implementação, uma
inspeção efetiva e um programa de manutenção pode reduzir significativamente as
emissões dos veículos não controlados. Programas de I/M também são necessários
para assegurar que os benefícios das tecnologias de controle nos veículos novos
não estão sendo perdidos pela manutenção insatisfatória e por adulterações nos
controles de emissão. Os programas de I/M para veículos a gasolina comumente
incluem medidas das concentrações dos HCs e CO, que são expelidos pelo
escapamento. Esses programas têm uma efetividade limitada, mas podem identificar
funcionamentos grosseiramente falhos nos sistemas de controle de emissões.
Há dois tipos principais de programas de I/M: programas
centralizados, em que todas as inspeções são feitas em instalações de teste
operadas pelo governo ou controladas entre operadoras privadas competitivamente
selecionadas e programas descentralizados, em que ambos os testes de emissões e
reparos são feitos em estabelecimentos privados. Programas descentralizados
costumam ser menos eficazes, devido a fraudes e inspeções inadequadas.
Programas centralizados operados por empresas privadas rendem melhores
resultados e são recomendados para a maioria dos países em desenvolvimento. Os
programas de I/M representam parte importante dos esforços para controle das
emissões veiculares.
Para assegurar que os avanços nos sistemas de controle de
emissões instalados nos veículos modernos continuem operando apropriadamente,
45
os programas de I/M são agora encontrados na maioria das cidades em vários
países do mundo (HARRINGTON; McCONNELL; ANDO, 2000).
Apresentam-se, adiante, as experiências históricas e os
programas internacionais existentes, no que se refere à redução das consequências
dos poluentes em escala urbana, nos Estados Unidos e na União Européia, grandes
emissores de gases poluentes, a respeito dos quais foi possível encontrar dados.
Também apresentam-se dados referentes ao Chile e à Argentina, países da América
do Sul, que podem ser comparados aos dados brasileiros.
2.6.1 Estados Unidos
Segundo Dubeux, [2006?], os programas de I/M foram
introduzidos nos EUA no final dos anos 70 em resposta às discrepâncias entre as
emissões de veículos novos, apresentadas nos certificados, e as emissões dos
veículos em uso. Após uma década de experiência concluiu-se que os primeiros
programas norte-americanos não obtiveram resultados importantes, afetando muito
pouco a redução das emissões. Devido a este fato, a emenda do Clean Air Act, de
1990, atribuiu à Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) a responsabilidade
de desenvolver um programa de I/M mais eficiente do que os que vinham sendo
implementados, sendo mandatário em todas as áreas metropolitanas com problemas
de poluição atmosférica relacionados às emissões veiculares.
Os veículos usados emitem de três a quatro vezes mais
poluentes que o permitido pelos padrões de veículos novos nos EUA. Os fabricantes
foram obrigados a satisfazer a padrões rigorosos de emissão de poluentes nos
veículos novos. Portanto, a manutenção correta nos veículos é necessária para que
as vantagens ambientais obtidas com a implementação da nova tecnologia sejam
mantidas.
Em 1992, a EPA estabeleceu novas regulamentações para
melhorar esse tipo de programa. Essas regulamentações foram aplicadas em
algumas áreas metropolitanas com altas concentrações de ozônio (O
3
) e de
monóxido de carbono (CO). Cabe acrescentar, entretanto, que os governos
estaduais e locais não são obrigados a implementar o programa de I/M estabelecido
pela EPA. Mesmo assim, diversos estados aderiram ao Programa, que se tornou
uma referência internacional.
46
Dependendo da sofisticação do programa de I/M, as emissões
de hidrocarbonetos (HC) e de monóxido de carbono (CO) podem ser reduzidas de
5% a 30%. Um programa abrangente de I/M pode ainda reduzir as emissões de
óxidos de nitrogênio (NO
x
) em até 10%. A execução desses programas pode se dar
de duas formas a nível estadual, e o custo médio dos testes varia de US$10 a
US$20: ou os postos de testes de inspeção são estaduais e os reparos são feitos
em oficinas particulares; ou empresas privadas, contratadas pelo governo, são
responsáveis pela realização dos testes de inspeção e pelos reparos.
Os testes realizados pelos programas de I/M podem ser de dois
tipos basicamente:
1. Teste básico: testa as emissões de escapamento dos
veículos (emissões de exaustão). Uma sonda é inserida dentro do escapamento
enquanto o veículo trabalha em marcha lenta (de 600 RPM a 1.200 RPM) e com o
motor em rotação de 2.500 rpm. Os analisadores de emissão, então, medem os
níveis dos poluentes na exaustão. Os poluentes aqui são medidos em concentração
nos gases de escapamento (% ou PPM).
2. Teste avançado: o procedimento verifica se os componentes
do sistema de controle de emissão de poluentes estão presentes e em operação.
Esse teste verifica ainda as emissões evaporativas de HC. O teste avançado, ou de
alta tecnologia, consiste de três testes distintos realizados nos veículos, são eles:
a) teste de emissão de escapamento, cujo resultado é
fornecido em unidade de massa de poluente emitido por distância percorrida (por
exemplo, g CO/km) e é realizado num regime transiente (não só em marcha lenta e
a 2.500 rpm).
b) teste evaporativo de canister (purge flow test).
c) teste do sistema evaporativo (pressure test).
Os testes avançados ainda medem o consumo específico dos
veículos e a economia de combustível. O teste é realizado com um dinamômetro,
através de um ciclo de diferentes velocidades e acelerações, para simular a
dirigibilidade em uma cidade. A aceleração e desaceleração de um veículo são as
grandes fontes de emissões de poluentes em veículos sem a manutenção
apropriada. O teste básico só mede as emissões de HC no escapamento, entretanto
as falhas no sistema de purga e no canister evaporativo são responsáveis por
grande parte das emissões de HC.
47
De acordo com Dubeux, [2006?], um dos avanços do programa
norte-americano foi a obrigatoriedade de realizarem testes de dinamômetro, muito
mais eficientes em termos de análise das emissões veiculares do que outros testes
realizados anteriormente. A EPA desenvolveu um teste sofisticado e oneroso que
inclui analisadores automáticos e dinamômetro. O teste com dinamômetro IM240
simula uma operação veicular considerando velocidade e condições de aceleração
similares aos realizados pelos veículos no dia a dia. Além disso, esse tipo de teste
pode medir as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos (HC) e
monóxido de carbono (CO), em termos de taxas de emissões propriamente ditas. Os
testes anteriores permitiam, apenas, a medição das concentrações dos poluentes.
Cabe acrescentar que, segundo a EPA (2003), os testes de
sensoriamento remoto (os veículos são averiguados enquanto estão passando por
pontos específicos das ruas onde os equipamentos são instalados) não substituem
os programas de I/M, sendo eficiente como complementação, uma vez que
apresentam séria limitação: nem todos os veículos são analisados e o teste não
consegue captar as emissões evaporativas, uma fonte importante de emissões.
Outro avanço no programa norte-americano foi a separação de
oficinas de manutenção e reparo de veículos daquelas que realizam as inspeções de
emissões. A maior parte dos programas existentes era descentralizada. Oficinas
privadas eram certificadas para a realização de testes e consertos nos veículos. Tal
fato facilitava diversas deficiências, como aprovações não merecedoras objetivando
atrair o cliente à oficina ou reprovações sem necessidade com o objetivo de vender o
conserto, entre outras. Cabe acrescentar que muitos estados norte-americanos
disponibilizam uma relação de oficinas para os reparos solicitados pelas inspeções
com um nível de qualidade satisfatório. Além disso, a maior parte dos estados possui
programas para ajudar proprietários de veículos que não têm condições de custear o
reparo.
Devido aos diversos protestos de governos locais, depois das
eleições de 1994, o Congresso de maioria republicana exigiu que a EPA flexibilizasse os
tipos de programas, liberando-os para a implantação de programas locais. Mesmo assim,
diversos estados norte-americanos optaram pela implantação do programa desenvolvido
pela EPA, inclusive utilizando o teste IM240.
48
2.6.2 União Européia
Segundo Dubeux, [2006?], em diversos países da União
Européia existem os testes de emissão veicular a aproximadamente 20 anos.
Entretanto, originalmente eram incluídos apenas caminhões, ônibus, táxis e
ambulâncias. A diretriz estabelecia a lista de itens a serem inspecionados, como
freios e emissões, mas não determinava padrões a serem seguidos, critérios e
métodos de testes.
Posteriormente, o programa foi revisado e padrões foram
estabelecidos para alguns países membros. Para outros, os testes já executados há
muito tempo foram apenas reafirmados. Desde 1977, as diretrizes dos programas de
I/M dos países da União Européia foram modificadas diversas vezes e, atualmente,
incluem, também, automóveis e vans leves. Além disso, os critérios dos testes de
emissões foram detalhados e padronizados. O sistema como um todo e todas as
suas emendas foram consolidados no Directive 96/96/EC. Cabe reiterar que esta
diretriz foi implantada visando a uma padronização dos testes, frequências e
aspectos de obrigatoriedade, objetivando uma mínima qualidade, já que estes
variavam entre cada país-membro, prejudicando a segurança e o meio ambiente de
alguns países. Cada país membro poderá realizar testes mais rigorosos, caso
considere oportuno.
Os testes nos países-membro deverão ser realizados pelo
Estado, por corporações públicas de confiança do Estado, ou por corporações e/ou
estabelecimentos designados para efetuar os testes, supervisionados diretamente
pelo Estado, incluindo corporações privadas autorizadas. Em particular, quando
estabelecimentos designados como centros de testes de veículos também efetuam
reparos nos motores, os países-membro deverão assegurar, da melhor maneira
possível, a qualidade necessária aos testes.
A frequência mínima de inspeção para os automóveis e os
veículos leves comerciais é de dois anos, iniciando-se a partir do quarto ano de uso
do veículo, mas a grande parte dos programas de I/M dos países-membro exige uma
frequência maior. Cabe acrescentar que a França, Irlanda, Portugal e Itália
começaram seus programas de I/M para automóveis somente em 1998. A Tabela
2.6.2.1 apresenta a frequência exigida nos testes para os países-membro da
Comunidade Européia.
49
Tabela 2.6.2.1 – Veículos subordinados à inspeção e sua frequência
Categorias de veículos
Freq
u
ência dos testes
Veículos automotores para transporte de
passageiros com mais de oito lugares,
excluindo o do motorista
Um ano após a data em que o veículo foi
utilizado pela primeira vez e, a partir de
então, anualmente
Veículos automotores usados para o
carregamento de produtos com um limite
de peso máximo excedendo 3.500 kg
Um ano após a data em que o veículo foi
utilizado pela primeira vez e, a partir de
então, anualmente
Trailers e semi-trailers com um limite de
peso máximo excedendo 3.500 kg
Um ano após a data em que o veículo foi
utilizado pela primeira vez e, a partir de
então, anualmente
Táxis e ambulâncias
Um ano após a data em que o veículo foi
utilizado pela primeira vez e, a partir de
então, anualmente
Veículos automotores com, no mínimo
quatro rodas, normalmente utilizados
para carregamento rodoviário de produtos
e com um limite de peso máximo não
excedendo 3.500 kg, excluindo tratores
de agricultura e máquinas
Quatro anos após a data em que o
veículo foi utilizado pela primeira vez e, a
partir de então, de dois em dois anos
Veículos automotores com, no mínimo
quatro rodas, utilizados para o transporte
de passageiros e com não mais de oito
lugares, excluindo o do motorista
Quatro anos após a data em que o
veículo foi utilizado pela primeira vez e, a
partir de então, de dois em dois anos
Fonte – Dubeux, [2006?]
Exige-se que seja testado nos veículos o conteúdo de
monóxido de carbono (CO) das emissões de poluentes, com o limite de 3,5% ou
4,5%, dependendo da idade do veículo, ou como resposta aos valores mais
restritivos ofertados pela indústria. Em outras palavras, o máximo permitido de
conteúdo de monóxido de carbono nos gases emitidos é aquele estipulado pelo
fabricante. Caso essa informação não esteja disponível ou caso as autoridades dos
países-membro decidam não utilizá-la como valor de referência, o conteúdo CO não
poderá exceder os seguintes limites:
• Os veículos registrados ou utilizados pela primeira vez entre março de 1970 e
primeiro de outubro 1986 devem cumprir o Directive 70/220/EEC, onde o
limite de CO é de 4,5% de volume.
• Para veículos registrados ou utilizados pela primeira vez depois de primeiro
de outubro de 1996, o limite de CO é de 3,5% de volume.
O conteúdo de monóxido de carbono das emissões de veículos
com sistemas avançados de controle de emissões, por exemplo, com catalisadores
50
de três vias é, desde 1997, testado, sendo exigido um limite de 0,3% no caso do
teste com alta velocidade. A razão ar/combustível também é testada.
Os veículos a diesel precisam ser testados, verificando a
opacidade da fumaça de exaustão. O teste é executado a partir de uma aceleração
livre do veículo. O teste se tornou obrigatório a partir de 1996.
No caso dos veículos pesados, além da inspeção anual, a
proposta da União Européia é que sejam realizadas inspeções surpresas nas ruas,
tanto para analisar aspectos de segurança quanto de meio ambiente.
Foi elaborado um estudo pelo “Grupo de Trabalho 4 – Inspeção
e Manutenção” da Comissão Européia, visando analisar as inspeções de I/M. A
seguir são apresentadas as principais conclusões do estudo:
• Veículos com catalisadores de três vias: o teste regular identificou apenas
15% dos veículos como poluentes e resultou em apenas 5% de redução das
emissões de poluentes comparados a um cenário sem I/M. Um programa de
I/M apropriado utilizando transient short tests cycles poderia reduzir as
emissões de poluentes em 35% no caso de CO, 25% para HC e 5% para
NOx.
• Veículos sem catalisadores ou com catalisadores oxidados: o estudo concluiu
que os testes foram bastante eficientes, com, por exemplo, um potencial de
redução de 15% das emissões de CO. A redução do limite de 3,5% para 1,5%
deverá resultar em ganhos futuros adicionais.
• Veículos a diesel: os tipos de teste utilizados obtiveram os mesmos resultados
em termos de eficiência, um potencial de redução de, aproximadamente, 25%
em material particulado (MP) para todos os pequenos testes. Entretanto,
poderá ter ocorrido uma superestimação devido ao fato de a amostra ter
focado veículos com altos valores de emissão. Cabe acrescentar, entretanto,
que devido ao fato de as partículas ultrafinas estarem sendo cada vez mais
foco de atenção e de que os tratamentos voltados a eliminar fumaça visível
são cada vez mais utilizados, os testes de opacidade poderão se tornar
obsoletos. Estudos estão sendo realizados com o objetivo de estabelecer
técnicas para medição de poluentes de veículos a diesel com baixas
emissões.
• Sensoriamento remoto
: esse tipo de teste pode medir as emissões de um
grande número de veículos sem inconvenientes para o motorista, além de ser
51
um sistema automatizado, com necessidade de pouquíssima mão-de-obra.
Com base em dados da Inglaterra e Grécia, o uso desse tipo de teste,
estabelecendo-se o limite de 5% do volume de CO, pode reduzir as emissões
de, aproximadamente, 5% e 25% dos veículos (EUROPEAN COMMISSION,
2006). Através dos testes de sensoriamento remoto, foi observado que o
número de veículos encontrados com emissão excessiva de poluentes vinha
demonstrar que a inspeção regular, bianual, não foi suficiente para assegurar
a não deterioração significativa desses, entre os períodos dos testes. O
estudo concluiu que os testes de sensoriamento remoto seriam eficientes
para complementar as I/M regulares minimizando os efeitos da falta de
manutenção dos veículos e deterioração da qualidade do ar. Entretanto, cabe
acrescentar que os veículos mais novos, além de emitirem menos,
provavelmente são mais estáveis em termos de emissão.
Concluiu-se, por outro lado, que os testes de dinamômetro são
mais eficientes, além de ser o único método que mensura as emissões de óxidos de
nitrogênio. No caso dos veículos a diesel, esses testes também são recomendados.
Uma questão importante, ressaltada pelos estudos europeus, é se as inspeções
veiculares, com testes de dinamômetro, continuarão sendo proveitosas, já que os
veículos nos próximos anos terão sistemas On Board Diagnoses – OBD. No caso
dos veículos pesados, os testes mais tradicionais de I/M, incluindo teste no
dinamômetro, não são viáveis, sendo que o grande avanço dos programas de I/M
nesse caso será a introdução de OBD e, talvez, o desenvolvimento de técnicas de
sensoriamento remoto para veículos a diesel (para medição de emissões de NOx e
particulados).
Ressalte-se que os efeitos reais de qualquer programa de I/M
dependem diretamente da frequência das inspeções periódicas. Mas, estudos
europeus indicam que não é evidente o conhecimento sobre o que ocorre com as
emissões dos veículos durante os intervalos das inspeções. Além disso, segundo os
estudos europeus, o sistema OBD, provavelmente, não será custo-efetivo no curto e
médio prazo, devido aos seguintes fatos:
• Na Europa os sistemas OBD somente serão difundidos após 2005 e serão
universais apenas após 2010, sendo que os veículos a diesel demorarão
mais, aproximadamente, cinco anos depois dos de gasolina;
52
• Os sistemas OBD somente monitoram os excessos sobre os limites mínimos,
que podem ser considerados maiores que os limites dos certificados;
• O sistema pode apresentar falhas após os 80.000 km rodados e também ficar
temporariamente desativado em várias circunstâncias.
Se o sensoriamento remoto for utilizado para detectar somente
os veículos mais poluentes e a seleção for realizada com base em detecções
múltiplas (o veículo é detectado em mais de uma passagem), a eficiência por veículo
detectado pode ser alta. Dependendo do nível de manutenção da frota, este método
pode ser eficiente. Segundo os estudos, se este método for utilizado para detectar
os veículos que emitem apenas um pouco mais que o limite estabelecido, pode
ocorrer erros no sistema. Em outras palavras, o sistema de sensoriamento remoto
funciona relativamente bem para detectar veículos com altos níveis de emissão.
As tabelas 2.6.2.2 e 2.6.2.3 mostradas a seguir apresentam as
emissões antes e depois da implementação de alguns programas de I/M, assim
como a redução percentual obtida para cada tipo de poluente.
Tabela 2.6.2.2 – Comparação das reduções de emissões estimadas pela EPA e
levantadas
Emissões antes do programa
de I/M (Testes Avançados)
(g/milha)
Emissões depois da
implementação do programa
avançado de I/M (g/milha)
Redução das
emissões de
poluentes (%)
Estimativa EPA
HC total *
1,96
1,27
35
HC exaustão
0,88
0,59
33
CO
10,9
6,67
39
NO
x
0,89
0,83
7
Programa I/M do Arizona
HC **
0,81
0,70
13
CO
12,2
10,6
13
NOx
1,5
1,38
8
Fonte – Harrington ; McConnell e Ando (2000)
* o total de HC contabiliza as emissões evaporativas, além das emissões de escapamento.
** não considera as emissões evaporativas.
53
Tabela 2.6.2.3 – Redução das emissões de poluentes dos programas de I/M da Suécia
e da Suíça
Redução das emissões de poluentes (%)
Suécia
CO
20
HCs
7
Suíça
CO
20-30
HCs
20-30
Fonte – Faiz; Weavert e Walsh (1998)
2.6.3 Argentina
Na Argentina, o programa teve início em 1991. A
regulamentação é federal, mas, cada província pode adaptar as características do
programa às suas condições específicas, como por exemplo, no estabelecimento do
período de isenção inicial para veículos novos (três anos na Lei Federal) e na
periodicidade da inspeção. Consequentemente pode haver diferenças entre os
programas das diversas províncias. Atualmente, cerca de 75% da frota do país,
estimada em 7 milhões de veículos, é submetida periodicamente às inspeções
técnicas.
Hoje, a Província de Buenos Aires é a única que possui um
sistema completo de controle da frota em circulação. Para coordenar as ações do
programa foi criado o Ente Regulador de la Verificación Vehicular, que tem como
missão assegurar a qualidade do serviço prestado pelas concessionárias e zelar
para que o usuário, que paga pelo serviço, receba uma correta e satisfatória
atenção.
A Província foi dividida em 11 empresas concessionárias, com
prazo de contrato de 20 anos. Cada proprietário deve, obrigatoriamente, realizar a
inspeção de seu veículo no local onde ele está registrado. A política de preços aos
usuários é fixada pelo governo, sendo única em toda a província por categoria de
serviço. Cabe ressaltar que as concessionárias estão impedidas de realizar
quaisquer reparos no veículo, com exceção à regulagem de motores de veículos
carburados.
O atendimento de áreas remotas com baixa densidade de
veículos é realizado por estações móveis. Além disso, o controle do trânsito –
54
sinalização, operação e fiscalização, são de responsabilidade dos governos
municipais.
Cada linha de inspeção na Argentina possui um manual de
procedimentos padrão, que abrange itens de inspeção, equipamentos e
classificação dos defeitos. Os equipamentos exigidos em uma linha são: analisador
de gases, opacímetro, decibelímetro, frenômetro, banco de suspensão, placa de
alinhamento de direção, regloscópio, placas de verificação de folgas, e elevador (ou
fossa de inspeção).
No início do controle, houve um enorme índice de reprovação
dos veículos, com a exigência do cumprimento pleno do manual de procedimentos.
Nessa ocasião, 8 em cada 10 veículos foram reprovados. Em face da inviabilidade
de sustentação dessa situação, foi introduzida pelo Ente Regulador uma flexibilidade
na exigência das disposições do manual. Esses critérios são revistos
periodicamente, com o aumento do rigor exigido na inspeção. As inspeções são
realizadas por técnicos em veículos automotores, formados em escolas técnicas. A
seleção e o treinamento dos técnicos são de responsabilidade de cada
concessionária. O treinamento não possui um sistema de credenciamento ou
certificação por parte do Ente Regulador, apenas um cadastro atualizado de todos
os inspetores. A responsabilidade técnica do programa deve ser de um engenheiro.
Quanto aos aspectos operacionais, a configuração de uma linha de inspeção,
abrangendo a disposição de equipamentos e o número e a distribuição de inspetores
é uma tecnologia de cada empresa.
Na Argentina, o custo médio estimado para a instalação de
uma estação, é de US$ 3 milhões. Os benefícios gerais decorrentes do programa,
apontados pelo estudo, foram:
• Benefícios para a comunidade: menor sinistralidade; menor contaminação
atmosférica; menores custos hospitalares e de atendimento de emergências;
novos postos de trabalho diretos e indiretos; economia de fontes de energia
não renováveis;
• Benefícios para o Estado: preservação da segurança viária e do meio
ambiente; recebimento de impostos diretos e indiretos; recebimento da taxa
de concessão; criação de um banco de dados da frota; redução da evasão de
arrecadação relativa à frota;
55
• Benefícios para o proprietário: segurança própria e da família; menos
consumo de combustível; maior valor de revenda do veículo; diagnóstico do
veículo e menores custos de reparação; menores custos com seguros.
O Ente Regulador controla o programa através da execução de
visitas mensais às estações e de outras não programadas, onde são observados
tanto os procedimentos técnicos associados à inspeção de veículos propriamente
dita como os aspectos administrativos da estação. Além disso, há uma inspeção
semestral para verificação da calibração dos equipamentos.
Como no Rio de Janeiro, no caso a Feema (Fundação Estadual
de Engenharia do Meio Ambiente), o Ente Regulador recebe as informações
geradas em cada estação e analisa estatisticamente os dados. Além disso, da
mesma forma que no Rio de Janeiro, o controle do sistema em Buenos Aires é
complementado por fiscalizações aleatórias na via pública, exercidas pela polícia,
onde são identificados veículos fora das condições de uso, mesmo tendo passado
pelas inspeções, e veículos que não se apresentaram à inspeção.
O estudo apontou algumas falhas do programa argentino,
como por exemplo, apesar de o programa ser instalado na maior parte do país,
ainda existe grandes áreas descobertas. Essa situação gera conflitos com a
migração da frota, seja na alteração da localidade de registro para ficar dispensado
da vistoria, seja para aqueles veículos reprovados, que assim são comercializados
em áreas sem controle. Além disso, o sistema ainda não exige o cumprimento pleno
da legislação de trânsito, em face da avançada idade média da frota e da
impossibilidade de reparação completa de toda a frota no curto prazo. O programa
argentino se encontra em fase de consolidação.
2.6.4 Chile
O programa de I/M do Chile foi regulamentado em 1990 na sua
concepção atual, a qual prevê avaliações por instrumentos e integradas. O programa
foi instalado em 1997, abrangendo quatro das treze zonas administrativas e
atingindo significativa parcela da frota do país de 1,5 milhões de veículos. Nas
demais zonas, há um controle visual da frota circulante.
A região metropolitana de Santiago possui um sistema
completo de inspeções. A Cidade de Santiago, abrangendo os municípios vizinhos,
56
é a região do país mais crítica em termos de contaminação atmosférica,
principalmente em decorrência do grande número de veículos em circulação,
aproximadamente 75.000. Essa situação é agravada pelas condições climáticas e
pelo relevo da região, dificultando a dispersão de gases poluentes.
No Chile, o responsável pela condução do programa de I/M é o
Ministério dos Transportes e Telecomunicações. Existe uma concessão para os
serviços em cada uma daquelas quatro zonas administrativas onde seus sistemas
de inspeção veicular são mecanizados. Houve uma subdivisão da região em quatro
áreas (Oriente, Centro/Norte/Ocidente, Sul/Ocidente e Sul). O sistema é de livre
concorrência, com preços livres, desde que sejam respeitados os limites máximos
estabelecidos na licitação e no contrato de concessão. Os prazos de concessão
estabelecidos nos contratos em andamento são de cinco anos, a partir da
formalização do contrato, podendo ser prorrogados por mais dez meses.
Segundo o estudo, a regulamentação estabelece uma
periodicidade de inspeção de acordo com a categoria e o uso do veículo:
• Táxis, ônibus e caminhões, a inspeção tem uma validade de seis meses;
• Frota particular tem inspeção anual, com uma isenção inicial que varia de 24
a 36 meses.
Cabe ressaltar que, com o objetivo de assegurar a
independência e isenção na inspeção, no processo seletivo das concessionárias
houve restrição à participação de empresas que pudessem enviesar as análises.
Diante desse fato, empresas relacionadas ao setor automotivo, tais como
montadoras, importadoras, concessionárias, oficinas, frotistas, empresas de
transporte, entre outros, estão excluídos do sistema. As concessionárias estão
impedidas de realizar quaisquer intervenções no veículo.
O mínimo de equipamentos exigido em uma linha de inspeção
é: aparelho para verificação da pressão dos pneus, compressor de ar,
profundímetro, frenômetro de rolos, medidor do alinhamento de rodas, banco de
prova de suspensão, detector de folgas, analisador de gases, opacímetro,
regloscópio com luxímetro, macaco com capacidade mínima de cinco toneladas e
57
medidor da verificação do ângulo de giro (os dois últimos somente para veículos
denominados tipo A2
5
).
A responsabilidade técnica do programa por parte de cada
concessionária é de um engenheiro civil mecânico ou civil industrial, o que equivale
a um engenheiro mecânico pleno no Brasil. Em cada estação de inspeção, o
responsável deve ser um engenheiro de execução mecânico, equivalente a um
tecnólogo ou engenheiro operacional no Brasil. Os inspetores do programa devem
ser técnicos de nível secundário na especialidade de mecânica, ou com
comprovação de desempenho de atuação como mecânico. Segundo o estudo, a
configuração básica de uma linha de inspeção abrange três estágios: inspeções
visuais (fossa de inspeção), inspeções mecanizadas (frenômetro, banco de
suspensão, alinhamento) e inspeções de emissões e de luzes.
As informações das inspeções visuais são introduzidas no
sistema informatizado por meio de digitação dos códigos dos defeitos. Os dados
resultantes das inspeções realizadas são armazenados em cada estação e são
enviados diariamente para uma empresa que procede a consolidação das
informações e, posteriormente, as envia ao Ministério responsável.
As tarifas por categoria de veículo são as definidas na proposta
da concessionária e no contrato de concessão. Assim, os preços são diferentes nas
estações de cada concessionária. De acordo com Dubeux, [2006?,] o valor médio de
uma inspeção em veículo leve é de, aproximadamente, US$ 21,50 e de um ônibus,
aproximadamente US$ 39,30.
Segundo o estudo, os índices de reprovação relativos aos
veículos leves no Chile variam de 25% a 30%. Os principais motivos de reprovação
são as emissões de gases e de luzes. Para os táxis e veículos de transporte escolar,
o índice de reprovação é de 40%, sendo os principais motivos as emissões e os
freios. Cabe ressaltar que, no caso dos ônibus, devido à elevada idade média da
frota, o índice de reprovação atinge 80%, sendo os principais motivos de reprovação
às emissões de gases, o sistema de direção e a carroceria. Ou seja, as emissões
sempre aparecem como principais motivos de reprovação, o que mostra a
importância dos programas de I/M.
5
Veículos médios e pesados de passageiros com mais de nove assentos, veículos médios e pesados
de carga com capacidade maior de 1.750kg, táxis, veículos de auto-escolas, veículos de transporte
escolar, reboques e semi-reboques e máquinas.
58
A partir do início do programa, houve uma significativa
renovação da frota, principalmente pela obrigação de inspeções frequentes para os
veículos com tecnologia mais antiga, sem catalisadores. Cabe ressaltar que,
segundo os autores, não há estudos consistentes relacionados à redução de
poluição atmosférica decorrente do programa de I/M.
O programa de I/M do Chile engloba auditorias do Ministério,
através de inspeções regulares às estações, periódicas, programadas e aleatórias.
Nessas inspeções, são verificados os cumprimentos dos procedimentos técnicos e
administrativos do programa assim como as calibrações dos equipamentos. Por fim,
o programa chileno ainda não exige o cumprimento pleno da legislação de trânsito
no instante da inspeção, ficando o usuário notificado da existência de eventuais
defeitos menores, que deverão ser obrigatoriamente reparados.
Além disso, na concepção atual, que inclui verificações
mecanizadas e sistematizadas, o programa chileno está implantado nas principais
regiões do país, mas existem grandes áreas não cobertas pelo programa de
inspeções mecanizadas, sendo exercida apenas inspeção visual nessas regiões.
2.6.5 Brasil
O sistema de transportes brasileiro se fundamenta em malhas
viárias, expandidas e melhoradas na última década por meio de investimentos
governamentais diretos ou procedentes de um amplo processo de privatização.
Foram concedidas ao setor privado a operação e a modernização de rodovias.
Segundo dados da Cetesb (2008) o número de veículos em circulação no Brasil
passou de 3 milhões, em 1970, para cerca de 29 milhões, em 2001, 68%
constituídos por automóveis. Em 2007, foram realizados 2.462.728 emplacamentos
de automóveis segundo dados da Anfavea (Associação Nacional dos Fabricantes de
Veículos Automotores).
Na região metropolitana de São Paulo, circulam, atualmente,
quase sete milhões de veículos, para uma população aproximada de 17,8 milhões
de habitantes, uma das mais elevadas taxas de motorização do mundo. As
dificuldades de circulação urbana são atribuídas ao crescimento expressivo do uso
do automóvel, associado a um sistema deficiente de transporte coletivo e de massa
e a impactos negativos provocados pela circulação de cargas em áreas centrais da
59
cidade. Os congestionamentos geram prejuízos anuais de R$ 350 milhões (US$ 200
milhões), somente no município de São Paulo (Cetesb, 2008).
Constatada a gravidade da poluição gerada pelos veículos, a
Cetesb, durante a década de 80, desenvolveu as bases técnicas que culminaram
com a Resolução nº 18/86 do Conama, que estabeleceu o Programa de Controle da
Poluição do Ar por Veículos Automotores – Proconve, posteriormente
complementados por outras Resoluções do Conama.
O Proconve foi baseado na experiência internacional dos
países desenvolvidos e exige que os veículos e motores novos atendam a limites
máximos de emissão, em ensaios padronizados e com combustíveis de referência.
O programa impõe ainda a certificação de protótipos, de veículos importados e em
produção, a autorização especial do órgão ambiental federal para uso de
combustíveis alternativos, o recolhimento e reparo dos veículos ou motores
encontrados em desconformidade com a produção ou o projeto, e proíbe a
comercialização dos modelos de veículos não homologados segundo seus critérios.
Desde 1986 é obrigatório no Brasil o Estudo de Impacto Ambiental para rodovias,
ferrovias, portos e terminais de minérios, aeroportos, oleodutos, gasodutos e outros,
exigência que vem trazendo resultados na prevenção e controle de impactos
ambientais gerados pela infra-estrutura de transportes. Porém, essa legislação é
baseada na EPA (padrão norte-americano), o que torna as justificativas técnicas não
adequadas às condições tropicais brasileiras.
A Cetesb é o órgão técnico conveniado do Ibama para
assuntos de homologação de veículos, tendo a responsabilidade pela implantação e
operacionalização do Proconve no país. Assim, todos os novos modelos de veículos
e motores nacionais e importados são submetidos obrigatoriamente à homologação
quanto à emissão de poluentes. Para tal, são analisados os parâmetros de
engenharia do motor e do veículo relevantes à emissão de poluentes, sendo
também submetidos a rígidos ensaios de laboratório, onde as emissões reais são
quantificadas e comparadas aos limites máximos em vigor. A Lei Federal nº 8.723 de
28 de outubro de 1993 (republicada no Diário Oficial da União por incorreções em 29
de outubro de 1993) definiu os limites de emissão para veículos leves e pesados,
apresentados na tabela 2.6.5.1.
60
Tabela 2.6.5.1 – Limites máximos de emissão para veículos leves novos
Ano
CO
(g/km)
HC
(g/km)
NO
x
(g/km)
RCHO
2
(g/km)
MP
3
(g/km)
EVAP.
4
(g/teste)
CO-ML
(%vol)
89-91
24
2,1
2,0
-
-
6
3
92-96
24
2,1
2,0
0,15
-
6
3
92-93
12
1,2
1,4
0,15
-
6
2,5
Março 94
12
1,2
1,4
0,15
0,05
6
2,5
Janeiro 97
2,0
0,3
0,6
0,03
0,05
6
0,5
Maio 03
2,0
0,3
0,6
0,03
0,05
2
0,5
Jan/05 (40%)
2,0
0,16
5
Ou
0,30
6
0,25
7
Ou
0,60
3
0,03
0,05
2
0,5
7
Jan/06 (70%)
2,0
0,03
0,05
2
0,5
7
Jan/07 (100%)
2,0
0,03
0,05
2
0,5
7
Jan/09
2,0
0,05
5
ou
0,12
7
ou
0,02
0,05
2
0,5
7
Jan/09
2,0
0,30
6
0,25
3
0,02
0,05
2
0,5
7
1- Medição de acordo com a NBR6601 (US-FTP75), e conforme as Resoluções Conama
nº15/95 e nº315/02.
2- Apenas para veículos do ciclo Otto. Aldeídos totais de acordo com a NBR 12026.
3- Apenas para veículos do ciclo diesel.
4- Apenas para veículos do ciclo Otto, exceto a GNV.
5- Hidrocarbonetos não metano (NMHC)
6- Hidrocarbonetos totais somente para veículos a GNV, que também atendem o item (5)
7- Apenas para veículos do ciclo Otto, inclusive a GNV.
Fonte – Cetesb (2008)
Os fabricantes de veículos vêm cumprindo as exigências
legais, o que resultou na obtenção de redução média de mais de 94% na emissão
de poluentes dos veículos leves novos de 2004, em relação ao início do programa.
Os veículos leves foram considerados prioritários pelo Proconve, devido a sua
grande quantidade e intensa utilização, que os caracterizaram como o maior
problema a ser enfrentado.
O Proconve considera a qualidade do combustível e a
concepção tecnológica do motor como os principais fatores da emissão dos
poluentes. Para se obter a menor emissão possível, é necessário dispor de
tecnologias avançadas de combustão e de dispositivos de controle de emissões,
bem como de combustíveis 75 “limpos” (baixo potencial poluidor). O Brasil, pelo fato
de ter adicionado 22% de álcool à gasolina (gasolina C ou gasool), passou a
produzir um combustível de elevada qualidade sob o ponto de vista ambiental, o que
coloca o país como pioneiro na utilização em larga escala da adição de compostos
oxigenados à gasolina e do uso de combustíveis renováveis. Além disso, a
compatibilidade entre o motor e o combustível é fundamental para o pleno
61
aproveitamento dos benefícios que podem ser obtidos, tanto para a redução das
emissões, quanto para a melhoria do desempenho, dirigibilidade, consumo de
combustível e manutenção mecânica. Ainda a disponibilidade do etanol hidratado e
da mistura gasolina C, no mercado nacional desde o princípio da década de 80,
trouxe benefícios para o meio ambiente e para a saúde pública, destacando-se a
redução drástica das concentrações de chumbo na atmosfera, visto que o etanol é
também um antidetonante substituto do aditivo à base de chumbo, totalmente
retirado do combustível nacional desde 1991. Além disso, a adição de etanol à
gasolina trouxe imediatamente reduções da ordem de 50% na emissão de CO da
frota antiga dos veículos.
Esses dados podem ser verificados na Tabela 2.6.5.2, que
apresenta os fatores médios de emissão para veículos leves novos.
62
Tabela 2.6.5.2 – Fatores médios de emissão para veículos leves novos
Ano
Modelo
Combus-
Tível
CO
(g/km)
HC
(g/km)
NO
x
(g/km)
RCHO
(g/km)
CO
2
(g/km)
Autonom
ia
(km/L)
Emissão
evaporativa de
combustível
(g/teste)
Pré-1980 Gasolina 54,0 4,7 1,2 0,05 nd nd nd
1980-1983 Gasolina C 33,0 3,0 1,4 0,05 nd nd nd
Álcool 18,0 1,6 1,0 0,16 nd nd nd
1984-1985 Gasolina C 28,0 2,4 1,6 0,05 nd nd 23
Álcool 16,9 1,6 1,2 0,18 nd nd 10
1986-1987 Gasolina C 22,0 2,0 1,9 0,04 nd nd 23
Álcool 16,0 1,6 1,8 0,11 nd nd 10
1988 Gasolina C 18,5 1,7 1,8 0,04 nd nd 23
Álcool 13,3 1,7 1,4 0,11 nd nd 10
1989 Gasolina C 15,2 (-46%) 1,6 (-33%) 1,6 (0%) 0,040 (-20%) nd nd 23,0 (0%)
Álcool 12,8 (-24%) 1,6 (0%) 1,1 (-8%) 0,110 (-39%) nd nd 10,0 (0%)
1990 Gasolina C 13,3 (-53%) 1,4 (-42%) 1,4 (-13) 0,040 (-20%) nd nd 2,7 (-88%)
Álcool 10,8 (-36%) 1,3 (-19%) 1,2 (-0%) 0,110 (-39%) nd nd 1,8 (-82%)
1991 Gasolina C 11,5 (-59%) 1,3 (-46%) 1,3 (-19%) 0,040 (-20%) nd nd 2,7 (-88%)
Álcool 8,4 (-50%) 1,1 (-31%) 1,0 (-17%) 0,110 (-39%) nd nd 1,8 (-82%)
1992 Gasolina C 6,2 (-78%) 0,6 (-75%) 0,6 (-63%) 0,013 (-74%) nd nd 2,0 (-91%)
Álcool 3,6 (-79%) 0,6 (-63%) 0,5 (-58%) 0,035 (-81%) nd nd 0,9 (-91%)
1993 Gasolina C 6,3 (-77%) 0,6 (-75%) 0,8 (-50%) 0,022 (-56%) nd nd 1,7 (-93%)
Álcool 4,2 (-75%) 0,7 (-56%) 0,6 (-50%) 0,040 (-78%) nd nd 1,1 (-89%)
1994 Gasolina C 6,0 (-79%) 0,6 (-75%) 0,7 (-56%) 0,036 (-28%) nd nd 1,6 (-93%)
Álcool 4,6 (-73%) 0,7 (-56%) 0,7 (-42%) 0,042 (-77%) nd nd 0,9 (-91%)
1995 Gasolina C 4,7 (-83%) 0,6 (-75%) 0,6 (-62%) 0,025 (-50%) nd nd 1,6 (-93%)
Álcool 4,6 (-73%) 0,7 (-56%) 0,7 (-42%) 0,042 (-77%) nd nd 0,9 (-91%)
1996 Gasolina C 3,8 (-86%) 0,4 (-83%) 0,5 (-69%) 0,019 (-62%) nd nd 1,2 (-95%)
Álcool 3,9 (-77%) 0,6 (-63%) 0,7 (-42%) 0,040 (-78%) nd nd 0,8 (-92%)
1997 Gasolina C 1,2 (-96%) 0,2 (-92%) 0,3 (-81%) 0,007 (-86%) nd nd 1,0 (-96%)
Álcool 0,9 (-95%) 0,3 (-84%) 0,3 (-75%) 0,012 (-93%) nd nd 1,1 (-82%)
1998 Gasolina C 0,79 (-97%) 0,14 (-94%) 0,23 (-86%) 0,004 (-92%) nd nd 0,81 (-96%)
Álcool 0,67 (-96%) 0,19 (-88%) 0,24 (-80%) 0,014 (-92%) nd nd 1,33 (-87%)
1999 Gasolina C 0,74 (-97%) 0,14 (-94%) 0,23 (-86%) 0,004 (-92%) nd nd 0,79 (-96%)
Álcool 0,60 (-96%) 0,17 (-88%) 0,22 (-80%) 0,013 (-92%) nd nd 1,64 (-84%)
2000 Gasolina C 0,73 (-97%) 0,13 (-95%) 0,21 (-87%) 0,004 (-92%) nd nd 0,73 (-97%)
Álcool 0,63 (-96%) 0,18 (-89%) 0,21 (-83%) 0,014 (-92%) nd nd 1,35 (-87%)
2001 Gasolina C 0,48 (-98%) 0,11 (-95%) 0,14 (-91%) 0,004 (-92%) nd nd 0,68 (-97%)
Álcool 0,66 (-96%) 0,15 (-91%) 0,08 (-93%) 0,017 (-91%) nd nd 1,31 (-87%)
2002
(4)
Gasolina C 0,43 (-98%) 0,11 (-95%) 0,12 (-95%) 0,004 (-92%) 198 10,9 0,61 (-97%)
Álcool 0,74 (-98%) 0,16 (-90%) 0,08 (-93%) 0,017 (-91%) 191 7,2 nd
2003
(5)
Gasolina C 0,40 (-98%) 0,11 (-95%) 0,12 (-93%) 0,004 (-92%) 194 11,2 0,75 (-97%)
Álcool 0,77 (-95%) 0,16 (-90%) 0,09 (-93%) 0,019 (-89%) 183 7,5 nd
Flex
-
Gasol. C
0,50 (-98%) 0,05 (-98%) 0,04 (-98%) 0,004 (-92%) 210 10,3 nd
Flex-álccol 0,51 (-88%) 0,15 (-90%) 0,14 (-93%) 0,020 (-89%) 200 6,9 nd
2004
(6)
Gasolina C 0,35 (-99%) 0,11 (-95%) 0,09 (-94%) 0,004 (-92%) 190 11,4 0,69 (-97%)
Álcool 0,82 (-95%) 0,17 (-89%) 0,08 (-93%) 0,016 (-91%) 160 8,6 nd
Flex
-
Gasol. C
0,39 (-99%) 0,08 (-97%) 0,05 (-97%) 0,003 (-94%) 201 10,8 nd
Flex-álccol 0,46 (-97%) 0,14 (-91%) 0,14 (-91%) 0,014 (-92%) 190 7,3 nd
2005
(7)
Gasolina C 0,34 (-99%) 0,10 (-96%) 0,09 (-94%) 0,004 (-92%) 192 11,3 0,90 (-96%)
Álcool 0,82 (-95%) 0,17 (-89%) 0,08 (-93%) 0,016 (-91%) 160 8,6 Nd
Flex
-
Gasol. C
0,45 (-98%) 0,11 (-95%) 0,05 (-97%) 0,003 (-94%) 188 11,5 Nd
Flex-álccol 0,39 (-98%) 0,14 (-91%) 0,10 (-92%) 0,014 (-92%) 180 7,7
(9)
Nd
2006
(8)
Gasolina C 0,33 (-99%) 0,08 (-96%) 0,08 (-95%) 0,002 (-96%) 192 11,3 0,46 (-98%)
Álcool 0,67 (-96%) 0,12 (-93%) 0,05 (-96%) 0,014 (-92%) 200 6,9 nd
Flex
-
Gasol. C
0,48 (-98%) 0,10 (-95%) 0,05 (-97%) 0,003 (-94%) 185 11,7 0,62 (-97%)
Flex-álccol 0,47 (-98%) 0,11 (-95%) 0,07 (-96%) 0,014 (-92%) 177 7,8 1,27 (-87%)
63
1 – Médias ponderadas de cada ano-modelo pelo seu volume da produção.
2 – Com a inclusão do dióxido de carbono, à partir de 2002.
3 – Obtida por balanço de carbono, conforme a NBR 7024, para o ciclo de condução urbana.
4 – Para os modelos a gasolina predominam motores de 1.0L; para os a álcool, de 1.5 à 1.9L.
5 – Para os modelos a gasolina predominam motores de 1.0L; para os a álcool, de 1.0 e 1.8L. Nos
veículos tipo flex fuel, predominam motores de 1,6 e 1,8L. Parte da produção destes veículos foi
ensaiada com gasolina C e parte com álcool carburante.
6 – Para os modelos a gasolina há motores entre 1,0L e 2,0L; para os a álcool, de 1,0L. Nos veículos
tipo flex fuel, predominam motores de 1,6 e 1,8L. Parte da produção destes veículos foi ensaiada com
gasolina C e parte com álcool carburante. As maiores diferenças devido às cilindradas dos motores
são sentidas no CO
2
.
7 – Para os modelos a gasolina há motores entre 1,0L e 2,0L; para os a álcool, de 1,0L. Para os
veículos tipo flex fuel, predominam motores entre 1,o e 1,8L. Parte da produção destes veículos foi
ensaiada com gasolina C e parte com álcool carburante. As maiores diferenças devido às cilindradas
dos motores são sentidas no CO
2
.
8 – Para os modelos a gasolina há motores entre 1,0L e 2,0L; os modelos a álcool foram
descontinuiados, os valores são de um único modelo de 1,8L com produção da ordem de 500
unidades. Para os veículos tipo flex fuel há motores entre 1,0L e 2,0L. As maiores diferenças devido à
cilindrada dos motores são sentidas no CO
2
.
9 – No relatório de 2005, consta erroneamente o valor de 8,6km/L, sendo o correto de 7,7km/L
nd – Não disponível
(%) – Refere-se à variação verificada em relação aos veículos 1985, antes da atuação do Proconve.
Gasolina C: 78% gasolina + 22% álcool anidro (v/v).
Fonte – Cetesb (2008)
A partir desses dados, notem-se principalmente os valores
apresentados para os veículos fabricados no ano de 2004, já que este é o ano do
veículo utilizado nos ensaios.
Há uma tendência mundial para a adição de compostos
oxigenados à gasolina, visando à redução do impacto poluidor. A experiência
internacional nesse sentido tem demonstrado a superioridade da utilização de
alcoóis, notadamente do etanol como no caso brasileiro, em relação aos éteres, sob
o ponto de vista ambiental e de saúde pública.
O Proconve adota uma abordagem bottom-up. Nessa
abordagem a previsão é realizada diretamente para cada item ou para cada
localidade e, posteriormente, agregado. Outra abordagem possível é a top-down,
também conhecida como abordagem analítica, em que se realizam previsões para
séries consolidadas, feitas para grupos ou famílias e depois desagregada para cada
item, segundo o percentual histórico. Também é possível fazer uma previsão
agregada para uma região e, então, decompor em previsões para as diversas
localidades que compõem esta região, segundo sua representatividade histórica.
Assim, o Proconve estima o total de emissões a partir de fatores de emissão médios
para cada ano-modelo de veículo, nos quais são aplicados fatores de deterioração,
multiplicados pela frota de cada ano-modelo em um determinado ano multiplicado
64
pela quilometragem percorrida pelos veículos. Assim, podem-se estimar as
emissões de origem veicular “E” de um poluente “p” em um ano “t” através da
equação 2.6.5.1 abaixo:
Equação 2.6.5.1 – Modelo de estimativa adotado pelo Proconve
∑
×××=
ic
picpictictictp
FDFEKFE
,
,,,,,,,,,
))((
Onde:
i é a parcela da frota fabricada em cada ano (“ano-modelo”);
c é o tipo de combustível empregado (gasool, álcool, GNV);
E
p,t
são as emissões de origem veicular de um poluente p no ano t;
F
c,i,t
é o número de veículos ano-modelo i em circulação no ano t usando combustível c;
K
c,i,t
é a distância média percorrida em quilômetros;
FE
c,i,p
é o fator médio de emissão dos veículos novos;
FD
c,i,p
é o fator de deterioração das emissões de um veículo.
Para fins de inventários, a Cetesb usa fatores de emissão
adaptados da EPA e não os medidos no processo de licenciamento (que são
medidos em g/kWh), que podem não refletir corretamente as variações nos “FE”
induzidas pelo Proconve. Para os fins que o inventário de emissões da Cetesb
serve, tal aproximação é plenamente válida, mas para os propósitos deste trabalho
tal simplificação impede a modelagem das emissões. A Resolução Conama nº 7, de
31.08.93, define as diretrizes básicas e os padrões de emissão para o
estabelecimento de programas de inspeção e manutenção de veículos em uso.
Os fatores de emissão para veículos novos são obtidos no
Laboratório de Emissão Veicular da Cetesb, seguindo a norma NBR-6601, com
metodologia semelhante à vigente nos EUA. Para os demais veículos, é aplicado um
fator de correção chamado Fator de Degradação (FD), que é obtido segundo o
procedimento definido pela norma NBR-6601. A média geral da quilometragem
rodada, em geral, é adotada segundo a norma americana US-EPA e também
através de pesquisa junto a motoristas brasileiros em relação à quilometragem
acumulada no odômetro em um ano. A tabela 2.6.5.3 resume os dados relativos à
média de quilometragem percorrida no ano, adotado pela Cetesb para cálculos de
inventários.
65
Tabela 2.6.5.3 – Média geral da quilometragem anual percorrida pelos veículos
Tipo de veículo km/ano
Gasolina
12.000
Álcool
18.300
Diesel
80.000
Táxi
60.000
Motocicletas e similares
12.000
Fonte – Cetesb (2008)
Os dados referentes à evolução da frota de veículos
automotores são extraídos do relatório do Ministério dos Transportes e do
Departamento Nacional de Trânsito – Denatran (2008). Os resultados desses
cálculos são apresentados nos relatórios anuais de emissões da Cetesb, em
toneladas de poluentes/ano, ou seja, os dados referentes às emissões são
calculados em termos de unidade de massa por unidade de tempo. Para se obter a
razão de emissão por região de estudo, é necessário também se dividir essas
emissões por unidade de área, composta em geral, por quadrados de 25 km². As
emissões de cada um dos poluentes (CO, NOx, HC, PTS etc.) são expressas em
termos de gramas/hora para cada hora do dia, para cada quadrado da grade
(LANDMANN, 2005).
Como o inventário da Cetesb para as emissões veiculares é
apresentado de forma agregada em função da frota total e da quilometragem média
rodada por ano, não há como se chegar, através dele, às diferenças nas emissões
para cada um dos “quadrados-áreas” da grade. O melhor refinamento possível dos
dados é obtido dividindo-se o total emitido pela frota de veículos registrada em cada
uma das regiões que a compõem. Mas a entrada de dados, segundo esse método,
fica muito agregada, pois não representa as diferenciações intra-urbanas, e também
pressupõe que a frota registrada em um município circula somente dentro do seu
próprio território, o que não acontece na prática.
Para se calcular a emissão de poluentes dos veículos
automotores considerando-se as diferenças intra-urbanas nos modelos usuais, é
preciso, antes de tudo, saber a quantidade de veículos que circula em cada uma das
vias da malha viária. Esse valor se obtém ou através de contagens de tráfego ou
através de simulação. Fazer contagens de tráfego nas vias principais é um trabalho
66
muito caro, por isso, o melhor método é obter os dados das quantidades de veículos
através de simulação.
Em cidades pequenas e médias, num único quadrado básico
pode-se ter representada a grande maioria das rotas da cidade, portanto, essa área
pode representar toda a região no que diz respeito à emissão de poluentes.
A localização mais ou menos precisa da emissão dos poluentes
tem grande importância quando se estuda, por exemplo, a saúde pública e
qualidade de vida na região. Quando se trata de inventários, o estudo pode ser
menos preciso na localização exata dos emissores, já que o importante é o total das
emissões de uma região. Fatores, como perfil da trajetória, são mais importantes do
que onde elas ocorrem plani-metricamente.
Segundo Mendes (2004) os efeitos do Proconve podem ser
menores do que os publicados em estudos anteriores, o que indica a necessidade
de se criarem novos instrumentos de política para reduzir as emissões veiculares.
Os motores com ignição por centelha possuem dispositivos
destinados a reduzir a poluição ambiental produzida pelas emissões de combustão
de combustível. Entre esses dispositivos citam-se os potes catalíticos, cuja função é
reduzir as emissões transformando CO, NO
x
e combustível não queimado em CO
2
,
H
2
O e N
2
.
Para se obter alta eficiência de conversão, isto é transformação
do gás poluente em outro não poluente, é necessário que a composição da corrente
que passa através do conversor catalítico seja mantida sem grandes oscilações e
em condições muito próximas da estequiométrica. Os dispositivos catalíticos
utilizados são constituídos por um suporte e um elemento ativo de alumina, para
catalisadores esféricos, ou de cerâmica, para catalisadores monolíticos. A fase ativa
é constituída por metais preciosos – paládio, platina ou ródio – que são impregnados
nas paredes do suporte, em quantidades bem reduzidas. Entre esses metais, o ródio
é o mais caro, contudo, é essencial para a redução do NO
x
e não interferindo na
oxidação do CO (FARAH, 2004; TURNS, 2000).
As reações catalíticas ocorrem a temperaturas da ordem de
200 a 250ºC, que são atingidas após a partida do motor. A eficiência dessas reações
é da ordem de 90% podendo atingir 99% (FARAH, 2004). Segundo Silva Filho
(2006), os catalisadores passam a funcionar efetivamente apenas em temperatura
acima de 350ºC, demandando tempo para ser atingido. Os catalisadores conservam
67
sua atividade em condições normais de operação por cerca 80.000km. Seu
envelhecimento se dá por ordem térmica. Entretanto, se o catalisador alcançar
temperaturas da ordem de 1000ºC, que podem ser atingidas caso haja grande
quantidade de hidrocarboneto não queimado (uma vela de ignição ou sua remoção
por alguns minutos, por exemplo) ou por envenenamento, perderá sua função de
oxidar os gases tóxicos. Os principais venenos do catalisador é o chumbo que inibe
a ação catalítica por entupimento dos poros e o enxofre que inibe a ação catalítica
do paládio e pode levar a formação de H
2
S (FARAH, 2004). Seu custo de reposição
é elevado, além de aumentar a pressão de exaustão dos gases queimados,
provocando um aumento no consumo de combustível, e consequentemente
aumentando as emissões de poluentes.
Também existe a sonda lambda, um equipamento que permite
a regulagem da relação ar/combustível em uma região muito próxima da
estequiométrica. Esta regulagem necessita de um dispositivo de injeção eletrônico e
é efetuada a partir de uma sonda a oxigênio colocada no circuito de descarga, que
envia a medida do teor de oxigênio no gás de combustão ao sistema de injeção
eletrônica, o qual dosa a quantidade de gasolina para a condição estequiométrica.
Nas cidades de renda média mais alta, como a de São Paulo, o
automóvel particular atende grande parte das viagens motorizadas. A queda na
inflação, desde 1995, determinou novo ciclo de crescimento da indústria
automobilística. A classe média sentiu-se segura para adquirir veículos novos,
inclusive importados, pelo fim das barreiras à importação de veículos, peças e
componentes. Assim, a frota estadual de automóveis representava em 1997 cerca
de 50% da frota brasileira, respondendo por cerca de 47% dos deslocamentos
urbanos na RMSP. Esse aumento na frota de automóveis provocou uma sensível
queda no uso de transporte público no município de São Paulo.
O inverno de 2004, na cidade de São Paulo, mostrou registros
recordes de má qualidade do ar, sendo o O
3
o responsável pela maioria deles. O O
3
resulta da reação entre o óxido de nitrogênio e o dióxido de nitrogênio (NO e NO
2
).
Esse processo de formação é desencadeado pela energia solar, sendo que
temperaturas acima de 25ºC e umidade abaixo de 43% ajudam o processo. Ele tem
sido relacionado a um maior número de casos de câncer.
Estima-se que em 2020 haverá aumento de 93% da demanda
por transportes de bens, com 1,3 bilhões de toneladas anuais no Estado. Outra
68
questão fundamental nas políticas para o setor de transportes é a emissão de
poluentes, intensificada pelo predomínio do transporte individual frente ao coletivo, e
pelo uso prioritário do diesel e da gasolina em detrimento dos combustíveis
alternativos.
De forma ampla, a qualidade do ar da região metropolitana
apresenta os dados apresentados nas tabelas 2.6.5.4 e 2.6.5.5:
Tabela 2.6.5.4 – Padrões de qualidade do ar – material particulado
Padrões de qualidade do ar – material particulado
24 Horas
Anual
Partículas Totais em Suspensão (PTS)
240µg/m
3
80µg/m
3
Fumaça (FMC)
150µg/m
3
60µg/m
3
Partículas Inaláveis (MP)
150µg/m
3
50µg/m
3
Partículas Inaláveis Finas (MP)
---------
15µg/m
3
Fonte – Cetesb (2008)
Tabela 2.6.5.5 – Padrões de qualidade do ar – gases
Dióxido de
enxofre
(SO
2
)
As concentrações sofreram uma redução sensível ao longo dos anos e hoje
todas as estações atendem aos padrões primários e secundários de qualidade
do ar. Ressalte-se ainda que mesmo o novo limite sugerido pela Organização
Mundial da Saúde – OMS – (125µg/m³ – 24h) está sendo respeitado em todos
os locais monitorados na RMSP.
Monóxido de
carbono (CO)
As concentrações de monóxido de carbono excedem o padrão de qualidade do
ar para 8 horas (9ppm), em alguns dias de inverno. Não têm sido observadas
ultrapassagens do nível de atenção (15ppm). As concentrações médias
apresentam tendência de queda, motivados principalmente pela renovação da
frota de veículos leves.
Ozônio (O
3
)
No caso do ozônio, o padrão de qualidade do ar (160µg/m3 – 1h) e também o nível
de atenção (200µg/m3 – 1h) são frequentemente ultrapassados, principalmente nos
dias de alta insolação. O novo limite sugerido pela OMS (120µg/m³ – 8h) também
não é respeitado.
Dióxido de
nitrogênio
(NO
2
)
Os dados de dióxido de nitrogênio mostram que o padrão horário (320µg/m³) não
foi ultrapassado em 2004, embora existam alguns casos em anos anteriores.
Porém, o padrão nacional é mais elevado que o limite sugerido pela OMS
(200µg/m3 – 1h). O padrão anual (100µg/m3), não tem sido ultrapassado nos
últimos anos.
Fonte – Cetesb (2008)
69
Segundo Onursal e Gautan (1997), desenhar uma estratégia
de abatimento da poluição atmosférica veicular em áreas urbanas requer um bom
entendimento da natureza e magnitude do problema de poluição do ar e
aplicabilidade de diversas medidas de abatimento. A política das medidas de
abatimento pode ser classificada como de Comando e Controle ou Incentivos
baseados no Mercado. A escolha do tipo de medida depende dos custos e
benefícios, bem como da capacidade de monitoramento e imposição das instituições
responsáveis.
Segundo Onursal e Gautan (1997) e Maclean e Lave (2003) as
medidas de Comando e Controle para reduzir a poluição do ar contam
principalmente com opções regulatórias. Essas medidas incluem:
• Padrões de emissão que fixam uma quantidade ou concentração máxima de
poluentes que legalmente podem ser emitidos pelos veículos
• Padrões de especificação da qualidade do combustível para os veículos
• Padrões de economia de combustíveis
• Critérios para teste e regulamentação para os novos veículos
• Exigências de inspeção e manutenção para os veículos em uso
• Restrições de tráfego
Desde quando a poluição foi vista como uma externalidade
negativa, os custos não são completamente assumidos pelos poluidores. Incentivos de
mercado, baseados no princípio do “poluidor pagador”, impõem um custo sobre as
atividades poluidoras, dessa forma internalizando um valor para externalidade. Alguns
poluidores preferem pagar o “preço” imposto pelo órgão regulador do que diminuir os
níveis de poluição, enquanto outros acham mais barato modificar suas atividades atuais
de forma a reduzir ou eliminar a poluição. Incentivos baseados no Mercado têm sido
usados para controlar a poluição veicular incluindo taxas sobre os veículos, taxas sobre
os combustíveis etc. (ONURSAL; GAUTAN, 1997).
A tabela 2.6.5.6 apresenta algumas medidas que poderiam ser
adotadas.
70
Tabela 2.6.5.6 – Medidas para amenizar a poluição veicular
Tipo de Medida Comando e Controle Incentivos Baseados no Mercado
O Alvo é o
Veículo
Padrões de emissões e medidas
relacionadas a novos veículos
Taxa sobre as emissões veiculares
Padrões de emissões
Taxas e impostos diferenciados nos
registros de veículos
Certificações Programas de Ajustes (Retrofit)
Testes nas linhas de produção
Incentivos ao sucateamento ou troca dos
veículos antigos
Programas de chamada de
retorno aos fabricantes em caso
de não enquadramento aos
padrões de emissão (Recall)
Garantias
Padrões de emissão e programas
de inspeção para veículos em
uso
Programas de Inspeção e
Manutenção (I/M)
Programas de inspeção à
margem da estrada
Restrições de emissão para os
veículos importados
Alvo é o
combustível
Padrões para Gasolina Taxas sobre os combustíveis
Chumbo Comércio de créditos e permissões
Volatilidade
Benzeno e outros aromáticos
Reformulação
Oxigenados
Gerenciamento
de
Transportes
Leis de direção Pedágios Medidas adicionais
Restrições ao estacionamento e
comércio em ruas
Licenciamento
de áreas
Fornecimento de
serviços de
transportes públicos
Medidas de tráfego prioritárias
para ônibus
Estímulo ao transporte
não motorizado
Viagem compartilhada (“carona”)
Estacionamento fora
das vias de tráfego
Escalonamento dos horários de
trabalho
Limites de velocidade e outras
medidas de gerenciamento de
trafego
Planos e controles de utilização
do solo
Fonte – Onursal e Gautan (1997)
Há, no Brasil, alguns projetos que visam diminuir a poluição
gerada por veículos automotores e que estão descritos a seguir.
71
O Projeto Economizar, criado em 1996, oferece gratuitamente
apoio técnico ao setor de transporte rodoviário – cargas e passageiros –, visando a
racionalizar o consumo de óleo diesel e promover a melhoria da qualidade do ar,
reduzindo a emissão de fumaça preta de ônibus e caminhões. O Economizar é fruto
de uma articulação entre os setores público e privado, estruturada por intermédio de
um convênio de cooperação técnica entre a Petrobras, por meio do Programa
Nacional de Racionalização do Uso dos Derivados de Petróleo e do Gás Natural
(CONPET), o Ministério de Minas e Energia, o Ministério dos Transportes e a
Confederação Nacional do Transporte (CNT), por meio do Instituto de
Desenvolvimento Assistência Técnica e Qualidade em Transporte (Idaq). O
CONPET é um programa do Ministério de Minas Energia, coordenado por
representantes de órgãos do governo. Foi instituído por decreto federal em 1991 e
seu principal objetivo é incentivar o uso eficiente das fontes de energia não-
renováveis no transporte, nas residências, no comércio, na indústria e na
agropecuária.
A organização e o modo de funcionamento do Projeto
Economizar compreendem uma coordenação nacional e supervisões regionais. A
coordenação nacional – Petrobrás/CONPET e CNT/Idaq – é responsável pela
articulação institucional, pelo estabelecimento de metas a serem atingidas, pela
aprovação de normas e procedimentos operacionais, além do acompanhamento e
avaliação dos resultados. Às supervisões regionais cabem a elaboração das normas
e procedimentos operacionais e o planejamento e controle da execução dos
trabalhos de campo nas respectivas áreas de influência. O Projeto Economizar é
provido de unidades móveis dotadas dos instrumentos necessários para analisar os
pontos críticos que influenciam o uso racional do óleo diesel. A parceria deve realizar
a avaliação dos seguintes pontos:
• Metodologia de gestão do uso dos combustíveis pelos transportadores;
• Estado dos veículos e rendimento dos motores (teste de fumaça com
opacímetro);
• Práticas de manutenção dos veículos;
• Qualificação de motoristas e mecânicos;
• Qualidade do diesel consumido, cuidados com o recebimento, armazenagem
e instalações;
72
• Identificação de práticas e experiências bem-sucedidas adotadas pelas
empresas que contribuem para o aumento da eficiência do uso do óleo diesel.
A Iniciativa de Ar Limpo nas Cidades da América Latina é um
programa lançado pelo Banco Mundial, em dezembro de 1998, que procura apoiar
essas cidades em ações de melhoria e reunir esforços dos governos locais, dos
setores privados, dos órgãos ambientais, da sociedade civil, das organizações não-
governamentais e de entidades internacionais. As cidades que atualmente
participam diretamente da Iniciativa são Rio de Janeiro, São Paulo, Lima, México,
Bogotá, Santiago e Buenos Aires, devido a suas condições de poluição atmosférica
(PIZZOTTI; XAVIER; LOUREIRO, 2003).
Também, de acordo com as metas do Proconve, os órgãos
estaduais de controle ambiental, a partir de 1997, deveriam implantar os Programas
de Inspeção e Manutenção de Veículos em Uso, cuja regulamentação se deu
através das seguintes resoluções: Resolução Conama 07/93, Resolução Conama
18/95 e Resolução Conama 227/97.
Com o foco especial no Programa de I/M, a Resolução Conama
N. 7, de 31.08.93, define as diretrizes básicas e padrões de emissão para o
estabelecimento de programas de inspeção e manutenção de veículos em uso.
Entretanto, apenas no Rio de Janeiro foi estabelecido o
Programa de I/M, através da Lei Estadual N. 2539, de 19.04.96, restrito à Região
Metropolitana na fase inicial e, hoje, abrange todos os municípios (DUBEUX,
[2006?]).
O Plano de Controle da Poluição por Veículos em Uso – PCPV
– estabelecido no Estado do Rio de Janeiro visa atender às Resoluções Conama nº
18/86 e nº 7/93, à Resolução nº 809 do Contran (Conselho Nacional de Trânsito) e o
cumprimento às leis nº 8.666/96 e 2.539/96. Dessa forma, foi assinado em 30 de
janeiro de 1997 o Convênio entre Detran e Feema a fim de cumprir a determinação
dos dispositivos legais para o controle de poluentes gasosos, no licenciamento de
veículos automotores, na região metropolitana do Rio de Janeiro e, posteriormente,
estendido a outros municípios do interior do Estado do Rio de Janeiro.
73
2.7 Inventários de fontes de emissão
2.7 Inventários de fontes de emissão2.7 Inventários de fontes de emissão
2.7 Inventários de fontes de emissão
Segundo o Inventário de Fontes Emissoras de Poluentes
Atmosféricos da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (2004), da Feema, um
Inventário de Emissões Atmosféricas é o cálculo da quantidade de certos poluentes
atmosféricos emitidos, a partir de dada tipologia de fonte, em um dado intervalo de
tempo, para um dado local. O inventário de fontes de emissão de poluição
atmosférica constitui um dos instrumentos de planejamento mais úteis para um
órgão ambiental, uma vez que qualifica e quantifica as atividades poluidoras do ar e
fornece informações sobre as características das fontes, definindo localização,
magnitude, frequência, duração e contribuição relativa das emissões. Esse
instrumento possibilita a elaboração de diagnósticos que permitirão fortalecer as
tomadas de decisão relativas ao licenciamento de atividades poluidoras e as
eventuais ações de controle necessárias.
A EPA (1997) define a ferramenta Inventário de Emissões
Atmosféricas como uma listagem atualizada e abrangente das emissões
atmosféricas causadas por fontes ou grupo de fontes que estão localizadas numa
área geográfica específica para um intervalo de tempo definido.
Um inventário de emissões envolve, portanto, a investigação de
cada fonte ou grupo de fontes, dentro de uma área para determinar a quantidade e a
qualidade dos poluentes de vários tipos que estão sendo lançados na atmosfera.
Usualmente um inventário de emissões deve conter as
seguintes informações (EEA, 2003):
• Área geográfica coberta pelo inventário;
• O intervalo de tempo considerado para a estimativa, isto é, anual, mensal,
horário, etc.;
• Informações de dados econômicos e/ou sociais, tais como: população, nível
de emprego etc., utilizados nas estimativas e distribuição das emissões;
• A descrição das categorias de fontes abrangidas;
• Procedimentos usados para a coleta de dados;
• Fonte dos dados coletados;
74
• Cópia dos questionários e resultados (número de questionários enviados,
número de respostas recebidas, métodos utilizados para se fazer a
extrapolação dos dados não recebidos e, outras considerações realizadas);
• Citação de todos os fatores de emissão utilizados;
• Identificação dos métodos usados para o cálculo das emissões;
• Documentação completa de todas as considerações realizadas;
• Identificação das fontes de emissão não incluídas no inventário;
• Lista de referências.
A preparação do inventário de emissões é um processo
contínuo que envolve uma série de etapas inter-relacionadas, como a busca e
compilação de dados, vistorias em plantas industriais, envio de questionários e
cálculos de emissões, devendo ser executadas com prévio planejamento em vários
níveis de aplicação para a obtenção de resultados consistentes e para o bom
desempenho das atividades.
Segundo a EEA (2002), o inventário de emissões atmosféricas
é a base essencial para todos os programas de gerenciamento da qualidade do ar.
Essa ferramenta pode ser usada com vários propósitos, mas frequentemente é
desenvolvida para atender às requisições regulamentadas pelas agências
ambientais.
Um inventário de emissões pode ser usado para avaliar o
status da qualidade do ar de uma região e suas relações com os padrões de
qualidade do ar; avaliar a efetividade dos programas de controle de poluição do ar e
servir de base para a implementação de mudanças necessárias nesses programas.
As informações técnicas originadas do inventário de emissões
podem ainda ter os seguintes usos específicos (EPA, 1997; EEA, 2003):
• Determinar conformidades ou não conformidades com os padrões
estabelecidos;
• Estabelecer uma linha de base para medidas de planejamento e controle;
• Identificar as fontes e os níveis de emissões, padrões e tendências para o
desenvolvimento de estratégias de controle e novas regulamentações;
• Servir como dados de entrada para o desenvolvimento de modelos preditivos
da concentração de poluentes;
• Servir como dados para estudos de avaliação de riscos à saúde humana;
75
• Conduzir avaliação de impacto ambiental para fontes novas;
• Servir como base nos processos de licenciamento ambiental;
• Servir como ferramenta nos programas futuros de créditos de emissões;
• Estabelecer áreas para implantação de monitores da qualidade do ar.
A importância dos inventários de emissões aumenta com o
avanço na sofisticação dos modelos matemáticos de dispersão e de outras
ferramentas utilizadas no gerenciamento da qualidade do ar e, como resultado, o
interesse na verificação das emissões se torna difundido.
Um inventário de emissões serve, portanto, para o
estabelecimento de sólidas políticas públicas. A formulação de estratégias de
controle apropriadas requer uma base de estimativas de emissões de qualidade. Se
os dados usados forem falhos ou de origem duvidosa, as políticas públicas
derivadas também serão. Os erros daí advindos podem onerar as estratégias de
controle, além de prejudicar o bem-estar público e o meio ambiente (EEA, 2004).
Um inventário de emissões é o primeiro passo para a
implantação de um sistema de gestão de emissões, sendo um processo de
constante evolução e de longo prazo. A execução de um inventário é um esforço
que obtém ao longo do tempo resultados cada vez melhores. Metas intermediárias
devem ser estipuladas para períodos definidos e as melhorias obtidas anualmente
devem ser adequadamente documentadas para que não sejam perdidas.
Inicialmente, esse instrumento de gestão era utilizado, mais
comumente, por órgãos ambientais. Atualmente, diversas indústrias dos mais
variados segmentos (de petróleo, siderurgia etc.) têm implementado sistemas de
inventário de emissões tendo como principais objetivos a otimização de processos, a
adequação a atuais e futuros padrões de emissão, o comprometimento com as
melhores práticas mundiais e a sustentabilidade dos empreendimentos ao longo do
ciclo de vida.
2.8 Modelos de emissão de poluição
2.8 Modelos de emissão de poluição2.8 Modelos de emissão de poluição
2.8 Modelos de emissão de poluição
Segundo Moreira e Tirabassi (2004), a característica teórica
dos modelos matemáticos de emissão é essencialmente subdividida em quatro
formulações fundamentais.
76
• A aproximação K: a difusão é considerada em um ponto fixo no espaço,
sendo proporcional ao gradiente local da concentração do material difundido.
Consequentemente, tal aproximação é fundamentalmente Euleriana,
considerando-se o movimento do fluido relacionado a um sistema de
referência fixo no espaço. Tais modelos são os mais adaptados a enfrentar os
problemas complexos, como por exemplo, a dispersão de poluentes sobre
topografia complexa ou a difusão de poluentes reativos. Eles se baseiam na
resolução numérica sobre uma grade espaço-temporal fixa da equação da
conservação de massa de uma espécie química poluente.
• Os modelos Eulerianos: constitui a aproximação matemática mais simples
porque ignora a estrutura espacial do fenômeno. Ele assume que os
poluentes são distribuídos uniformemente no interior de um paralelepípedo
(uma caixa). Do ponto de vista teórico, isto equivale a assumir coeficientes de
difusão infinitos que provocam uma propagação instantânea do poluente
imerso na caixa considerada. O poluente presente na caixa provém da fonte
interna, da contribuição externa transportada pelo vento ou flui através do
topo em consequência da variação de altura da caixa, que geralmente
coincide com a altura da camada limite.
• Os modelos Lagrangeanos: porque utilizam um sistema de referência que
segue o movimento da atmosfera. Inicialmente, com o termo Lagrangeano
indicava-se somente o modelo de caixa "móvel", que segue a trajetória do
vento médio. Atualmente, são imersos nesta classe todos os modelos que
acompanham a nuvem de poluentes em "elementos" discretos, como
segmento ou partículas fictícias. Nos modelos de partículas, a dispersão de
um poluente é simulada através do movimento de partículas fictícias
(partículas de computador) cujas trajetórias permitem calcular o campo de
concentração da substância imersa, a partir da hipótese básica de que as
trajetórias destas partículas simulam o percurso das partículas do ar situado
na mesma posição no instante inicial. Os movimentos destas partículas
podem ser reproduzidos de modo determinístico e em modo estocástico.
• O modelo Gaussiano: a maior parte dos modelos operacionais para a
estimativa da dispersão de gás e partículas na camada limite atmosférica é
baseada na aproximação Gaussiana. Ela fundamenta o pressuposto teórico
na solução exata, mas não real, da equação de transporte e difusão na
77
atmosfera, no caso em que o vento e o coeficiente de difusão turbulenta são
constantes com a altura. A solução é forçada a representar situações reais
através de parâmetros empíricos, os chamados "sigmas". Podem ser
estacionários (independentes do tempo, e considerados "modelos pluma") e
os que dependem do tempo. O nome deriva do fato de que a distribuição dos
poluentes, ambos vertical e transversalmente à direção do vento, é descrita
da famosa curva descoberta pelo físico-matemático Gauss. As várias versões
dos modelos Gaussianos se diferenciam essencialmente pela técnica utilizada
para calcular o sigma em função da estabilidade atmosférica e da distância da
fonte emissora. Podem ser distinguidas duas técnicas fundamentais neste
sentido: a primeira faz uso de funções adimensionais construídas com a idéia
de medidas disponíveis da intensidade da turbulência; a segunda utiliza
funções semi-empíricas para o sigma construído para a classe de estabilidade
com que são esquematizados de acordo com o estado da atmosfera.
Os modelos analíticos podem ser considerados intermediários
entre o modelo K e o Gaussiano. Do segundo conservam a simplicidade, pois o
campo de concentração é descrito através de uma fórmula simples, mas, ao mesmo
tempo, são capazes de considerar, de modo teoricamente mais correto, situações
em que o vento e o coeficiente de difusão turbulento variam com a altura.
Segundo Jacondino e Cybis (2003), os fatores de emissão
utilizados para cada localidade deveriam ser baseados em medições das taxas de
emissão realizadas pelos veículos na área de estudo. A obtenção de medições
precisas de fatores de emissão, entretanto, é um processo complexo e de custo
elevado. Em razão disso, poucos experimentos são realizados e, além disso,
geralmente testam uma pequena quantidade de veículos e sob condições limitadas
(em termos das condições de condução dos veículos testados – em laboratório ou
em condições reais de tráfego).
Os modelos de emissão de uma maneira geral são utilizados
para dois tipos de análise. Eles podem ser utilizados para prever os valores
absolutos de poluição (inventários), como, por exemplo, identificar as ruas que
excedem os padrões de qualidade do ar. Para este tipo de análise um alto grau de
precisão nos fatores de emissão será requerido. Outra finalidade é a sua utilização
em avaliações de impacto, como a comparação de diferentes estratégias de tráfego.
78
Neste tipo de análise a precisão nos fatores de emissão pode não ser um fator tão
importante.
Ainda segundo Jacondino e Cybis (2003), os modelos de
emissão podem ser classificados em:
• Modelos baseados na velocidade média: funcionam com base em fatores
específicos de emissão para cada tipo e tecnologia de veículo/motor, fator de
degradação e uma situação de tráfego médio. Geralmente eles formam a
base para o cálculo das emissões de poluentes em escala local, mas também
podem ser empregados para inventários regionais ou nacionais;
• Modelos de emissões instantâneos ou modais: leva em conta o modo de
operação do veículo através de detalhados parâmetros tais como, aceleração,
velocidade e força utilizada pelo motor. Normalmente, são utilizados para a
quantificação dos poluentes em escalas locais. A estimativa dos poluentes é
feita através do emprego de matrizes de poluentes em função da velocidade e
aceleração, ou velocidade e força do motor. Existem ainda os baseados em
regressões lineares e paramétricos. Tradicionalmente, são os modelos de
emissão associados aos modelos de tráfego;
• Modelos agregados: calculam as emissões médias a partir de estatísticas de
uso dos veículos, por exemplo, a quilometragem anual, a divisão dos tipos de
vias, etc., incluindo os efeitos das partidas a frio, evaporações, etc e são
utilizados para inventários regionais e nacionais de emissões.
Vários programas simuladores de tráfego possuem modelos de
emissão e dispersão de gases, como o SIA 3.0 Atmos, Dracula (Dynamic Route
Assignment Combining User Learning and Microsimulation), Saturn (Simulation and
Assignment of Traffic to Urban Road Networks), EMME/2, EcoGest, , etc. Em geral
esses sistemas possuem ferramentas de geoprocessamento, modelos de dispersão,
relacionamento com dados de qualidade do ar e meteorologia, e as fontes são
inseridas com:
• Localização
• Características físicas (altura, temperatura, altitude)
• Variáveis para a quantificação das emissões e etc.
Esses programas normalmente consideram que a taxa de
emissão de certo poluente num determinado período é calculada multiplicando-se o
número de veículos pela distância percorrida no trecho da via e pelo fator de
79
emissão especifico da frota (g/km). As taxas de emissão são funções do volume de
tráfego de veículos em cada via. Os resultados, na maior parte dos trabalhos, são
expressos na forma de taxas de emissão ou em toneladas de poluente por ano
(t/ano).
Os dados referentes às emissões são calculados em termos de
unidade de massa por unidade de tempo, por unidade de área, para serem inseridos
no modelo. Ou seja, a região metropolitana é dividida em uma grade composta por
quadrados, por exemplo, de 25 km² ou com 9 km² de área, e as emissões de cada
um dos poluentes (CO, NO
x
, HC, PTS etc.) são expressas em termos de
gramas/hora para cada hora do dia, para cada quadrado da grade.
A tabela 2.8.1 apresenta a taxa de emissão de poluentes, para
veículos leves a gasolina com motor aquecido, utilizada no programa Dracula, onde
são aplicadas as taxas de emissão de poluente de acordo com a velocidade dos
veículos, operando em condições estabilizadas.
Tabela 2.8.1 – Taxa de emissão para veículos leves á gasolina no programa Dracula
Velocidade (km/h) Modo de operação
Poluente
(g/s)
10 20 30 40 50 60 70 Parado
Acele
rando
Desacele
rando
CO 0,06 0,091 0,13 0,129 0,09 0,11 0,177 0,06 0,377 0,072
NO
x
0,0006 0,0006 0,0017 0,0022 0,0042 0,0050 0,0058 0,0008 0,01 0,005
HC 0,0063 0,0078 0,0083 0,0128 0,0097 0,0117 0,0136 0,0067 0,02 0,0067
Fonte – Jacondino (2005)
A tabela 2.8.2 apresenta a taxa de emissão de poluentes, para
veículos leves a gasolina com motor aquecido, utilizada em outros simuladores de
tráfego, onde são aplicadas as taxas de emissão de poluente de fixos por veículo no
tramo.
80
Tabela 2.8.2 – Fatores de emissão sugeridos por Detran e Feema (2001)
Fontes de emissão
Poluente
CO
g/km
HC
g/km
NO
x
g/km
SO
x
g/km
MP
g/km
Combustível
Tubo de escapamento
Gasolina
14,00
2,40
0,85
0,20
0,08
Álcool
18,60
2,00
1,40
------
------
Diesel
17,80
2,90
13,00
1,13
0,81
Emissão do cárter e
evaporativa
Gasolina
------
2,10
------
------
------
Álcool
------
1,60
Pneus
Todos os
tipos
------
------
------
------
0,07
Fonte – Detran e Feema (2001)
Para se chegar aos valores das emissões em gramas/hora,
multiplica-se o número total de veículos no tramo pela sua extensão, em
quilômetros. E por último, faz-se o somatório das emissões para cada quadrado da
grade sobreposta sobre o mapa.
Alguns programas como o EMME/2 faz a alocação dos
automóveis na rede viária considerando os melhores trajetos entre as origens e os
destinos. O melhor trajeto é considerado aquele de menor tempo de viagem. Como
resultado final, o EMME/2 apresenta o número de veículos total em cada tramo. Para
fazer estimativas de emissão de poluentes, inserem-se funções matemáticas para os
tramos da rede viária, relacionando as emissões com a velocidade média. As
funções usadas são as apresentadas no relatório síntese do Instituto de Pesquisa
Econômica Aplicada, para a Associação Nacional de Transportes Públicos – ANTP
(IPEA; ANTP, 1997).
A equação 2.8.1 apresenta os modelos desenvolvidos pela
ANTP que descrevem a estimativa de emissões de poluentes, sendo “v” a
velocidade no tramo em km/h.
Equação 2.8.1 – Modelo de estimativa de emissões de HC
HC (g/km) =
v
48,62
28,0 +−
81
Equação 2.8.2 – Modelo de estimativa de emissões de CO
CO (g/km) =
2
*00134,0
727
51,4 v
v
++−
Equação 2.8.3 – Modelo de estimativa de emissões de NO
x
NO
x
(g/km) =
2
*007477,003,1 v+
O inventário da Cetesb para as emissões veiculares é
apresentado de forma agregada para toda a região metropolitana em função da frota
total e da quilometragem média rodada por ano e não há como se chegar, através
dele, às diferenças nas emissões para cada um dos “quadrados-áreas” da grade. O
melhor refinamento possível dos dados seria obtido dividindo-se o total emitido pela
frota de veículos registrada em cada uma das áreas que a compõem. Mas a entrada
de dados segundo este método fica muito agregada, pois não representa as
diferenciações intra-urbanas, e também pressupõe que a frota registrada em um
município circula somente dentro do seu próprio território, o que não acontece na
prática. Para calcular as emissões de poluentes dos automóveis considerando-se as
diferenças intra-urbanas, seria preciso saber o volume de veículos que circula em
cada uma das vias da malha viária. Esse valor pode ser obtido diretamente através
de contagens de tráfego, ou através de simulação.
Alguns programas utilizados para planejamento de transportes,
os dados inseridos vem através de pesquisa origem/destino e pelas características
físicas e operacionais do sistema viário. A pesquisa origem/destino gera uma matriz
de viagens segundo o zoneamento de tráfego da região. Ou seja, a região é dividida
em zonas de tráfego, e a matriz origem/destino representa o número de viagens
entre elas. O sistema viário é representado por tramos e nós. Um tramo representa
um trecho de via, e um nó representa um cruzamento de uma ou mais vias. Não
necessariamente todos os cruzamentos viários da cidade são representados, pois
isto irá depender do grau de detalhamento desejado. Para cada nó são definidas as
coordenadas geométricas, e para cada tramo são atribuídos valores referentes às
características físicas e operacionais do trecho da via que ele representa. Alguns
programas ainda permitem ao usuário associar funções matemáticas a cada tramo.
A mais utilizada é função volume/atraso.
82
3 EXPERIMENTAL
3 EXPERIMENTAL3 EXPERIMENTAL
3 EXPERIMENTAL
Este capítulo apresenta a descrição detalhada dos
procedimentos que foram executados para a obtenção dos dados necessários ao
desenvolvimento dos objetivos propostos no trabalho. Serão explicitados os
parâmetros significativos necessários ao estudo, às escolhas dos horários e trajetos
de captação dos dados e as razões para essas escolhas. Inclui também as formas
como foram realizadas a medição da emissão de CO e HC, o deslocamento e a
posição do veículo, consumo por tramo e uma descrição dos equipamentos
utilizados.
Ao final, apresentam-se os procedimentos realizados na
transformação dos dados brutos, isto é, aqueles coletados no campo, para a
obtenção dos dados num formato adequado para estudo.
Enfoca-se, principalmente, como foram processados os dados
coletados pelo GPS e pelo analisador de gases e como eles foram reunidos em um
mesmo banco de dados para serem analisados de forma conjunta. Foram feitos
inicialmente 40 ensaios em 10 dias, sendo perdido no total 6 ensaios e
posteriormente mais 10 ensaios em 5 dias, não sendo perdido nenhum ensaio.
3.1 Delimitação da área de estudo
3.1 Delimitação da área de estudo3.1 Delimitação da área de estudo
3.1 Delimitação da área de estudo
O objetivo do trabalho é estudar indicadores de poluição de
gases emitidos por veículos automotores, com o motor ainda frio, em trajetos curtos,
que são mais significativos em cidades de pequeno e médio porte. A cidade de São
Carlos se enquadra nessa característica, portanto, a pesquisa foi desenvolvida
nesse município.
São Carlos localiza-se no interior do estado de São Paulo, na
região Sudeste do Brasil. Ocupa uma área total de: 1.132 km² (IGC) / 1.140,92 km²
(IBGE), sendo urbanas 67,25 km² – 6% da área total. A área urbana efetivamente
ocupada é de 33km². O município contém 218.702 habitantes pelo IBGE de 2006,
sendo 4,9% nas áreas rurais e 95,1% nas áreas urbanas, e sua taxa de crescimento
demográfico é de 2,4 % ao ano.
83
Considerada uma cidade de porte médio, possui uma frota de
aproximadamente 100.670 veículos (SOUFEN JR.; TOLEDO, 2007). A evolução da
frota de veículos entre 2004 e 2005 foi de 6,7%. Em São Carlos, o crescimento da
frota foi maior que a média estadual, chegando a 20% entre 2002 e 2005. Em
Ribeirão Preto, a frota cresceu 17,2% e, em Campinas, o aumento de veículos foi de
16%. Assim, percebe-se que a frota de veículos cresce mais aceleradamente que o
crescimento demográfico, o que permite inferir o aumento de problemas tanto no que
se refere ao trânsito quanto à poluição.
A situação geográfica da região central da cidade é centrada
no ponto de coordenadas:
• 22°02’, latitude sul;
• 47°55’, longitude oeste;
• Altitude média de 856 metros.
Grande parte da área urbana de São Carlos se situa em relevo
acidentado, com leves colinas que se formam entre os rios Gregório e Monjolinho.
Em algumas regiões mais afastadas do centro encontra-se relevo menos
acidentado. Esta configuração morfológica da área urbana, com depressões
circundadas por áreas elevadas, limita a circulação das massas de ar, o que,
juntamente com a escassa vegetação existente, contribui para elevar as
temperaturas médias, podendo formar ilhas de calor e de poluição.
A figura 3.1.1 apresenta o mapa geral da área urbana do
município de São Carlos, onde estão marcados em verde os trajetos realizados no
ensaio. Nesses trajetos estão concentradas as maiores atividades comerciais da
cidade. O sistema viário da cidade caracteriza-se por uma malha ortogonal de ruas e
avenidas paralelas às direções norte-sul e leste-oeste.
84
Figura 3.1.1 – Mapa geral do município de São Carlos. Em verde, o trajeto referente a um dos ensaios.
Foram escolhidos trechos das vias que proporcionassem as
mais variadas situações de trânsito e topografia para que os dados colhidos fossem
significativos para o experimento. Essas escolhas foram baseadas principalmente no
fluxo de veículos ao longo dos trajetos, na densidade demográfica do entorno e em
trajetos que atravessassem regiões com grande probabilidade de concentração de
CO e HC. Normalmente, ocorre maior concentração de gases nas regiões onde o
tráfego intenso de veículos gera maiores emissões de gases, cuja dispersão fica
dificultada em razão da concentração de edificações elevadas.
85
3.2 Coleta de dados
3.2 Coleta de dados3.2 Coleta de dados
3.2 Coleta de dados
3.2.1 Variáveis Relevantes
Muitas variáveis afetam no acúmulo de CO e HC em uma
região urbana, por exemplo, o número dos veículos automotores que trafegam na
região, os tipos desses veículos, a forma como esses veículos são conduzidos, as
manutenções a que são submetidos ou não, a idade média da frota, a velocidade
média, a topologia das edificações e das vias de trânsito, as variáveis do microclima,
as sinalizações de trânsito, dentre outras. Apenas os parâmetros de maior relevância
e cuja mensuração seja possível fazer, com um nível razoável de precisão, serão
coletados. As variáveis mais relevantes consideradas são:
•
Os perfis geométricos dos trajetos. Esses perfis são essencialmente os dados
geométricos da curva espacial determinada ao longo do tempo, pelo veículo
em estudo. Esses dados permitem, por exemplo, o cálculo da velocidade e da
aceleração do veículo ao longo do trajeto. O acoplamento do GPS ao
computador com o auxílio dos dados do GPS fixo possibilitou obter esses
dados com a precisão desejada. Os trajetos foram escolhidos para que
fossem representativos da região em estudo, permitindo que a análise dos
dados seja significativa.
•
A emissão de CO e HC. Essas emissões foram mensuradas em intervalos de
tempo bastante pequenos para se chegar a uma função representativa total
ou em partes, serão eventualmente correlacionadas com outras curvas que
descrevem aspectos geométricos do trajeto bem como com outros dados
colhidos, como o consumo do veículo feito com o computador de bordo.
•
Temperatura do motor do veículo. A temperatura foi mensurada através de
um termopar colocado no lugar da vareta de verificação do nível de óleo do
motor. Com isso, pode-se avaliar a temperatura tanto quando o motor do
carro estava ainda em fase de aquecimento, quanto quando ele já estava
considerado aquecido.
Apesar de não ser uma das variáveis mais relevantes para a
pesquisa, também a topologia do entorno foi analisada e, a partir disso, utilizada na
pesquisa para estabelecer inicialmente o trajeto que seria percorrido durante a
86
pesquisa. Assim, por meio de mapas e fotos aéreas da cidade e também pela
verificação visual, que proporcionaram dados a respeito de edificações, sinalizações
e obstáculos ao longo do trajeto, foi possível determinar o trajeto a ser estudado.
Outro fator relevante para o desenvolvimento da pesquisa é a
qualidade do combustível utilizado. Assim, para se aferir a gasolina com que o
veículo foi abastecido durante os testes, uma amostra foi coletada no momento do
abastecimento anterior à realização dos ensaios. Essa amostra foi encaminhada ao
Centro de Caracterização e Desenvolvimento de Materiais da Universidade Federal
de São Carlos – UFSCar / Universidade Estadual Paulista – UNESP, que emitiu um
relatório anexado ao final deste trabalho (anexo II). O resultado indica que o
combustível utilizado atendia a todas as normas vigentes, o que o credencia a
validar os valores referenciais obtidos nos ensaios.
As coletas foram feitas nos períodos matutinos e vespertinos,
sempre se iniciando na mesma hora (aproximadamente às 8h30 e 17h30) e
executadas repetidas vezes mantendo-se uma rotina de coleta para confirmação dos
padrões obtidos. Os dois percursos básicos a serem percorridos desenvolviam-se
em locais mais movimentados e em situações com mais rampas, semáforos e
obstáculos. Foram feitos 40 ensaios em 10 dias, sendo realizado 4 ensaios por dia,
dois no período da manhã e dois no período da tarde, sendo o primeiro ensaio com
motor frio, e o segundo ensaio com motor aquecido em cada um dos períodos.
Foram feitos posteriormente mais 10 ensaios da mesma forma que descrito
anteriormente para complementar alguns dados.
Inicialmente, com o motor frio, era feito um percurso mais
longo, que incluía, ao final, trechos em vias de acesso rápido. Ao terminar o primeiro
ensaio, aqueciam-se mais o motor e retornava-se a um ponto médio do primeiro
percurso para que o mesmo trecho (o trecho mais movimentado e com mais rampas)
fosse percorrido novamente, desta vez com o motor já aquecido. O objetivo era
verificar a variação da emissão de gases com o motor frio e com o motor aquecido
nessas situações.
Logo em seguida, o carro permanecia estacionado por cerca
de 8h, para que o motor esfriasse novamente, e o ensaio era repetido, da mesma
forma, por volta das 17h30.
87
Esses procedimentos metodológicos são apresentados em um
esquema geral, na figura 3.2.1, que resume as sequências aplicadas no trabalho e
descritas neste capítulo.
Figura 3.2.1 – Sequência dos procedimentos para realização do trabalho
3.2.2 Equipamentos e programas
Decidiu-se usar na coleta dos dados apenas um carro, pois, o
objetivo do trabalho era desenvolver uma metodologia de ensaios sobre emissão de
CO e HC de acordo com os parâmetros pré-determinados e que não incluía testar a
variação da metodologia em função do modelo ou marca do veículo. O carro
escolhido para os ensaios foi o de uso pessoal. Antes dos testes, o veículo passou
por uma revisão geral e foi testada sua emissão de CO e HC pela empresa
Tecnomotor Eletrônica do Brasil, de acordo com as normas vigentes, tendo sido
aprovado em todos os testes. O veículo é da marca FIAT, modelo Pálio, ano 2004,
Verificação das
condições físicas
no entorno
Determinação do
local da amostragem
GPS + Computador +
Analisador de gás
Parâmetros
aperfeiçoados
Coleta de dados
Tratamento dos Dados
Motor frio e pequenos
deslocamentos
Locais com topografia
acidentada, semáforos,
etc.
88
com motor de 1.3l flex, com aproximadamente 90.000 km rodados, pneus novos e a
maioria dos componentes revisados e originais.
Inicialmente, as coletas de dados relativas à posição e
deslocamento do veículo seriam obtidas a partir de um aparelho de GPS marca
Leica, modelo GS-20, com sistema de correção em tempo real, com as antenas
sobre o veículo em deslocamento. A antena de link receberia dados relativos às
correções de localização em tempo real da sua posição e corrigiria a posição obtida
através da antena do sistema GPS. O método foi abandonado porque o
equipamento era emprestado do Departamento de Hidráulica e Saneamento da USP
de São Carlos e o serviço de receber as correções em tempo real se expirou. Os
custos para reativar o sistema eram altos.
Em seguida, optou-se por usar o mesmo equipamento GPS,
mas usando outro método de processamento, denominado método relativo. Os
dados de posição do carro em movimento foram coletados no próprio receptor GPS
Leica GS-20 e descarregados em um programa de processamento. Esse método
exige outra antena de GPS fixa coletando dados simultaneamente. Como o
Departamento de Transporte possui um GPS topográfico fixo coletando dados de
forma contínua, foi apenas necessário fazer a coleta simultânea com os parâmetros
compatíveis. Esse método funcionou bem e alcançou uma precisão muito boa.
Com a desativação da AS (Selective Availability: degradação
intencional dos sinais GPS pelo governo americano enquanto o sistema era mantido
pelos militares, de modo a dificultar que pessoas não autorizadas utilizassem o
sistema com precisão), a utilização de receptores GPS de navegação está se
tornando cada vez mais popular. Esses receptores, no entanto, estimam e
armazenam as posições, mas não registram as observáveis (pseudodistâncias e/ou
fase da portadora L1), o que inviabiliza um pós-processamento dos dados
necessários neste trabalho.
Foram encontrados dois programas que são capazes de
armazenar as observáveis dos receptores GPS de navegação Garmin. Isso motivou
o teste do procedimento anterior, substituindo o GPS Leica GS-20 (equipamento
relativamente caro) por um GPS da marca Garmin, modelo Map 12, usado para
navegação, com antena externa, disponível no Departamento de Transporte. Para
se alcançar a precisão necessária com o uso desse equipamento é necessária
utilizar o método de posicionamento relativo cinemático processado com o código.
89
Para isso foi necessário um computador como coletor de dados e um dos programas
que armazenasse as observáveis.
Como coletor de dados foi usado um computador portátil,
modelo Acer 3000, com bateria de duração aproximada de uma hora, o que
possibilitou fazer os testes sem a necessidade de usar fonte externa de energia.
O Instituto de Engenharia de Levantamento e Geodésia
Espacial (IESSG) da Universidade de Nottingham desenvolveram o programa
comercial Gringo (GPS Rinex Generator) para extrair e registrar as observáveis da
portadora L1 dos receptores GPS de navegação da marca Garmin. Esse programa
foi desenvolvido para ser usado com receptor GPS Garmin 12XL e, segundo
informações técnicas do vendedor, ele poderia ser usado com a maioria de modelos
de receptores GPS de 12 canais.
Antes de se iniciar a coleta, é possível definir alguns
parâmetros, como, por exemplo, altura e tipo de antena e taxa de observação (1s,
5s, 10s, etc.). Os dados decodificados do receptor GPS de navegação são
transmitidos para o computador em linguagem proprietária, via porta serial, em
tempo real, e gravado no disco rígido do computador portátil. O software decodifica
esses dados para gerar um arquivo no formato Rinex (Receiver Indepedent
Exchange). Com esse arquivo e um programa de processamento GPS, pode-se
processar os dados, visando a melhorar o posicionamento do receptor GPS de
navegação.
O programa foi comprado e instalado em um notebook para
realização dos testes. Obtiveram-se resultados muito satisfatórios. Para tentar
melhorar ainda mais os resultados, buscou-se utilizar um GPS de navegação com
antena mais sensível à captura de sinais. Comprou-se o GPS da marca Garmin,
modelo 60csx. Porém, o programa Gringo não conseguiu sincronizar-se com esse
equipamento, não sendo possível utilizá-lo nos ensaios.
Além disso, quando ao ser reinstalado em outro notebook que
seria usado nos testes de campo, o programa deixou de funcionar. Devido à
dificuldade em se obter assistência técnica para o programa, optou-se por usar o
programa Async, que é disponível sem custos. O Async só é compatível com os
GPS Garmin Map 12 e Etrex e como os dois modelos de GPS estavam disponíveis,
optou-se por usá-los nos testes.
90
O Async foi desenvolvido pelo Professor Antonio Tabernero
Galan, da Universidade Politécnica de Madri, Espanha (GALAN, 2001). É um
programa disponível na internet, que é capaz de ler e registrar em arquivos binários
as observáveis GPS da portadora L1, transmitidas pela porta de comunicação do
aparelho receptor Garmin ao computador, via cabo serial. O notebook, porém, não
possuía porta serial. Foi necessário adaptar um cabo conversor de serial para USB.
A figura 3.2.2.1 apresenta os comandos dados no programa
Async para fazer a coleta de dados
Figura 3.2.2.1 – Tela do programa Async
Posteriormente à coleta de dados do GPS, utilizou-se o
programa, GAR2RNX que promove a conversão do arquivo binário dos dados
gerados no Async em arquivos de texto no formato Rinex. Sendo assim, foi possível
o pós-processamento dos dados para o cálculo de coordenadas dos pontos.
O segundo aparelho GPS estava fixado no Departamento de
Transportes e coletou dados simultaneamente durante cada período de ensaio. É
um aparelho da marca Novatel acionado via assistência remota, através da internet.
Esse GPS estava ligado a um computador com o programa GPSolution e
armazenou os dados em um arquivo do computador, que depois foram convertidos
em Rinex para o processamento.
A figura 3.2.2.2 ilustra a tela do programa GPSolution,
mostrando o sinal de quantos satélites estão sendo coletados.
91
Figura 3.2.2.2 – Tela do programa GPSolution
Como os resultados se mostraram satisfatórios, optou-se por
fazer os ensaios definitivos com o GPS Garmin Map 12 e com o programa Async e
com os dados da antena GPS Novatel.
Também foi utilizado na pesquisa um analisador de gás, para
se analisar a qualidade dos gases emitidos pelo motor do veículo nas condições pré-
estabelecidas na pesquisa e verificar sua alteração durante o trajeto. Existem muitos
fabricantes de analisadores de gás portáteis. Várias empresas foram consultadas
sobre a possibilidade de emprestarem o equipamento para a realização dos testes,
já que o custo de aquisição do equipamento era muito alto.
A empresa Napro permitiu um ensaio usando seu equipamento,
na cidade de Ribeirão Preto, porém não poderia fazer o empréstimo para os testes
por tempo prolongado. A empresa de São Carlos, Tecnomotor, disponibilizou um
equipamento para a realização dos testes, que foi o utilizado durante a pesquisa. O
modelo de analisador de gás emprestado foi o TM 132, que analisa os gases através
de infravermelho (células químicas), que faz as leituras de emissão de CO com
sensor colocado no escapamento do veículo e tem as seguintes características:
92
A tabela 3.2.2.1 resume as características do TM 132:
Tabela 3.2.2.1 – Tabela das características do analisador de gás TM 132 utilizado
Faixa
Resolução
Precisão (faixa)
Mínimo
Máximo
1 ppm
12 ppm
HC
Hexano
0
20.000 ppm
Propano
0
40.000 ppm
CO
0
15%
0.01%
0.06%
CO
2
0
20%
0.01%
0.05%
O
2
0
25%
0.01%
0.1%
NO
X
(NO)
0
5.000 ppm
1 ppm
32 ppm a (0-1.000)
60 ppm a (1.001-2.000)
120 ppm a (2.001-4.000)
Rotação (pinça indutiva)
200
10.000 ppm
1rpm
10 rpm
Temperatura
- 10ºC
140ºC
1ºC
± 2ºC
Fonte – Adaptado de Tecnomotor (2002)
Foram realizados vários testes estáticos que serviram para
decidir a melhor maneira de se coletar os dados, ter uma referência inicial das
emissões e conferir o tempo que o veículo demorava a aquecer. Os testes estáticos
com motor a frio foram feitos na própria empresa Tecnomotor. O veículo era deixado
na empresa na tarde anterior ao teste e no dia seguinte, com o motor frio, no período
da manhã eram realizados os testes. Os testes estáticos foram úteis e forneceram
informações importantes sobre como o equipamento deveria ser usado nos testes
dinâmicos. O contato com o equipamento nesta fase permitiu adotar soluções para o
adequado acoplamento dos equipamentos no veículo em movimento.
Foram feitos, posteriormente, testes dinâmicos apenas com o
analisador, com a finalidade de se aprimorarem os acoplamentos citados. Nos testes
dinâmicos, o analisador de gases foi acoplado ao mesmo notebook a que foi
acoplado o GPS, através de outra porta USB. Foi instalado um programa que
armazenava os dados colhidos pelo analisador, chamado SoftGas. Nesse programa,
os dados são apresentados em um gráfico.
A figura 3.2.2.3 ilustra a tela do programa SoftGas. A coleta de
dados fica armazenada de acordo com o dia e a hora da amostragem.
93
Figura 3.2.2.3 – Tela do programa Softgas
Como não foi possível acoplar diretamente o computador de
bordo do carro ao notebook, foi desenvolvido um programa que coletava os dados
em tempo real e os armazenava em um banco de dados. A cada mudança de
variação de consumo (aproximadamente a cada 3 segundos) uma segunda pessoa
digitava no programa manualmente os dados de consumo. Esse programa
armazenava os dados em formato texto e posteriormente foram inseridos no banco
de dados geral no Excel. O nome do arquivo seguia uma regra para os dados não
ficarem perdidos. Os 3 primeiros dígitos indicavam o dia GPS, seguido de m para
período da manhã e t para período da tarde. Se fosse com o motor frio, era seguido
da letra f, se estava aquecido, era seguido da letra q.
A figura 3.2.2.4 ilustra a tela do programa, desenvolvido pelo
Professor Ricardo Schaal para facilitar essa coleta de dados. Na tela do programa
instruções de como usá-lo e conforme os dados eram inseridos, era possível ver na
tela se algum dado havia sido digitado errado.
94
Figura 3.2.2.4 – Tela do programa KPL
A figura 3.2.2.5 ilustra a saída de dados do programa KPL, que
era editado no bloco de notas, e depois, inserido na planilha Excel com os outros
dados coletados.
Figura 3.2.2.5 – Resultados do programa KPL para serem exportados para planilha Excel
A primeira coluna era apenas um contador; a segunda coluna
era o tempo em segundos desde que o programa era ligado e a terceira coluna eram
os valores de consumo digitados pelo ajudante.
3.2.3 Montagem dos equipamentos
A colocação e a montagem dos equipamentos no veículo foram
feitos de tal modo que pudesse transitar normalmente sem danificar os
equipamentos ou perturbar a coleta dos dados. O receptor GPS foi ligado a uma
antena externa que ficava no teto do veículo preso por um ímã e um cabo com
adaptador o ligava ao notebook.
95
A figura 3.2.3.1 ilustra o notebook ligado ao GPS. Uma antena
GPS acoplada a um ímã era fixa no teto do veículo.
Figura 3.2.3.1 – Foto do GPS ligado ao notebook e a antena externa
No escapamento do veículo, foi colocada a sonda coletora de
gases, junto a uma garra metálica que a prendia no terminal do escapamento.
Posteriormente, era passada uma fita adesiva para garantir que a sonda se
mantivesse fixa. A cada teste, a mangueira era solta do analisador de gases e do
escapamento para se retirar acúmulo de água.
A figura 3.2.3.2 ilustra a fixação da sonda no escapamento.
Figura 3.2.3.2 – Detalhe da sonda ligado ao escapamento do carro
É importante notar que a mangueira que alimenta o analisador
de gases, que sai do escapamento do carro e vai até o analisador, teve seu
96
comprimento reduzido ao máximo para não afetar no tempo de coleta de dados, isto
é, procurou-se diminuir ao máximo o retardamento existente entre a emissão do
poluente e sua detecção pelo aparelho analisador, como fica claro na figura 3.2.3.3.
Figura 3.2.3.3 – Comprimento da mangueira de teste
Um termopar foi colocado no local da vareta de nível de óleo do
motor e era gravado no analisador de gases durante os testes como mostra a figura
3.2.3.4. Atentava-se para sempre introduzir o termopar na mesma profundidade.
Figura 3.2.3.4 – Termopar para medição da temperatura do óleo do motor
A figura 3.2.3.5 ilustra o analisador de gases que ficava no
banco de trás ligado ao notebook. A mangueira que ligava o analisador no
escapamento passava pela janela, que sempre ficava um pouco aberta para essa
passagem.
97
Figura 3.2.3.5 – Analisador de gases ligado ao notebook e ao GPS
3.2.4 Procedimentos durante o teste
Em um primeiro momento a coleta de dados do GPS fixo na
USP era ligada por assistência remota. Os dados daquela antena deveriam ser
obtidos durante todo o período dos testes dinâmicos.
Em seguida, com o notebook ligado, o programa Softgas era
aberto e este ligava o analisador de gases. Era necessária uma espera até que o
analisador aquecesse. A fonte de energia elétrica deste equipamento era obtida via
transformador de voltagem adaptado ao acendedor de cigarros do veículo. O GPS
era então ligado, e o programa Async aberto.
Quando o analisador de gases estava aquecido, eram ligadas
simultaneamente; a coleta de dados do analisador, pelo Softgas e a coleta de dados
do GPS, pelo Async. O GPS e o Analisador de Gases conectados ao mesmo tempo
nas portas USB do notebook e ligados ao mesmo tempo junto com o programa KPL
para fazer a coleta de dados de consumo instantâneo. No programa KPL, o ajudante
entrava com os dados de consumo instantâneo manualmente.
O veículo era, então, ligado e iniciava-se o percurso pré-
estabelecido para cada ensaio. Terminado o percurso, os dados eram salvos em
arquivos próprios e os equipamentos eram desligados. O carro retornava para a
garagem para o motor esfriar até o próximo ensaio.
98
3.3 Tratamento dos dados e modelagem
3.3 Tratamento dos dados e modelagem3.3 Tratamento dos dados e modelagem
3.3 Tratamento dos dados e modelagem
Os dados coletados pelo receptor GPS Garmin Map 12, eram
arquivados direto no notebook, dentro do carro em movimento. Esses dados
possuem um formato padrão gerado pelo programa Async.
Através do aplicativo gar2rnx.exe, os arquivos gerados pelo
Async eram transformados para o formato Rinex, que permite a sua utilização em
programas usuais de processamento GPS.
A figura 3.3.1 ilustra a tela do programa gar2rnx transformando
um arquivo no formato *.g12 em um arquivo de observação e um arquivo de
navegação no formato Rinex. Esses arquivos gerados pelo gar2rnx podem ser
posteriormente processados em outro programa de processamento GPS.
Figura 3.3.1 – Tela ilustrativa dos comandos para transformar os dados *.g12 em Rinex
Simultaneamente às operações de coleta dos dados de
localização no carro em movimento, um receptor GPS estático, de marca NovAtel,
usando o programa GPSolution, coletava dados para auxiliar no cálculo da
localização em conjunto com os dados obtidos pelo GPS no carro em movimento.
Esses arquivos eram trazidos por rede do computador que fica armazenando os
dados do GPS até o computador usado para o processamento. Através do programa
Convert32.exe, os arquivos gerados pelo GPSolution eram também transformados
em arquivos Rinex. Esses procedimentos eram repetidos para cada coleta de dados
no campo.
99
A figura 3.3.2 ilustra a tela do programa Convert32 que
transforma os dados gerados pelo programa GPSolution em arquivos Rinex, que
podem ser processados em qualquer programa de processamento GPS. Cabe
ressaltar que esse procedimento não seria necessário se fosse utilizado uma mesma
marca de equipamento GPS. Porém o objetivo era também testar o funcionamento
do GPS de navegação coletando dados em um programa capaz de armazenar os
dados GPS e depois processá-los referenciados a uma base fixa, procedimento não
muito comum e estudado em GPS de navegação.
Figura 3.3.2 – Tela do programa Convert32.exe convertendo um arquivo extensão *.gps em Rinex
Como o Departamento de Transportes possui o programa SKI
2.3 da Leica, ele foi escolhido para o processamento dos dados.Sua tela pode se
vista na figura 3.3.3.
100
Figura 3.3.3 – Tela do Ski 2.3
A figura 3.3.4 ilustra as configurações utilizadas para fazer o
processamento GPS no programa Ski 2.3.
Figura 3.3.4 – Tela de configuração usada no programa Ski 2.3
O programa, porém, não aceita os cabeçalhos Rinex gerados
pelo GAR2RNX.exe. Foi necessário alterar todos os cabeçalhos de forma
conveniente para que o programa pudesse ser utilizado. Exemplo do arquivo Rinex
gerado pelo programa gar2rnx.exe sem alteração:
101
2 OBSERVATION FILE GPS NAVSTAR Rinex VERSION / TYPE
GAR2RNX 1.48 Any GPS12 Owner Sun Nov 04 09:12:22 PGM / RUN BY / DATE
** gar2rnx (Garmin to Rinex) generates Rinex2 files COMMENT
** from a GPS12 (or XL) (Copyright Antonio Tabernero) COMMENT
** Generated from G12 data file: 331903.g12 COMMENT
** Options: COMMENT
Garmin MARKER NAME
Number of Antenna marker MARKER NUMBER
Your name here Your boss here OBSERVER / AGENCY
129 GPS 12 Map Softwar 2.01 REC # / TYPE / VERS
0 GPS12 Internal Antenna ANT # / TYPE
** Position from first 3D fix of the receiver COMMENT
3967128.3067 -4389048.4657 -2377237.2712 APPROX POSITION XYZ
0.0000 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N
1 0 WAVELENGTH FACT L1/2
2 C1 L1 # / TYPES OF OBSERV
2007 11 1 19 10 48.004227 GPS TIME OF FIRST OBS
1 INTERVAL
END OF HEADER
07 11 01 19 10 48.0042274 0 8G 4G11G13G16G20G23G25G27
24488176.521 7 6031903.152 7
25809723.227 7 6731344.896 7
23146926.857 9 6290963.107 9
25049359.239 8 6595422.630 8
22000085.584 9 6769934.965 9
22994948.641 9 6546420.275 9
21878259.707 9 6316189.927 9
22687294.229 9 6016713.862 9
Exemplo do arquivo Rinex gerado pelo programa gar2rnx.exe
depois das alterações:
2 OBSERVATION DATA Rinex VERSION / TYPE
OBSTORNX Version 2.3 04-nov-07 09:03:34 PGM / RUN BY / DATE
OBSERVER / AGENCY
Carro MARKER NAME
Carro MARKER NUMBER
-1 LEICA SR9400 1.40 REC # / TYPE / VERS
280051 LEICA AT201 ANT # / TYPE
3966986.5829 -4390227.0365 -2375190.9621 APPROX POSITION XYZ
0.0000 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N
1 0 WAVELENGTH FACT L1/2
2 C1 L1 # / TYPES OF OBSERV
2007 11 02 12 01 12.000000 TIME OF FIRST OBS
END OF HEADER
2
4 4
*** KINEMATIC DATA FOLLOWS ! *** COMMENT
07 11 02 12 01 12.0512730 0 9G 1G 3G14G16G18G19G21G22G31
37644275.465 7 32687399.617 7
36453353.353 9 73031750.654 9
36173476.950 9 73049135.109 9
38813009.677 9 84776547.005 9
38713359.087 7 86627641.228 7
38362257.357 8 68551001.952 8
41084100.177 7 38247862.546 7
102
Nesse novo arquivo, os dados provenientes do GPS fixo
receberam o nome de STTN e os dados provenientes do GPS em movimento foram
chamados de Carro. A figura 3.3.5 a seguir ilustra os dados inseridos no programa.
É possível ver o tempo de coleta em comum, sendo em vermelho o tempo de coleta
da base fixa e em verde o tempo que o veículo circulou com o GPS ligado.
Figura 3.3.5 – Programa SKI 2.3 com os dados inseridos
Note que o domínio, variável tempo, do GPS fixo é bem maior
do que o do GPS móvel. Isso ocorre porque a coleta do primeiro era iniciada antes
do inicio da trajetória e desligado depois do seu término. Obviamente, apenas os
dados do período de tempo comum foram utilizados.
No processamento desses dados, foi usada a opção de se
processar por código. Embora essa opção não tenha a mesma precisão do
processamento por fase, essa escolha foi feita, pois, atende às necessidades de
precisão do trabalho em desenvolvimento e se ganha tempo considerável, pois no
processamento por fase é necessário esperar um tempo estático para resolver a
ambiguidade.
A figura 3.3.6 mostra a variação da latitude (X), da longitude (Y)
e da altura (Z) no tempo, demonstrando que os dados estão dentro de uma faixa
aceitável de variação, com precisão submétrica na maior parte do tempo. Houve
momentos de variações maiores, que serão corrigidas manualmente, a posteriori.
Em geral, as variações foram pequenas, e podem ser desconsideradas, pois se trata
103
de um veículo em movimento. A coordenada Z foi desconsiderada por apresentar
desvios muito grandes e, no seu lugar, foram utilizadas as cotas nominais da planta
oficial da cidade.
Figura 3.3.6 – Resultado do processamento do programa SKI 2.3
Para que os resultados obtidos pudessem ser utilizados de
forma mais conveniente nos procedimentos que se seguiram, eles foram exportados
para arquivos utilizáveis em programas de banco de dados. O programa escolhido e
usado foi o Excel, do pacote Office.
A figura a 3.3.7 demonstra a forma de exportação dos dados
para um formato compatível com o Excel.
104
Figura 3.3.7 – Programa SKI 2.3 exportando para texto resultado do processamento
No Excel, os dados foram inseridos de modo a ter colunas de
Latitude, Longitude, altitude e tempo em segundos.
A figura 3.3.8 mostra como ficou os dados do processamento
GPS inseridos na planilha Excel.
Figura 3.3.8 – Programa Excel importando os dados obtidos pelo GPS
105
Com esses dados de posição, segundo a segundo, foi possível
calcular a localização, a velocidade, a aceleração e a rampa em que o veículo
percorreu as trajetórias previamente escolhidas ao longo do tempo.
A partir do mesmo programa SKI, os dados também foram
exportados para um programa de edição de dados vetoriais e de imagem. O
programa escolhido para esse tipo de tratamento dos dados foi o AutoCAD. Utiliza-
se este programa na pesquisa para visualizar os dados GPS e corrigir os desvios,
além de gerar uma imagem do caminho percorrido pelo veículo em estudo. A figura
3.3.9 demonstra os dados gerados no Ski e que foram exportados ao AutoCAD. Em
azul, o caminho percorrido pelo veículo durante os ensaios.
Figura 3.3.9 – Programa SKI 2.3 exportando para formato dxf resultado do processamento GPS
A figura 3.3.10 ilustra os dados sendo importados para o
AutoCAD. Esse programa suporta o formato dxf, podendo importá-lo como pode ser
visto na figura a seguir.
106
Figura 3.3.10 – Tela do programa AutoCAD importando arquivo dxf.
A figura 3.3.11 ilustra o mapa da cidade vetorizado e o caminho
percorrido pelo veículo durante o ensaio (linha amarela). Para cada ensaio era
gerada uma figura como essa, para facilitar o entendimento dos dados.
Figura 3.3.11 – Tela do programa AutoCAD com mapa e caminho percorrido durante o ensaio.
107
A figura 3.3.12 apresenta a tela do programa SoftGas, do
analisador de gás, de onde são extraídos os dados em estudo: CO, HC e
temperatura do motor, com relação ao tempo.
Figura 3.3.12 – Tela do programa SoftGas com gráfico da emissão de gases gerado
O analisador de gases não permite que os dados armazenados
sejam exportados diretamente para um formato compatível com o Excel. Assim, os
dados do analisador de gás deveriam ser transferidos individualmente, segundo a
segundo diretamente no Excel, sendo as leituras feitas diretamente nos gráficos
gerados pelo programa da Tecnomotor. Posteriormente, tendo em vista a dificuldade
de se passarem todos os dados manualmente utilizou-se um programa capaz de
transferir os dados no formato proprietário do software do analisador de gás
diretamente para um documento texto, cujos dados eram transferidos para o Excel,
em seguida. Os dados relativos a consumo instantâneo foram abertos no Excel e
depois copiados e colados na planilha com os dados gerais da pesquisa.
108
No final, para cada ensaio, foi gerada uma planilha com o
seguinte formato no Excel. A figura 3.3.13 ilustra como a tabela com os dados
inseridos ficou.
Figura 3.3.13 – Tela do Excel com todos os dados de campo
3.4 Filtro dos dados
3.4 Filtro dos dados3.4 Filtro dos dados
3.4 Filtro dos dados
Todos os dados referentes ao posicionamento do veículo,
coletados via GPS, foram lançados no AutoCAD e numa planilha Excel. Num
processo de conferência dos dados, a partir do traçado desenhado pelos pontos
gerados pelo GPS, que foram inseridos num mapa vetorizado da cidade na escala
1:2000, verificou-se que, em alguns pontos, a trajetória desenvolvida pelo veículo
não estava compatível com o traçado das ruas, quer dizer que esses pontos
excederam os limites de tolerância submétrica, o que é comum acontecer com esses
equipamentos, visto que o GPS Garmin map12 não é muito estável na coleta de
dados gerando erros muito grosseiros. Esses desvios foram corrigidos
manualmente, colocando-se os pontos destoantes no alinhamento adequado, de
forma interpolada com os pontos considerados corretos.
109
Por outro lado, esses mesmos saltos também geraram
distorções no cálculo da velocidade. Quando foi verificada aceleração ou
desaceleração muito brusca no tempo (exemplo: 20km/h em um segundo, 60km/h
no segundo seguinte, e 25km/h no próximo), os dados foram corrigidos de modo a
se manter a linearidade do comportamento do veículo, conforme verificada
empiricamente.
De um total de 50 ensaios, em 4 deles, muitos pontos
coletados via GPS estavam fora da tolerância definida, o que inviabilizava sua
correção manual. Assim, todos os 4 ensaios foram descartados integralmente.
Também foram descartados dois ensaios em que o Termopar
(equipamento responsável por mensurar a temperatura do motor), durante a
execução dos ensaios de uma manhã (um frio e um quente), não funcionou e
precisou ser trocado na empresa que colaborou com a pesquisa, emprestando o
equipamento.
110
4 RESULTADOS
4 RESULTADOS4 RESULTADOS
4 RESULTADOS
E CONSIDERAÇÕES
E CONSIDERAÇÕESE CONSIDERAÇÕES
E CONSIDERAÇÕES
Os dados brutos, conforme coletados, não têm significância
absoluta e precisam, portanto, de organização para que sejam analisados
adequadamente. Assim, esses dados foram transformados de modo a se obterem
formatos adequados para estudos.
Com base na comparação das amostras obtidas, concluiu-se
que selecionar os dados levantados conforme as variáveis de tempo ou de espaço
são inviáveis. Analisem-se, por exemplo, os dias 312 e 313 GPS, no período da
manhã. No dia 312, o veículo passou na coordenada 210634 E, 7561802 N
(cruzamento da Avenida São Carlos com a Rua Santa Cruz), após 3 minutos e 1
segundo do início do ensaio, com velocidade de 35,4 km/h, emitindo 0,21g de CO e
177 ppm de HC. No dia 313, o veículo passou na mesma coordenada após 3
minutos e 55 segundos do início do ensaio, com velocidade zero km/h até o tempo 4
minutos e 17 segundos, quando o veículo volta a se deslocar. Uma análise por
média nesta coordenada ou nesse tempo geraria resultados pouco significativos.
Portanto, tendo em vista que, em cada ensaio, por razões
variadas (fluxo de trânsito, semáforos, ultrapassagens), o veículo estava em
coordenadas diversas no tempo, com condições de velocidade, aceleração,
consumo etc. diferenciadas, analisar a emissão de gases tomando por base a
divisão temporal impossibilitaria a comparação dos dados obtidos entre os vários
ensaios. Essa comparação também não é possível se se tomar a variável espaço,
visto que as referidas condições de velocidade, aceleração, consumo também são
diferenciadas em cada ensaio em uma mesma coordenada.
Assim, em razão da inconveniência da medição por tempo ou
por coordenada específica no espaço, foi dada preferência, primeiramente, por se
analisarem os dados obtidos em trechos com características similares, portanto mais
homogêneos sob certos aspectos. Essa análise (chamada Etapa 1), entretanto,
pode esconder certos detalhes que são revelados em uma análise mais específica.
Portanto, também foi feita uma análise específica, a partir de gráficos, de um único
ensaio tomado como prototípico, em que os dados analisados serão estudados
tomando-se por base as variáveis de tempo e de espaço. A esta análise chamou-se
111
Etapa 2. A análise dos dados com base nesses dois procedimentos é capaz de
ressaltar a relevância de cada informação de modo distinto e significativo.
Na Etapa 1, cada percurso foi dividido em cinco trechos, com
características específicas e convenientes para a pesquisa em andamento. A divisão
dos trechos partiu das premissas de que a inclinação da via e a temperatura do
motor influenciam diretamente na emissão de poluentes. Outro parâmetro relevante
para a fragmentação dos trechos analisados refere-se às condições de tráfego, já
que, presumivelmente, trechos em que não há redução de marcha são suscetíveis a
menor emissão de poluentes.
O trecho 1 se estende do local onde o veículo pernoitava até o
local considerado ideal para se iniciar efetivamente os ensaios.
Para que o teste se iniciasse no eixo representativo do maior
fluxo de veículos, o veículo deveria ficar estacionado no início da Avenida São
Carlos até que o motor estivesse frio, ou seja, cerca de 8 horas. Desse modo, o
veículo utilizado nos testes permaneceria durante vários dias e noites em local
pouco conveniente, o que poderia acabar por inviabilizar a pesquisa (caso o veículo
fosse furtado, por exemplo). Assim, optou-se por incluir este pequeno trecho inicial
nos ensaios, tomando-se os devidos cuidados para que esta inclusão não fosse
prejudicial aos testes. Este trecho é considerado de menor interesse para os testes,
mas, não deixa de fornecer informações relevantes.
O trecho 2 é em declive médio, ou seja, não é o maior declive
dos estudos, mas tem inclinação que favorece o desempenho do motor. O trecho 3 é
aclive acentuado, o que reconhecidamente exige mais do motor. O trecho 4 volta a
ser declive, entretanto, aqui o motor já está mais aquecido. O trecho 5 é
relativamente plano, mas em declive moderado, com tráfego pouco intenso,
permitindo manter velocidade constante e funcionamento do motor em condições de
emissão mínima de poluentes (quinta marcha sem grandes acelerações e rotação do
motor baixa), portanto, é o trecho que mais se aproxima do ideal, no que se refere à
emissão de gases.
Para os trechos 1 e 2, foi ensaiada a emissão apenas com o
motor frio. Para os trechos 3 e 4, há ensaios para o motor frio e quente. Para o
trecho 5, os ensaios referem-se apenas ao motor quente. Cada trecho está
minuciosamente descrito nas análises a seguir.
112
Esta Etapa 1 trata, portanto, de, a partir dos dados coletados
em cada trecho, com o motor frio e quente, obter a média de cada trecho e compará-
la com parâmetros já existentes na literatura. A comparação fundamental se refere à
emissão de CO e de HC em g/km, cotejando-se os parâmetros já existentes,
conforme discutidos no item 4.2.1 e os valores obtidos na medição real, conforme
descrita no capítulo anterior.
A Etapa 2 consiste em analisar o comportamento da emissão
dos gases em um dos ensaios, tomado como padrão, dada a inconveniência de se
analisar minuciosamente cada um dos ensaios obtidos. Serão apresentados,
portanto, todos os gráficos obtidos em cada segundo da medição, com a análise
meticulosa de cada um dos parâmetros relevantes para este trabalho.
É importante ressaltar que durante a execução de todos os
ensaios o veículo sempre funcionou com a marcha engrenada.
4.1 Etapa 1
4.1 Etapa 14.1 Etapa 1
4.1 Etapa 1
O Trecho 1 tem 730 metros e se inicia na Rua Elias Arsênio,
seguindo para a Rua Theodureto de Camargo. Daí vai até o balão que cruza com a
Avenida Pádua Sales, por onde continua até a rotatória que cruza com a Rua João
Lourenço Rodrigues, seguindo por essa rua até a Praça Itália.
A figura 4.1.1 ilustra a Rua João Lourenço Rodrigues sentido
Praça Itália em um período sem veículos circulando, tirada de manhã permitindo
visualizar sua inclinação.
113
Figura 4.1.1 – Foto ilustrativa do Trecho 1 – Rua João Lourenço Rodrigues
O trânsito normalmente neste trecho é moderado, formando
pouco engarrafamento, agravado apenas nos períodos de entrada e saída de aula
do colégio Jesuíno de Arruda. A maior parte do trajeto é em declive, com apenas
uma região de aclive, no fim do percurso. Nesse trecho não há semáforos, mas
existem redutores de velocidade e muitas placas de parada obrigatória, o que reduz
a velocidade média. Em geral, há movimentação de pessoas e algumas casas
comerciais. A poluição gerada nesse trecho provavelmente tem boa dispersão, pois
não possui grande adensamento de edificações.
A figura 4.1.2 mostra uma parte do mapa da cidade com o
Trecho 1 no centro do contorno em destaque. Os pontos vermelhos e letras azuis
representam os dados coletados com o GPS no ensaio 316 período manhã motor
frio, e descrevem a trajetória do veículo. O texto azul refere-se ao horário GPS da
coleta, (decrescido em 1 hora no caso) e os pontos vermelhos descrevem as
coordenadas do veículo em cada instante. O acúmulo de pontos em determinadas
regiões significa baixa velocidade ou não movimentação do veículo. Em verde, uma
aproximação de como os pontos ficava na via, visto que em escala normal, não é
possível fazer a visualização de detalhes.
114
Figura 4.1.2 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 1
A figura 4.1.2 é representativa de um dos ensaios, podendo
ocorrer variação na concentração de pontos de acordo com a condição de trânsito
no momento da coleta de dados
A tabela 4.1.1 mostra as médias das variáveis relevantes
obtidas no Trecho 1, que foram feitas só com motor frio.
Tabela 4.1.1 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios
no Trecho 1
Velocidade média (km/h)
23,2
Consumo médio (km/l)
6,9
Inclinação média no trecho (%)
- 2,2
Massa de combustível (g)
105,0
Porcentagem média de emissão de CO (%)
4,5
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
29
Emissão de CO no trecho (g)
44,0
Emissão de HC no trecho (g)
9,7
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
60,3
Média de emissão de HC (g/km)
13,3
Emissão de CO calculado pelo modelo da
ANTP
6
27,8
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
7
2,4
6
Conforme equação 2.8.2 (CO (g/km) = -4,51 + 727/V + 1,34E-3*V²).
7
Conforme equação 2.8.1 (HC (g/km) = -0,28 + 62,48/V).
115
Neste trecho, é possível notar uma emissão mensurada de CO
muito maior (60,3 g/km) que aquela apontada, por exemplo, pelo modelo da ANTP
(27,8 g/km), aqui adotado como prototípico. Esse modelo se fundamenta na
equação 2.8.2, descrita e explicitada no capítulo 2.
Essa diferença ocorre justamente pelo fato de o modelo
adotado pela ANTP desconsiderar invariavelmente questões cruciais para a emissão
de gases poluentes, como a temperatura do motor, a declividade média e a
diversidade do trânsito no trecho. Em geral, as equações dos modelos para a
emissão de gases baseiam-se apenas na velocidade média, o que gera grandes
distorções em cidades pequenas e médias, onde predominam pequenos
deslocamentos com o motor ainda frio por consequência. Nesse trecho, mesmo
havendo predominância de declive, pelo fato de o motor estar ainda frio, os dados
de emissão de CO foi bem elevado.
Com relação ao HC, calculado também de acordo com a
equação 2.8.1, descrita no capítulo 2, a distorção se mostra ainda maior. O ensaio
aponta um valor quase 6 vezes superior àquele calculado conforme o modelo da
ANTP.
O Trecho 2 tem 1230 metros e se inicia no fim da Praça Itália,
onde finaliza o Trecho 1, seguindo pela Avenida São Carlos, até o cruzamento com
a Rua Geminiano Costa.
A figura 4.1.3 ilustra a Avenida São Carlos, sentido norte em
um período com poucos veículos circulando de modo a permitir visualizar sua
inclinação.
116
Figura 4.1.3 – Foto ilustrativa do Trecho 2 – Avenida São Carlos
O trânsito neste trecho depende do dia e horário, podendo
variar de moderado com fluidez até quase parado, formando engarrafamento. Neste
trecho só há declive. Os semáforos nem sempre estão sincronizados e não formam
ondas verdes, o que, associado ao desrespeito pelas normas de trânsito por muitos
motoristas, reduz a velocidade média. Há grande movimentação de pessoas e
muitas casas comerciais. A poluição gerada neste trecho provavelmente não tem
boa dispersão, pois possui grande adensamento de edificações.
A figura 4.1.4 mostra uma parte do mapa da cidade com um
contorno em destaque sobre o Trecho 2. Em verde, uma aproximação de como os
pontos ficava na via, visto que em escala normal, não é possível fazer a visualização
de detalhes.
117
Figura 4.1.4 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 2
A tabela 4.1.2 mostra a média das variáveis relevantes obtidas
no Trecho 2, com motor frio.
Tabela 4.1.2 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios
no Trecho 2
Velocidade média (km/h) 24,3
Consumo médio (km/l) 8,9
Inclinação média no trecho (%) - 2,5
Massa de combustível (g) 100,0
Porcentagem média de emissão de CO (%) 3,1
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
50,0
Emissão de CO no trecho (g) 61,0
Emissão de HC no trecho (g) 7,9
Emissão de CO médio no trech
o (g/km)
49,6
Média de emissão de HC (g/km)
6,4
Emissão de CO calculado
pelo modelo
da ANTP
26,2
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
2,3
118
Neste trecho, a emissão mensurada de CO continua superior
ao modelo da ANTP (49,6 g/km contra 26,2 g/km). Mesmo sendo declive, o motor
ainda está frio; assim os dados de emissão de CO continuam bem elevados. Com
relação ao HC, a distorção se mostra menor, apontando um valor quase 3 vezes
superior àquele calculado no modelo da ANTP.
O Trecho 3 tem 990 metros e se inicia no cruzamento da Rua
Geminiano Costa, seguindo pela Avenida São Carlos, até o cruzamento com a
Avenida Dr. Carlos Botelho.
A figura 4.1.3 ilustra a Avenida São Carlos, sentido norte em
um período com poucos veículos circulando de modo a permitir visualizar sua
inclinação.
Figura 4.1.5 – Foto ilustrativa do Trecho 3 – Avenida São Carlos
O trânsito neste trecho depende do dia e horário, podendo ser
moderado com fluidez e quase parado, formando engarrafamento. Neste trecho só
há aclive. Os semáforos nem sempre estão sincronizados e não formam ondas
verdes, o que, associado ao desrespeito pelas normas de trânsito por muitos
motoristas, reduz a velocidade média. Há grande movimentação de pessoas e
muitas casas comerciais. A poluição gerada nesse trecho provavelmente não tem
boa dispersão, pois possui grande adensamento de edificações de altura variada.
119
A figura 4.1.6 mostra uma parte do mapa da cidade com um
contorno em destaque sobre o Trecho 3. Em verde, uma aproximação de como os
pontos ficava na via, visto que em escala normal, não é possível fazer a visualização
de detalhes.
Figura 4.1.6 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 3
A tabela 4.1.3 mostra a média das variáveis relevantes obtidas
no Trecho 3 com o motor ainda frio.
120
Tabela 4.1.3 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios
no Trecho 3
Velocidade média (km/h)
26,8
Consumo médio (km/l)
5,3
Inclinação média no trecho (%)
+ 6,2
Massa de combustível (g)
137,8
Porcentagem média de emissão de CO (%)
2,4
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
69,0
Emissão de CO no trecho (g)
51,7
Emissão de HC no trecho (g)
1,9
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
52,2
Média de emissão de HC (g/km)
2,0
Emissão de CO calculado
p
elo modelo
da ANTP
23,3
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
2,03
Com o motor frio e em aclive, como neste trecho, a emissão de
CO ainda é superior àquela adotada no modelo prototípico (52,2 g/km contra 23,3
g/km). A medição obtida no ensaio se mostra mais coerente com as informações
teóricas, na comparação entre os dados obtidos aqui e no trecho anterior (tabela
5.1.2), visto que em aclive há mais esforço do motor e, portanto, maior emissão de
CO. A emissão de gases no modelo ANTP foi menor no aclive (23,3 g/km contra
26,2 g/km) que no declive, pois os dados levam em consideração unicamente a
velocidade, que foi maior no trecho em aclive (26,8km/h) que no trecho em declive,
em média (24,3 km/h).
Tendo em vista que neste trecho o motor está mais aquecido,
era de se esperar que a emissão de CO fosse menor. Entretanto, comparando-se os
valores obtidos nos trechos 2 e 3 com o motor ainda frio (49,6 g/km contra 52,2
g/km), percebe-se que a emissão foi maior aqui, o que ocorreu em virtude do aclive
da via.
A emissão de HC continua caindo em comparação com o
trecho anterior, independentemente da inclinação da via e fica muito próxima do
resultado do modelo prototípico, já que o motor está mais aquecido.
A tabela 4.1.4 mostra a média das variáveis relevantes obtidas
no Trecho 3 com o motor aquecido.
121
Tabela 4.1.4 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos
ensaios no Trecho 3
Velocidade média (km/h) 25,6
Consumo médio (km/l) 6,9
Massa de combustível (g) 103,9
Porcentagem média de emissão de CO (%) 1,2
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
101,0
Emissão de CO no trecho (g) 20,4
Emissão de HC no trecho (g) 0,6
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
20,6
Média de emissão de HC (g/km)
0,6
Emissão de CO calculado
pelo mod
elo
da ANTP
24,52
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
2,1
A emissão de CO no trecho 3 com o motor quente é muito
semelhante à do modelo prototípico adotado, mostrando-se um pouco inferior (20,6
g/km contra 24,5 g/km). É curioso notar, por outro lado, que a emissão de HC foi
muito menor que a adotada pelo modelo da ANTP (0,6 g/km contra 2,1 g/km).
Os resultados obtidos no mesmo trecho com o motor aquecido
são muito diferentes daqueles obtidos com o motor frio. O motor aquecido emite
menos da metade do CO emitido pelo motor frio (52,2 g/km contra 20,6 g/km). A
emissão de HC também é menor: 2,0 g/km contra 0,6 g/km.
O Trecho 4 tem 700 metros e se inicia no cruzamento da
Avenida Carlos Botelho, seguindo pela Avenida São Carlos, até o cruzamento com a
Rua César Ricome.
A figura 4.1.7 ilustra a Avenida São Carlos, sentido norte em
um período com poucos veículos circulando de modo a permitir visualizar sua
inclinação.
122
Figura 4.1.7 – Foto ilustrativa do Trecho 4 – Avenida São Carlos
O trânsito neste trecho é mais moderado, com fluidez e
raramente com engarrafamentos. Neste trecho só há declive. Poucos semáforos e
obstáculos permitem uma velocidade média maior. Há moderada movimentação de
pessoas e casas comerciais. A poluição gerada nesse trecho tem moderada
dispersão.
A figura 4.1.8 mostra uma parte do mapa da cidade com um
contorno em destaque sobre o Trecho 4. Em verde, uma aproximação de como os
pontos ficava na via, visto que em escala normal, não é possível fazer a visualização
de detalhes.
123
Figura 4.1.8 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 4
A tabela 4.1.5 mostra a média das variáveis relevantes obtidas
no Trecho 4 com motor frio.
Tabela 4.1.5 – Resultados de campo obtidos com motor frio: médias totais dos ensaios
no Trecho 4
Velocidade média (km/h) 34,2
Consumo médio (km/l) 20,2
Inclinação média no trecho (%) - 4,9
Massa de combustível (g) 25,3
Porcentagem média de emissão de CO (%) 1,2
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
79
Emissão de CO no trecho (g) 3,6
Emissão de HC no trecho (g) 0,2
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
4,8
Média de emissão de HC (g/km)
0,3
Emissão de CO calculado
pelo modelo
da ANTP
18,3
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
1,5
A emissão de CO medida neste trecho mostrou-se bem menor
que aquela obtida no modelo da ANTP (4,8 g/km contra 18,3 g/km). Aqui, o declive
124
da via associado ao motor mais aquecido (saindo de um aclive que exigiu mais do
motor) e à velocidade média mais alta (com poucas intervenções, como paradas ou
reduções abruptas de marcha seja em razão de paradas obrigatórias ou semáforos)
favoreceu a redução. Quanto à emissão de HC (0,3 g/km contra 1,5 g/km), mais uma
vez ocorreu queda, tanto tomando como referência o valor calculado conforme a
fórmula da ANTP quanto com referência às médias obtidas no trecho anterior.
Houve uma queda significativa na emissão de CO no cotejo
entre ambos os trechos com o motor frio (52,2 g/km contra 4,8 g/km), o que se
explica tanto pela inclinação da via quanto pela temperatura do motor, já um pouco
mais aquecido a esta altura dos ensaios.
A tabela 4.1.6 mostra a média das variáveis relevantes obtidas
no Trecho 4 com motor quente.
Tabela 4.1.6 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos
ensaios no Trecho 4
Velocidade média (km/h) 38,9
Consumo médio (km/l) 33,8
Massa de combustível (g) 15,2
Porcentagem média de emissão de CO (%) 1,03
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
104
Emissão de CO no trecho (g) 1,8
Emissão de HC no trecho (g) 0,06
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
2,5
Média de emissão de HC (g/km)
0,08
Emissão de CO calculado
pelo modelo
da ANTP
16,2
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
1,3
As médias obtidas para o mesmo trecho nos ensaios com o
motor aquecido mostram a emissão de CO em níveis muito inferiores àqueles
obtidos pelo modelo adotado pela ANTP: 2,5 g/km contra 16,2 g/km. A emissão de
HC também é menor: 0,08 g/km contra 1,3 g/km. A grande diferença nos valores se
explica tanto pela temperatura do motor quanto pela inclinação da via (declive
acentuado).
O cotejo entre o desempenho do motor frio e quente para o
mesmo trecho leva à mesma conclusão, ou seja, de que, quando quente, o motor
emite muito menos poluentes que quando frio.
125
O Trecho 5 tem 3100 metros e se inicia no cruzamento da
Avenida das Azaléias, seguindo pela Marginal (Avenida Trabalhador Sancarlense)
até o cruzamento com a Avenida Parque Faber.
A figura 4.1.9 ilustra a Trabalhador Sancarlense, sentido
Shopping em um período com poucos veículos circulando de modo a permitir
visualizar sua inclinação.
Figura 4.1.9 – Foto ilustrativa do Trecho 5 – Avenida Trabalhador Sancarlense
O trânsito neste trecho é relativamente baixo, exceto em alguns
pontos como a entrada para a USP, o cruzamento com a Rua Miguel Petroni, o
cruzamento com a Rua Ângelo Passeri e na entrada da Avenida Parque Faber.
Neste trecho há predominância de declive. Poucos obstáculos permitem uma
velocidade média maior, salvo hipóteses de desrespeito pelas normas de trânsito
pelos motoristas. Há pouca movimentação de pessoas e casas comerciais. A
poluição gerada nesse trecho tem boa dispersão.
A figura 4.1.10 mostra uma parte do mapa da cidade com um
contorno em destaque sobre o Trecho 5. Em verde, uma aproximação de como os
pontos ficava na via, visto que em escala normal, não é possível fazer a visualização
de detalhes.
126
Figura 4.1.10 – Mapa ilustrativo do percurso do veículo no ensaio 316MF no Trecho 5
A tabela a seguir mostra a média das variáveis relevantes
obtidas no Trecho 5 com motor quente
Tabela 4.1.7 – Resultados de campo obtidos com motor quente: médias totais dos
ensaios no trecho 5
Velocidade média (km/h) 41,6
Consumo médio (km/l) 17,3
Inclinação média no trecho (%) - 0,8
Massa de combustível (g) 130,3
Porcentagem média de emissão de CO (%) 1,3
Temperatura média (ºC) na vareta de óleo de motor
90
Emissão de CO no trecho (g) 83,4
Emissão de HC no trecho (g) 4,5
Emissão de CO médio no trecho (g/km)
26,9
Média de emissão de HC (g/km)
1,5
Emissão de CO ca
lculado
pelo modelo
da ANTP
15,3
Emissão de HC calculado
pelo modelo
da ANTP
1,2
Este trecho será analisado isoladamente, visto que foi ensaiado
em condições consideradas relativamente ideais, ou seja, com velocidade média
127
relativamente alta e poucas intervenções no trânsito (paradas, principalmente). A
emissão média de CO mensurada ficou mais alta que a do modelo calculado pela
função da ANTP (26,9 g/km contra 15,3 g/km). Esperava-se neste trecho que os
resultados obtidos nos ensaios fossem mais próximos dos resultados obtidos por
meio da função matemática da ANTP. A emissão de HC mensurada e a calculada
pelo modelo da ANTP (1,5 g/km contra 1,2 g/km) ficaram muito próximas.
4
44
4.2 Etapa dois
.2 Etapa dois.2 Etapa dois
.2 Etapa dois
Esta etapa consiste em analisar o comportamento da emissão
dos gases em um dos ensaios, tomado como exemplo, dada a inconveniência de se
analisar minuciosamente cada um dos ensaios realizados. Como os dados são
semelhantes em todos os ensaios, a análise de um deles pode ser estendida para
todos os outros.
Serão apresentados, portanto, os gráficos obtidos em cada
segundo da medição, com a análise minuciosa de cada um dos parâmetros
relevantes para este trabalho.
Foram analisados os dados obtidos nos ensaios com o motor
frio e com o motor quente (2 ensaios) realizados no dia GPS 316 do ano de 2007,
que faz parte dos primeiros 40 ensaios realizados. A opção recaiu sobre estes
ensaios visto que, durante o processamento GPS, as coordenadas obtidas
apresentaram-se as mais lineares, com poucos saltos e correções manuais a serem
realizadas. Desse modo, dados como velocidade, aceleração, posição, inclinação da
via são mais confiáveis.
Primeiramente estão apresentados todos os gráficos obtidos no
ensaio com o motor frio, nos trechos de 1 a 4, tanto para a emissão de CO quanto
para a emissão de HC. Em seguida, apresentam-se os gráficos obtidos a partir dos
dados gerados no ensaio com o motor quente, ou seja, nos trechos 3 e 4, quanto à
emissão de CO e de HC.
Posteriormente, estão os gráficos obtidos para o trecho 5,
relativamente à emissão de CO e de HC, onde os ensaios foram realizados apenas
com o motor quente. O trecho se diferencia em razão do percurso, como já
explicitado.
128
Todos os dados que fundamentam a análise deste dia de
ensaio estão apresentadas no Anexo I do trabalho.
4.2.1 Análise da emissão de CO com o motor frio
Os gráficos relacionam a emissão de CO em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de CO,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, aquecimento do motor e gramas
de gasolina acumulada.
Em todos os gráficos, há um aumento final na emissão de CO
que se explica pela manobra de estacionamento do veículo em marcha à ré para
desligamento dos aparelhos. No eixo das abscissas foi colocado o tempo em
segundos, no eixo das ordenadas do lado esquerdo os valores referentes aos dados
mensurados das variáveis relevantes e do lado direito os dados relativos à emissão
de CO ou HC em gramas.
O gráfico 4.2.1 faz uma comparação entre a porcentagem de
CO mensurada e sua emissão em gramas. Uma porcentagem de emissão de CO
alta associada a um consumo instantâneo alto resulta em uma alta emissão em
gramas de CO.
Gráfico 4.2.1 – Gramas CO e % CO x Tempo
129
A forma como os dados foram obtidos e processados não
permite que se mensure a quantidade de emissão de CO quando a velocidade é
zero. Assim, nos gráficos, apresenta-se uma descontinuidade nesses períodos.
O analisador de gases obtém a porcentagem de emissão de
CO com relação ao total dos gases expelidos pelo escapamento, com ou sem
movimento do veículo. Mas a massa de CO só é possível de ser obtida, neste
modelo, se o veículo estiver em movimento, onde se consegue mensurar seu
consumo.
Sabe-se que quando o veículo está parado, ocorre uma queda
na emissão de CO, mas esta não chega a zero, gerando a descontinuidade na linha
azul do gráfico (gramas de CO). Esse fato gera como consequência que as médias
obtidas nos ensaios (analisadas no item 4.1) são um pouco mais elevadas que as
apresentadas, entretanto, não foi possível mensurar essa diferença.
A porcentagem de emissão de CO é maior quando o motor
está ainda frio, ou seja, no início do percurso. Conforme o motor se aquece, há
alguns picos de emissão de CO em gramas (p. ex., segundos 135, 169, 430), que
não são acompanhados pelo aumento na porcentagem de emissão. Pode-se
concluir, portanto, que tanto a porcentagem de emissão de CO quanto sua emissão
em gramas se referencia principalmente com relação à temperatura do motor,
ficando mais baixa e regular conforme o motor está mais aquecido. Quanto mais frio
o motor, maiores os picos e mais tempo decorre para sua emissão diminuir.
Assim, não é possível afirmar que uma baixa emissão de CO
em porcentagem significa uma baixa emissão de CO em gramas e o que mais
importa efetivamente para a verificação da qualidade do ar é a emissão em gramas.
O gráfico 4.2.2 mostra a relação entre a velocidade e a
emissão em gramas de CO.
130
Gráfico 4.2.2 – Gramas CO e Velocidade x Tempo
Por meio do gráfico 4.2.2, é possível notar que quantidade de
gramas de CO emitida varia, em alguns trechos, de acordo com a variação da
velocidade, o que confirmaria os dados levantados de acordo com a fundamentação
teórica. O modelo da ANTP para descrever a emissão de CO em gramas, tomado
como prototípico para a comparação dos dados obtidos neste estudo, se baseia
unicamente nesta relação. Porém em outros trechos a velocidade aumenta e a
emissão de CO em gramas diminui.
É interessante notar, por exemplo, que entre os segundos 421
e 481, houve um aumento de velocidade acompanhado de uma queda na emissão
de CO em gramas. Apesar de não estar apresentado neste gráfico (ver gráfico
4.2.3), sabe-se que esse fato se deve ao declive da via, o que demonstra que os
modelos que se baseiam unicamente em dados de velocidade, para as situações
ensaiadas, apresentam grandes distorções.
Ressalte-se, mais uma vez, que, apesar de a velocidade ser
zero, a emissão de CO em gramas fica sem dados, mas não será zero.
O gráfico 4.2.3 mostra a relação entre e o perfil vertical do
percurso e a emissão em gramas de CO, ilustrando sua inclinação.
131
Gráfico 4.2.3 – Gramas CO e Altitude x Tempo
No gráfico 4.2.3, a relação entre a emissão de CO em gramas
com a inclinação da via torna-se notável. No início, com o motor frio, a emissão de
CO é alta, independentemente do perfil da via. Entretanto, com o aumento da
temperatura do motor, a inclinação da via passa a ser significativa. As grande
quedas verticais na emissão em gramas de CO vistas no gráfico se referem à falha
de coleta de dados quando a velocidade é zero, já discutida anteriormente. Assim,
olhando-se os três dados juntos fica mais fácil sua compreensão.
O gráfico 4.2.4 mostra a relação entre a emissão em gramas de
CO, a velocidade e o perfil vertical.
132
Gráfico 4.2.4 – Gramas CO, Altitude e Velocidade x Tempo
Apesar de dificultar a legibilidade, optou-se por apresentar um
gráfico com os três dados relacionados nos dois gráficos anteriores, já que há
influência direta entre eles. Assim, houve manipulação dos dados para que todos
ficassem visíveis na proporção entre 0 e 2, que é a quantidade de emissão de CO
em gramas. Foram subtraídos da altitude 800m, que representam a altitude média
da cidade de São Carlos com relação ao nível do mar, para que a variação do
desnível ficasse apenas em aproximadamente 70m. Esse valor foi dividido por 35
para que o resultado ficasse em valores próximos às gramas de CO emitida, ou seja,
entre 0 e 2 e a velocidade foi dividida por 30.
No gráfico 4.2.4, portanto, fica claro que a emissão de CO varia
mais em decorrer da temperatura e da inclinação do trajeto do que apenas da
velocidade. Porém a variação com base na altitude se mostra mais significativa
quando o motor está mais aquecido. Por exemplo, analisando o segundo 75. Nele
ocorre um aumento na velocidade, porém está em um trecho de declive e a emissão
em gramas de CO diminui,
O gráfico 4.2.5 mostra a relação entre a emissão em gramas de
CO pela distância percorrida.
133
Gráfico 4.2.5 – Gramas CO e Distância x Tempo
O gráfico 4.2.5 apresenta a relação entre a emissão de CO em
gramas e a distância percorrida. É possível verificar que a emissão de CO cai com o
aumento do percurso, o que ocorre em razão do aquecimento do motor. Por volta
dos 3.000m fica claro que a emissão de CO é bem mais baixa que no início do
percurso, o que ocorre tanto em razão do aquecimento do motor quanto pelo declive
do terreno neste intervalo do percurso.
Até o primeiro quilômetro, mesmo havendo declividade da via,
a emissão de CO é grande. Depois, em torno dos 2.000m há um outro pico, o que se
explica pela inclinação do terreno: trata-se do início do trecho 3, aquele que mostra
maior aclive nos ensaios propostos.
O gráfico 4.2.6 mostra a relação entre a emissão em gramas de
CO pela temperatura mensurada no termopar.
134
Gráfico 4.2.6 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo
A partir dos dados apresentados no gráfico 4.2.6, pode-se
concluir que ocorre uma diminuição no consumo de CO em gramas conforme
aumenta a temperatura do motor. Esses dados levam à conclusão de que, em
trajetos curtos, onde o motor está frio, a emissão de CO é muito grande.
Os modelos matemáticos em geral, usados para estimar a
emissão de CO, costumam basear os dados apenas a partir do aquecimento do
motor, o que pode gerar distorções em cidades pequenas e médias, onde os
percursos são, na maioria, curtos. Assim, em um percurso de 10 minutos, grande
parte dele tem alta emissão de CO, ao passo que, em um percurso de 40 minutos,
até os 7-10 minutos iniciais, em que o motor está frio e em que há maior emissão de
CO, ficam diluídos no volume total de emissão. Eis a distorção dos modelos
tradicionais, que não são adequadamente aplicáveis às cidades pequenas e médias.
O gráfico 4.2.7 mostra a relação entre a emissão em gramas de
CO pelo consumo em gramas de combustível. Esse gráfico é interessante porque
mostra segundo a segundo quanto o motor consome de combustível e quanto ele
gera de emissão em gramas de CO.
135
Gráfico 4.2.7 – Gramas CO e Gramas Gasolina x Tempo
A relação entre a quantidade de gramas de CO e de gasolina
acumuladas permite avaliar a eficiência da queima do combustível. Verifica-se,
portanto, que o motor se torna mais eficiente no decorrer do tempo, em virtude da
temperatura, ocorrendo uma emissão menor de CO em comparação com o consumo
de gasolina. Quanto melhor a queima de combustível, menor deve ser a emissão de
CO.
4.2.2 Análise da emissão de HC com o motor frio
Os gráficos relacionam a emissão de HC em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de HC,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do motor e gramas
de gasolina acumulada.
Em todos os gráficos, há um aumento final na emissão de HC
que se explica pela manobra de estacionamento do veículo em marcha à ré para
desligamento dos aparelhos.
O gráfico 4.2.8 mostra a comparação entre a emissão em
gramas de HC pela porcentagem de HC emitido.
136
Gráfico 4.2.8 – Gramas HC e % HC x Tempo
No gráfico 4.2.8 é possível visualizar que, logo no início do
ensaio, a porcentagem de HC emitida em relação à quantidade de gás lançada pelo
escapamento é muito alta, o que também ocorre com relação à quantidade de
gramas emitida. Isso ocorre principalmente pela baixa temperatura do motor.
Entretanto, esses valores se reduzem rapidamente e passam a ser baixos durante
quase todo o percurso, se comparados à emissão de CO (ver gráfico 4.2.1). Assim,
no ensaio, a emissão de HC se mostrou mais crítica no início quando o motor estava
mais frio.
O gráfico 4.2.9 mostra a relação entre a emissão em gramas de
HC pela velocidade.
137
Gráfico 4.2.9 – Gramas HC e Velocidade x Tempo
No início do ensaio, enquanto o motor ainda está frio, não há
uma relação visível entre a velocidade e a emissão de HC em gramas. O pico inicial,
até por volta do segundo 31, se explica pela baixa temperatura do motor. A partir
daí, há relação entre a quantidade de gramas de HC emitida e a velocidade segue a
mesma explicação que o gráfico 4.2.2. NO final do ensaio, a quantidade de HC
emitida em gramas se estabiliza, com valores relativamente baixos, o que se explica
pelo aquecimento do motor e da declividade do trecho, não tendo uma relação
significativa com a velocidade.
O gráfico 4.2.10 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo perfil vertical do percurso, ilustrando sua inclinação.
138
Gráfico 4.2.10 – Gramas HC e Altitude x Tempo
Verifica-se aqui que a relação entre a emissão de HC e a
inclinação do trajeto é muito pequena e que, mais uma vez, o que realmente importa
no que se refere à emissão de HC é a temperatura.
O gráfico 4.2.11 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pela distância percorrida.
Gráfico 4.2.11 – Gramas HC e Distância x Tempo
139
A relação entre a quantidade de emissão de HC em gramas e a
distância percorrida se dá em virtude do aumento da temperatura, o que ocorre
naturalmente com o aumento da distância percorrida.
É importante ressaltar que a relação com a distância só se
torna relevante em razão de se relacionar diretamente com o aquecimento do motor.
Se o veículo ficasse parado durante determinado período, ou seja, com
deslocamento zero, a emissão de HC se reduziria da mesma forma, já que o motor
se aquece independentemente de deslocamento.
O gráfico 4.2.12 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pela temperatura mensurada pelo termostato.
Gráfico 4.2.12 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo
Optou-se por apresentar o gráfico com o alto pico inicial de
emissão de HC em gramas, o que dificulta a compreensão da relação entre a
temperatura e a emissão de HC.
Entretanto, observando-se atentamente os dados, é possível
afirmar que existe uma relação entre os dados: a emissão de HC reduz com o
aumento da temperatura, onde os picos tornam-se cada vez menores.
O gráfico 4.2.13 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo consumo instantâneo de gasolina em gramas.
140
Gráfico 4.2.13 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo
Nos momentos iniciais, já aparece o grande quantidade de HC
emitida pelo motor, ou seja, a maior parte de lançamento de HC na atmosfera ocorre
logo no início do ensaio. No decorrer do percurso, soma-se pouco à quantidade de
emissão total de HC: percebe-se, pelo gráfico, que o aumento no total de emissão
não é significativo entre os segundos 380 a 495.
Assim, o que mais importa para a mensuração da emissão de
HC são os momentos iniciais de um ensaio, em que o motor ainda está frio, o que,
em regra, deixa de ser considerados nos modelos convencionais.
4.2.3 Análise da emissão de CO com o motor quente
Os gráficos relacionam a emissão de CO em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de CO,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do motor e gramas
de gasolina acumulada.
Entre os segundos 1 e 37, o veículo saiu da vaga em que
estava estacionado para que os aparelhos fossem ligados e parou no semáforo.
Apenas a partir do segundo 37 é que se inicia o aclive que se pretende observar
mais atentamente a partir dos gráficos desta sessão.
141
O gráfico 4.2.14 mostra a comparação entre a emissão em
gramas de CO pela porcentagem de CO emitido.
Gráfico 4.2.14 – Gramas CO e % CO x Tempo
O aclive mais inclinado de todo o percurso (após o segundo 37,
aproximadamente) realmente apresenta a maior emissão de CO, tanto em grama
quanto em porcentagem. Os demais picos mostram os efeitos do aclive e da
aceleração do veículo. Note o instante inicial do movimento do veículo, onde as
emissões também são elevadas. Para o veículo entrar em movimento há uma
emissão notável.
A partir do segundo 111 (aproximadamente), não ocorre mais o
aclive acentuado, o que gera a diminuição da emissão de CO tanto em gramas
quanto em porcentagem. Os picos de porcentagem de emissão de CO no declive
não são acompanhados pelo mesmo tipo de variação na quantidade em gramas, o
que se explica pelo fato de o escapamento expelir muitos gases sem consumir muito
combustível nessas condições (o motor corta o consumo de combustível em
condições favoráveis – motor quente em declive sem aceleração).
Em comparação com os dados obtidos com o motor frio, as
diferenças são grandes (cf. gráfico 4.2.1). Com relação às gramas de CO, o maior
pico de emissão com o motor quente chega a cerca de 0,5 g; com o motor frio, esse
pico chega a cerca de 1,5 g e passa de 0,5 quase que durante todo o ensaio. Esse
142
valor fica menor apenas após o segundo 430 (aproximadamente), ou seja, ao final
do ensaio, quando o motor já está mais aquecido. Lembrando que o analisador de
gás usado tem resolução de 0,01%, mas tem precisão de 0,06% para o CO.
Assim, pode-se concluir que a variável “temperatura” é um dos
itens mais críticos quanto à emissão de CO.
O gráfico 4.2.15 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de CO pela velocidade no percurso.
Gráfico 4.2.15 – Gramas CO e Velocidade x Tempo
Inicialmente, em razão da velocidade zero, a quantidade de
gramas de CO emitida não foi mensurada.
No aclive (aproximadamente segundos 37-140), é possível
notar que, mesmo com velocidade relativamente constante, em torno de 40 km/h,
houve vários picos na emissão de CO em gramas, o que se explica pelas condições
do aclive. Os picos que se observam acerca dos segundos 55, 80 e 91 se explicam
pela troca de marchas (reduções ou acelerações).
Ao final do percurso (após o segundo 141), a quantidade de
gramas de CO emitida se estabiliza próxima de zero, em virtude do declive, visto
que, neste ensaio, o motor sempre está aquecido. Assim, ao lado da temperatura, a
inclinação da via se mostra relevante para o estudo da emissão de CO enquanto
143
que a velocidade isoladamente não possui uma relação confiável com a emissão em
gramas de CO.
Neste trecho, verifica-se que não houve qualquer parada (não
há velocidade zero, a não ser no início). Esse fato favorece uma continuidade na
coleta dos dados. Em comparação com os dados obtidos com motor frio, em que
houve mais paradas (cf. gráfico 4.2.2), a emissão de CO é maior, tanto em função da
baixa temperatura do motor, quanto em função das paradas.
O gráfico 4.2.16 mostra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo perfil vertical do trecho ensaiado, ilustrando sua inclinação.
Gráfico 4.2.16 – Gramas CO e Altitude x Tempo
Com o motor quente, verificam-se vários picos na emissão de
CO em gramas com relação ao aclive da via. No declive (a partir de cerca do
segundo 142), nota-se certa estabilidade na emissão de CO.
Com o motor frio (cf. gráfico 4.2.3), a análise deve-se centrar a
partir do segundo 290 (aproximadamente), onde começa o aclive compatível com o
início do ensaio quente. Os picos de emissão de CO são mais altos e demoram mais
a cair, mantendo-se quase que o período todo acima de 0,4 g (a queda a quase zero
se refere ao período em que o veículo esteve parado e, portanto, merece ser
desconsiderada, visto não refletir a realidade, conforme já discutido).
Comparando-se com os dados obtidos com o motor frio (cf.
gráfico 4.2.3), percebe-se que a emissão com o motor quente é muito menor. Essas
144
informações ficam muito mais visíveis comparando-se os dados apresentados nas
tabelas 5.1.3 a 5.1.6:
A tabela 4.2.2 compara os dados de emissão em gramas de
CO obtidos nos trechos 3 e 4, com motor frio e quente.
Tabela 4.2.2 – Comparação entre os níveis de CO emitidos entre os trecho 3 e 4
CO emitido em g
Motor frio
Motor quente
Trecho 3 51,7 20,4
Trecho 4 3,6 1,8
A partir desses dados, pode-se afirmar que a emissão de CO
se reduz conforme o motor está aquecido. Essas análises levam à conclusão de que
a associação de aclive acentuado com motor frio gera a situação mais desfavorável
para a emissão de CO e que o motor aquecido em declive acentuado descreve a
situação de menor emissão de CO em gramas.
O gráfico 4.2.17 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de CO pela distância percorrida.
Gráfico 4.2.17 – Gramas CO e Distância x Tempo
Com o motor quente, verifica-se que a emissão de CO diminui
e se estabiliza, ao final do percurso, em razão do declive. No início do gráfico, há
145
uma alta na emissão de gramas de CO, já que o veículo está iniciando a manobra de
posicionamento para o início do ensaio. Depois ocorre uma queda sensível, a
emissão de gramas de CO aproximando-se de zero, até por volta do segundo 38,
momento em que o veículo está parado no semáforo, quando se percebe um
aumento sensível da emissão de gramas de CO. Até por volta do segundo 110, à
emissão de CO é bastante irregular, com vários picos, em virtude do aclive e, a partir
do segundo 140, a emissão de CO se estabiliza em níveis próximos a zero, em
razão do declive da via.
Percebe-se, portanto, que a relação entre a distância
percorrida e os níveis de emissão de CO tanto com o motor frio quanto com o motor
quente não é significativa. Em regra, a distância não importa. O que ocorre é que,
com a distância percorrida, ocorre o aquecimento do motor, este fator sim relevante
para a análise proposta, conforme já discutido.
O gráfico 4.2.18 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo aquecimento do motor.
Gráfico 4.2.18 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo
Verifica-se que, com o motor já aquecido, a quantidade de
gramas de CO emitida não varia muito em função da temperatura. Há picos na
emissão, que não podem ser explicados pela temperatura do motor, que se manteve
146
quase constante, como ocorre quando o motor está frio. Esses picos se explicam por
outros fatores, como a inclinação da via e aceleração do motor.
É importante notar que a temperatura influencia no resultado
dos testes apenas quanto ao fator quente/frio. Uma vez estando aquecido o motor,
não há variação da emissão de CO exclusivamente em função da temperatura –
outros dados, então, passam a ter maior relevância. Com o motor frio, a temperatura
passa a ser o item de maior influência (cf. gráfico 4.2.6).
O gráfico 4.2.19 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo consumo em gramas de gasolina.
Gráfico 5.2.19 – Gramas CO e Gramas gasolina x Tempo
A quantidade de gramas de CO acumulada, inicialmente, até
por volta do segundo 41, é muito semelhante à quantidade de gramas de gasolina
acumulada, visto que o deslocamento do veículo é zero, conforme já explicitado.
Após esse período, quando o veículo de fato entra em movimento, ou seja, com o
aumento da velocidade, ocorre um aumento progressivo na quantidade de gramas
de gasolina acumulada enquanto que a quantidade de gramas de CO acumulada
aumenta muito pouco. As linhas ficam quase paralelas, isto é, a eficiência da
combustão chega ao seu limite para este percurso.
Até o final do percurso, há uma grande diferença entre ambos,
o que também ocorreu com o motor frio. Entretanto, nos dados obtidos com o motor
147
frio, a diferença entre as duas variáveis começa a aumentar sensivelmente após o
segundo 300 (aproximadamente), enquanto que a diferença começa a aumentar,
com o motor quente, logo após o deslocamento (segundo 40).
Esse distanciamento entre ambos os dados demonstra a maior
eficiência do motor. Conforme levantado na análise para o motor frio (cf. gráfico
4.2.7), o motor se torna mais eficiente conforme está mais aquecido.
4.2.4 Análise da emissão de HC com o motor quente
Os gráficos relacionam a emissão de HC em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de HC,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do motor e gramas
de gasolina acumulada.
Entre os segundos 1 e 37, o veículo saiu da vaga em que
estava estacionado para que os aparelhos fossem ligados e parou no semáforo.
Apenas a partir do segundo 37 é que se inicia o aclive que se pretende observar
mais atentamente a partir dos gráficos desta sessão.
O gráfico 4.2.20 ilustra a comparação entre a emissão em
gramas de HC pela sua porcentagem.
Gráfico 4.2.20 – Gramas HC e % HC x Tempo
148
No início do aclive (por volta do segundo 37), há um pico na
emissão de HC, tanto em gramas quanto em porcentagem, o que se explica
justamente pela inclinação do terreno. Ou seja: mesmo com o motor aquecido,
situação em que, em regra, a emissão de HC se torna mais regular, há um aumento
sensível nessa emissão em razão da inclinação do terreno e do consequente
esforço do motor.
Comparada com a emissão de CO, a emissão de HC é muito
mais reduzida. Durante todo o percurso, a emissão em gramas acompanha a
porcentagem emitida, com exceção de um trecho próximo ao final (segundos 162 a
176, aproximadamente), em razão do declive do terreno, que exigiu menos esforço
do motor.
Cotejando-se os dados obtidos com o motor frio (cf. gráfico
4.2.8), o pico inicial de emissão de HC chega a cerca de 1,2g, enquanto que com o
motor quente esse pico é de cerca de 0,02g. Ou seja: a emissão de HC está
diretamente relacionada com a temperatura do motor, principalmente na fase de
arranque.
O gráfico 4.2.21 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de HC pela velocidade.
Gráfico 4.2.21 – Gramas HC e Velocidade x Tempo
149
O aumento da emissão de HC acompanha o aumento da
velocidade, principalmente no início do aclive. No restante do ensaio, a variação de
HC não está relacionada apenas com a velocidade, como se observa principalmente
após, aproximadamente, o segundo 134, momento em que se inicia o declive da via.
Mesmo com o aumento da velocidade, ocorre redução na emissão de HC nessas
condições.
Assim, modelos que se baseiam unicamente na mensuração
da velocidade não se mostram confiáveis, visto que outras variáveis, como a
temperatura do motor e inclinação da via se mostraram influentes para a emissão de
HC.
Comparando-se com os dados obtidos com o motor frio (cf.
gráfico 4.2.9), o que deve ser feito após o segundo 292 (início do trecho 3), é
possível verificar que não há uma ligação direta entre a velocidade desenvolvida em
um e em outro ensaio. A relação se estabelece, na verdade, com o esforço do motor
para vencer o aclive da via ou com o alívio para percorrer o declive.
O gráfico 4.2.22 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo perfil vertical do terreno, ilustrando sua inclinação.
Gráfico 4.2.22 – Gramas HC e Altitude x Tempo
A emissão de HC, apesar de se mostrar constantemente baixa
durante todo o ensaio (visto que o motor está aquecido), tem um aumento relevante,
150
com picos, no aclive e, a partir do início do declive (por volta do segundo 130),
começa a reduzir e a se estabilizar, com exceção do momento final, o que se
explica, como citado, pela manobra realizada para estacionar o veículo.
Comparando-se com os dados obtidos com o motor frio (cf.
gráfico 4.2.10), percebe-se que a emissão com o motor quente é muito menor.
Essas informações ficam muito mais visíveis comparando-se os dados apresentados
nas tabelas 4.1.3 a 4.1.5:
A tabela 4.2.3 compara os dados de emissão em gramas de
HC obtidos nos trechos 3 e 4, com motor frio e com o motor quente.
Tabela 4.2.3 – Comparação entre os níveis de HC emitidos entre os trecho 3 e 4
HC emitido em g
Motor frio
Motor quente
Trecho 3 1,9 0,6
Trecho 4 0,2 0,06
A partir desses dados, pode-se afirmar tanto que a emissão de
HC é muito reduzida quando o motor está aquecido para um mesmo trecho, tanto
que a emissão é muito menor em trechos de declive. Ou seja, a emissão de HC é
menor quando o motor está aquecido e em declive. Assim, mais uma vez, comprova-
se que as variáveis mais relevantes nos ensaios realizados são a temperatura e a
inclinação do terreno.
O gráfico 4.2.23 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de HC pela distância percorrida.
151
Gráfico 4.2.23 – Gramas HC e Distância x Tempo
Como o motor está aquecido, portanto, a distância percorrida
mostra pouca ou quase nenhuma influência na emissão de HC em gramas, visto
que, como já ressaltado, outros fatores se mostram mais relevantes (temperatura do
motor e inclinação da via).
O gráfico 4.2.24 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo aquecimento do motor.
Gráfico 4.2.24 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo
152
Tendo em vista que o motor já estava aquecido no início da
medição dos dados, esta se estabilizou em torno de 100ºC e não influenciou
diretamente as alterações na emissão de HC.
Assim como ocorreu com o motor frio (cf. gráfico 4.2.12), houve
um pico inicial na emissão, apesar de muito menor que aquele. Pode-se concluir,
portanto, que o arranque inicial do motor, que exige maior esforço, provoca uma
maior emissão de HC.
O gráfico 4.2.25 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo consumo em gramas de gasolina.
Gráfico 4.2.25 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo
Com o motor aquecido, a eficiência da queima da gasolina se
mostrou mais próxima do estequiométrico, ou seja, há pouca emissão de HC
relativamente. Com relação aos dados obtidos com o motor frio (cf. gráfico 4.2.13),
percebe-se que a emissão é muito maior. Assim, a temperatura mostra-se um fator
relevante para a medição da emissão de HC.
4.2.5 Análise da emissão de CO com o motor quente no trecho 5
Primeiramente, deve-se lembrar que este trecho foi ensaiado
tendo em vista sua potencial semelhança aos modelos ideais de emissão de gases,
153
ou seja, em razão de ter poucas paradas e permitir o desenvolvimento de velocidade
relativamente constante e próxima de 50 km/h.
Os gráficos relacionam a emissão de CO em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de CO,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do motor e gramas
de gasolina acumulada.
O gráfico 4.2.26 ilustra a comparação entre a emissão em
gramas de CO pela porcentagem de CO emitido.
Gráfico 4.2.26 – Gramas CO e % CO x Tempo
Embora pareça ser alta, a emissão de CO em gramas, neste
caso, é baixa, o que não acontece com a porcentagem de CO emitido, que é
relativamente alta, principalmente nos momentos iniciais. Note-se que nos outros
gráficos semelhantes (ensaios para o motor frio – gráfico 4.2.1 – e para o motor
quente – gráfico 4.2.17). O esforço inicial para o arranque do veículo é
extremamente relevante para a quantidade de CO emitida, tanto que, de acordo com
o gráfico, percebe-se maior variação justamente no trecho inicial, que envolve a
saída do veículo e um trecho com maior quantidade de redução de velocidade
(entrada da USP, por exemplo), como se verá na comparação feita no próximo
gráfico.
154
Por outro lado, existe uma relação evidente entre a emissão de
CO em gramas e sua porcentagem; as linhas do gráfico são próximas, exceto no
momento do arranque.
O gráfico 4.2.27 ilustra a relação entre a emissão em gramas
de CO pela velocidade do veículo.
Gráfico 4.2.27 – Gramas CO e Velocidade x Tempo
A velocidade se manteve relativamente constante e elevada,
exceto em alguns momentos. O único momento em que o veículo parou foi ao final
do ensaio. Outro ponto relevante é a grande queda de velocidade por volta do
segundo 45, ou seja, ainda no início do percurso, em que há, no mesmo período, um
aumento relevante na emissão de CO. Essa redução se deve ao trânsito no dia do
ensaio e não ocorreu sempre da mesma forma, obviamente. Houve ensaios em que
o veículo esteve sem movimento durante alguns momentos, devido à existência de
um semáforo no percurso.
Assim, pode-se concluir que a relação entre a emissão de CO e
o aumento de velocidade, não possuem uma ligação direta, sendo que a influência
da temperatura do motor e a inclinação da via são as mais relevantes.
O gráfico 4.2.28 mostra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo perfil vertical da via, ilustrando sua inclinação.
155
Gráfico 4.2.28 – Gramas CO e Altitude x Tempo
Tendo em vista que este percurso ocorreu em relevo mais
baixo que os outros ensaios já analisados, foram reduzidos 750m do valor absoluto
da altitude e ocorreu a divisão por 35 para que os valores ficassem comparáveis
com a emissão de CO em gramas, que foi multiplicada por 2.
Neste trecho, quase não há aclives. Há uma pequena elevação
por volta dos segundos 82-118, acompanhada por um pequeno aumento na emissão
de CO. Percebe-se que a emissão de CO no início se mostra bastante irregular,
tendo em vista que o motor ainda não está tão aquecido, como se verá. Com o
aumento da temperatura do motor e com o trecho mais regular, livre de obstáculos,
no decorrer do ensaio, a emissão de CO se reduz e se torna mais estável.
O gráfico 4.2.29 mostra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo aquecimento do motor.
156
Gráfico 4.2.29 – Gramas CO e Aquecimento do motor x Tempo
O motor não estava tão aquecido como deveria no início deste
ensaio, o que não ocorreu em todos os ensaios. Houve outros ensaios em que o
motor estava mais aquecido, com a temperatura mais estabilizada. Assim, a emissão
de CO no início do percurso se mostrou mais regular em outros ensaios que neste.
Neste caso, especificamente, a irregularidade inicial na emissão de CO explica-se
pela conjugação do arranque do veículo com reduções de velocidade devidas ao
movimento do trânsito com a temperatura do motor fora do ideal.
O gráfico 4.2.30 mostra a relação entre a emissão em gramas
de CO pelo consumo de gasolina em gramas no percurso.
157
Gráfico 4.2.30 – Gramas CO e Gramas gasolina x tempo
Existe uma relação progressiva entre a quantidade de CO e a
de gasolina em gramas. No decorrer do percurso, essa relação vai se distanciando,
o que demonstra a eficiência da queima do combustível, ou seja, o motor vai
melhorando a queima conforme a sua temperatura aumenta.
4.2.6 Análise da emissão de HC com o motor quente no trecho 5
Os gráficos relacionam a emissão de HC em gramas com as
outras variáveis relevantes medidas durante o ensaio: porcentagem de HC,
velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do motor e gramas
de gasolina acumulada.
O gráfico 4.2.31 mostra a comparação entre a emissão em
gramas de HC pela porcentagem de HC emitida.
158
Gráfico 4.2.31 – Gramas HC e % HC x Tempo
A porcentagem de emissão de HC e gramas de HC não é
grande, o que se explica, nos dois casos, em razão do aquecimento do motor, como
já discutido anteriormente. Lembrando que o analisador de gás tem resolução de 1
ppm, mas tem precisão na ordem de 12 ppm para o HC.
Os pequenos picos, que aparecem se explicam em razão de
pequenos aclives e acelerações. Esses mesmos dados, apresentados no gráfico
seguinte, não ficam tão visíveis em razão da escala utilizada.
O gráfico 4.2.32 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pela velocidade.
159
Gráfico 4.2.32 – Gramas HC e Velocidade x Tempo
Nota-se que nem toda variação de velocidade reflete em
variação na emissão de HC, já que esta também é influenciada por outros fatores,
como acelerações e inclinação da via. Assim, em menor escala, a velocidade não
deve ser considerada um fator muito relevante para a emissão de HC.
O gráfico 4.2.33 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo perfil vertical do terreno, ilustrando sua inclinação.
Gráfico 4.2.33 – Gramas HC e Altitude x Tempo
160
Ocorre pequena variação na emissão de HC com relação à
altitude da via, tendo em vista que o motor já está aquecido (principal fator de
influência) e que o trecho é relativamente plano.
O gráfico 4.2.34 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo aquecimento do motor.
Gráfico 4.2.34 – Gramas HC e Aquecimento do motor x Tempo
O motor não estava tão aquecido neste ensaio, conforme já
discutido, portanto, a temperatura subiu durante todo o período do ensaio.
Entretanto, para que a temperatura influenciasse diretamente na emissão de HC, o
motor já estava suficientemente aquecido. Verifica-se, portanto, que, a partir de
determinado aquecimento do motor, o aumento progressivo na temperatura não se
mostra tão relevante para alterar a emissão de HC.
O gráfico 4.2.35 mostra a relação entre a emissão em gramas
de HC pelo consumo em gramas de gasolina.
161
Gráfico 4.2.35 – Gramas HC e Gramas gasolina x Tempo
Existe uma relação progressiva entre a quantidade de HC
emitida e a de gasolina consumida em gramas. No decorrer do percurso, essa
relação vai se distanciando, o que demonstra a eficiência da queima do combustível,
ou seja, o motor vai melhorando a queima conforme a sua temperatura aumenta.
4
44
4.3 Discussão
.3 Discussão.3 Discussão
.3 Discussão
dos resultados
dos resultadosdos resultados
dos resultados
A partir de todos os dados levantados durante os ensaios e
também com base nas análises ora apresentadas, é possível aperfeiçoar os
modelos existentes para a medição da emissão de CO e HC dos motores dos
veículos. Ocorre que, em geral, os modelos existentes (conforme a discussão no
item 2.8, dentro do capítulo 2) se baseiam exclusivamente na velocidade para medir
a quantidade de CO e de HC emitidos. No decorrer da análise, os dados
demonstraram que a velocidade não é o item mais crítico para a avaliação dos
gases emitidos para os ensaios realizados.
Verificou-se, especialmente que, a inclinação da via e a
temperatura do motor têm influência direta na emissão de CO, com a variável de
velocidade em segundo plano. Quanto à emissão de HC, o principal item de
influência se refere à temperatura, mas principalmente no início do ensaio. O
162
aquecimento, mesmo que pequeno, do motor já é suficiente para diminuir
significativamente a emissão de HC. Esta se mostra mais crítica, portanto, nos
momentos iniciais, quando o veículo é ligado e colocado em movimento.
A partir da análise dos dados globais obtidos nos ensaios, é
possível concluir que o motor, para o percurso padrão, está suficientemente
aquecido e, portanto, com emissão de poluentes mais linear, equilibrada, por volta
de 600 segundos ou após percorridos cerca de 6 – 7km – eis o que se pode chamar
de motor aquecido.
Para se elaborar inventários e se estimar a real emissão de
poluentes, é necessário usar no modelo parâmetros mais realistas que os
atualmente utilizados, por exemplo, pela Cetesb, para divulgar os relatórios de
qualidade do ar no Brasil. Os parâmetros atuais do inventário de emissões da
Cetesb se baseiam em fatores de emissão adaptados da EPA, conforme discutido
no item 2.6.5.
O problema é que esses parâmetros, primeiro, não foram feitos
para as condições do Brasil; em segundo lugar, esses valores são muito menores
que a real emissão de poluentes, conforme se obteve nos ensaios desenvolvidos
neste trabalho. Essa grande defasagem mostra há necessidade de se adequarem
esses dados à realidade das pequenas e médias cidades brasileiras e que as
metodologias adotadas pelos modelos tradicionais merecem revisão.
Se, a partir do banco de dados levantado, forem selecionados
apenas aqueles dados que geram situações ideais de trânsito (veículos com o motor
aquecido, em vias planas e com velocidade média alta), o veículo estudado emitiria
5,6g/km de CO e 0,6g/km de HC, valores, ainda assim, muito mais altos que aqueles
usados pela Cetesb para fundamentar o inventário (cf. tabela 2.6.5.2).
Se se adotarem os dados exatamente conforme foram
coletados, ou seja, de forma mais próxima do real, já que aquelas condições são
muito pouco verdadeiras no trânsito diário, principalmente em cidades pequenas e
médias, onde os trajetos são, na sua maioria, curtos, e, portanto, os veículos
transitam com o motor frio; então, os valores ficam ainda mais destoantes.
A tabela 4.3.1 apresenta como ficaria a média ponderada de
todos os trechos analisados, partindo do motor frio no trecho 1 até o fim do trecho 5,
lembrando que no início do percurso o veículo estava a uma altitude de 849,6 m e
163
no fim do percurso, estava em uma altitude de 781 m, o que deve favorecer a
redução da média de emissão dos gases estudados.
Tabela 4.3.1 – Média ponderada de todos os trechos analisados
Trecho
Distância
(km)
Emissão de CO (g/km)
Emissão de HC (g/km)
1 0,73 60,3 13,3
2 1,23 49,6 6,4
3 0,99 52,2 2,0
4 0,7 4,8 0,3
5 3,1 26,9 1,5
Trecho Global
6,75 36,0 3,6
De acordo com a tabela dos fatores médios de emissão de
veículos leves novos da Cetesb (cf. tabela 2.6.5.2), a emissão de CO de um veículo
flex a gasolina C de 2004 deveria ser aproximadamente 0,39 g/km e de HC deveria
ser aproximadamente 0,08 g/km, valores muito distintos daqueles acima obtidos
(36,0 g/km de CO e 3,6 g/km de HC).
Assim, se o modelo usado para gerar esses inventários não
leva em consideração os parâmetros mais reais, a realidade da emissão de
poluentes não é espelhada neles. É possível perceber, pelos valores da tabela 4.3.1,
o quanto pode ser diferente a emissão de CO e de HC em função da diferença no
traçado do trecho estudado.
164
5
5 5
5 CONCLUSÕES
CONCLUSÕESCONCLUSÕES
CONCLUSÕES
Tendo em vista toda a discussão teórica levantada, foi possível
verificar que os modelos hoje existentes para a mensuração da emissão de CO e de
HC em trajetos curtos em cidades pequenas e médias são insuficientes. Assim, este
trabalho teve como principal objetivo 1) levantar a quantidade de emissão desses
poluentes da forma mais próxima do real possível, com base em vários parâmetros
(emissão de CO, velocidade, inclinação da via, distância percorrida, temperatura do
motor e consumo de combustível); e, 2) a partir dos dados obtidos, propor um
aperfeiçoamento nos modelos matemáticos existentes para se calcular a emissão de
CO e de HC.
A metodologia utilizada nos ensaios de campo para se
determinar a emissão de CO e HC nas condições descritas, em 40 amostragens nos
primeiros testes e depois em mais 10 amostragens, mostrou-se viável. Os
equipamentos portáteis, de fácil montagem e desmontagem e de funcionamento
simplificado, facilitaram o trabalho de coleta dos dados.
Os dados obtidos por trecho são expressivos e confiáveis e têm
potencial para serem utilizados em outros trabalhos, tanto no âmbito da
compreensão do fenômeno da poluição veicular na área urbana, como no
entendimento do comportamento do motor à combustão nas condições estudadas,
além de gerar dados úteis para se estudar o trânsito na região ensaiada.
Pode-se afirmar que os dados obtidos são precisos (há
repetitividade em ensaios com características semelhantes), mas, por outro lado,
não é possível afirmar que há muita exatidão nos dados obtidos, o que ocorre em
virtude de os fabricantes de alguns equipamentos utilizados no trabalho não
fornecerem a exatidão nominal. Isso ocorre no analisador de gases e no computador
de bordo que fornece o valor do consumo instantâneo do veículo. No processamento
GPS, a precisão pode ser mensurada, portanto, é possível conhecer a grandeza da
incerteza de dados como velocidade, aceleração e inclinação da via.
É importante ressaltar que, nos dados coletados, quando a
velocidade do veículo é zero, não foi possível mensurar a quantidade de emissão de
CO/HC naquele período, o que não implica em emissão de CO zero. Embora tenha
sido possível mensurar a porcentagem de CO/HC emitida, não foi possível mensurar
165
a emissão dos poluentes em gramas, o que não significa que eles não tenham sido
emitidos. De qualquer forma, no modelo, esses valores acabaram sendo registrados
como zero, ou seja, os resultados reais são mais pessimistas que os dados
efetivamente processados. Uma forma possível de se executar essa tarefa seria
encher o tanque do veículo e deixá-lo ligado, mas sem movimento, por um período.
Depois, o tanque seria reabastecido e, a partir da verificação da quantidade de
combustível gasta naquele período de tempo, de acordo com a variação da
temperatura, seria possível calcular-se essa emissão. Esta é uma tarefa que pode
ser executada no futuro para se aperfeiçoar ainda mais os resultados obtidos.
Outra informação relevante é que o consumo de combustível,
medido por meio do computador de bordo do veículo, está balizada no mínimo em
4km/l e no máximo em 50km/l.
De qualquer forma, os dados são válidos, pois as imprecisões
encontradas nas medições não geram grau de erro que chegue a desqualificar a sua
grandeza. De fato, está demonstrado que a emissão real de CO e de HC é muito
maior para percursos curtos em cidades pequenas e médias que os valores gerados
pelos modelos de estimativa, conforme levantados na literatura.
A emissão de HC no decorrer dos testes com o motor frio
sempre foi ficando menor e se aproximando daquela obtida no modelo adotado pela
ANTP, independentemente da inclinação do terreno. Por outro lado, também foi
possível verificar que a emissão de HC é menor quando o motor está aquecido e em
declive. Assim, quanto à emissão de HC, a variável mais relevante é a temperatura
do motor e, em segundo plano, a inclinação da via e de maneira menos relevante
ainda, a velocidade.
Quando o motor está frio, ou seja, nos primeiros momentos do
percurso, a variável mais significativa é a temperatura no que se refere à emissão de
CO em gramas. Conforme o motor se aquece, outras variáveis, como a inclinação da
via (maior esforço do motor), passam a ter maior influência na emissão. No que
tange à emissão de CO, o resultado obtido vai-se reduzindo conforme aumenta a
temperatura do motor. Entretanto, a inclinação da via também vai influenciar nesse
valor, aumentando a emissão em situação de aclive, mesmo com o motor aquecido.
Assim, é possível afirmar que a situação mais desfavorável para a emissão de CO
associa motor frio e aclive; a situação mais favorável associa motor quente com
declive da via. Portanto, um modelo que pretenda aproximar-se da real emissão dos
166
gases poluentes não deve levar em consideração apenas um parâmetro, por mais
relevante que este seja, tendo em vista que a emissão de CO depende da conjunção
de fatores como temperatura e inclinação da via e não só de um deles.
Outra questão que se mostrou relevante refere-se à
temperatura climática: foi possível verificar que em períodos mais quentes (em geral,
à tarde) o motor se aquece mais rapidamente que em momentos mais frios (em
geral, pela manhã). Portanto, o modelo pode gerar resultados diferentes em cidades
com climas mais quentes ou mais frios, apesar de os resultados não variarem tanto
na ordem de grandeza.
A pesquisa se mostrou satisfatória para o que se propôs,
entretanto, ainda há vários aspectos relevantes que poderiam ser abordados em
pesquisas futuras, a partir dos mesmos dados aqui levantados e da mesma
metodologia aqui empregada. Assim, outros trabalhos poderiam se referir a outros
poluentes; à relação da emissão dos mesmos poluentes em carros com potência de
motor distinta.
A partir de outras áreas do conhecimento, poderiam ser feitas
amostragens de ar nos locais onde individualmente os veículos se mostram mais
poluidores (aclives e difícil dispersão de poluição) e criar correlação, de modo
orientar que se evitem aglomerações próximas (pontos de ônibus, comércio) ou
gerar formas de dispersar melhor os gases poluidores que ali se acumulam.
Com base neste trabalho também é possível propor políticas
públicas para incentivar o uso de veículos alternativos para trajetos curtos, como as
bicicletas ou mesmo incentivar que as pessoas andem mais. Obviamente esse tipo
de estímulo passaria por investimento público em ciclovias e calçadões, no incentivo
a empresas fabricantes de bicicletas, com eventual redução de impostos. Outra
proposta poderia ser tributar mais os veículos que emitem mais gases poluidores,
cuja renda poderia ser revertida justamente no desenvolvimento das ciclovias e
calçadões e também na melhoria da dispersão dos poluentes nas cidades.
Outra proposta desafiadora constituiria em articular o
planejamento do uso e da ocupação do solo com a melhoria do sistema viário, no
intuito de, por um lado, reduzir as emissões e, por outro, facilitar a dispersão dos
poluentes.
167
Os resultados deste trabalho servem para conscientizar os
administradores públicos acerca da necessidade de se mensurar a real emissão de
poluentes em qualquer cidade, pois o número reduzido de automóveis não significa
diretamente a inexistência de problemas com a poluição. Especialmente no caso das
cidades pequenas e médias, esse resultado, mais fácil de se obter (percursos
menores), auxiliaria a uma política preventiva, para que não se alcancem os níveis
catastróficos que hoje são encontrados nas grandes cidades.
A partir da mensuração real das emissões em cada cidade,
cabe aos administradores organizar o trânsito não apenas com o objetivo de
fluência, mas também para evitar a concentração de veículos e, portanto, a
concentração de poluentes em determinada região. Tal organização, atualmente, é
elaborada com base em inventários padronizados, que não levam em conta nem a
especificidade geográfica e topográfica de cada cidade nem as emissões dos
modelos de veículos que mais circulam por determinada região. É fato que os
trajetos mais comuns em cidades pequenas e médias são curtos e, portanto, os
veículos circulam boa parte do tempo com o motor frio, situação bastante
desfavorável para a emissão de gases. A mensuração real, conforme proposta neste
trabalho, evidencia que a situação de emissão de gases nessas circunstâncias
pode-se mostrar muito pior que aquela obtida pela simples aplicação padronizada de
um modelo. Assim, apenas a mensuração de cada caso específico poderia fornecer
informações verdadeiras a respeito do problema.
168
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