Conceitos Básicos

De uma forma mais geral as emissões veiculares totais podem ser definidas através da soma de quatro componentes (OSSES, 2006):

Et =Eq + Ef + Eev +Ep

onde: Et = emissões totais de um poluente, dada como uma função de espaço e tempo;

Eq= emissões a quente, na fase de estabilização térmica do funcionamento do motor;

Ef = emissões a frio, entre a partida e a temperatura ótima de operação; Eev= emissões geradas pela evaporação do combustível (cárter, carburador e tanque).

Ep = emissões de partículas provenientes do desgaste de pneus e freios e ressuspensão de poeira.

Durante o modo de partida (início de funcionamento – frio) o catalisador não provê controle total até que uma temperatura de operação seja alcançada. Além disso, uma mistura mais rica combustível-ar é necessária para a partida com motor frio. Dessa forma, em função da combustão incompleta que ocorre nessa fase, as emissões de CO, HC e MP são maiores e só alcançam valores mais baixos no modo de operação estabilizado (a quente).

A componente Eq – emissões a quente – representa em geral cerca de 80%

Quando se focalizam os trabalhos de avaliação de emissões veiculares em centros urbanos uma distinção importante deve ser considerada:

• De um lado têm-se os chamados inventários, nos quais se busca determinar os montantes globais anuais dos principais poluentes emitidos pelos veículos num determinado período (normalmente um ano);

• De outro lado alinham-se os estudos localizados de emissões ao longo de vias ou corredores específicos.

Os inventários, como os realizados pela CETESB anualmente para a Região Metropolitana de São Paulo, baseiam-se necessariamente em valores médios de composição da frota, quilometragem percorrida e fatores de emissão, ou seja, índices que procuram representar as emissões médias dos veículos em função da distância percorrida. Nesse caso, a estimativa de emissões veiculares parte de sua mais simples expressão (WRIGHT E FULTON, 2005):

Emissões = Número de Veículos x Distância Percorrida x Fator de Emissão

Essas variáveis básicas refletem as três características principais do problema de avaliação de emissões veiculares em áreas urbanas: comportamento das pessoas (divisão modal), projeto (uso do solo e sistema de transporte) e tecnologia (veículos, sistemas de filtragem e combustíveis).

Assim, uma das maneiras mais simples de definir a emissão do poluente i, para uma frota de veículos composta por k categorias, percorrendo uma determinada distância L pode ser expressa como (GEF et al. 2006) :

Ei = Σk FVk. FEki. L em que:

Ei: emissão do poluente i [g];

FVk: fluxo de veículos da categoria k na área e período avaliados [veic];

FEki: fator de emissão médio do veículo k para o poluente i [g/km.veic];

Para o caso dos estudos específicos de trechos de vias ou corredores urbanos, entretanto, a utilização de fatores de emissão médios pode levar a estimativas distanciadas da realidade, pois a consideração dos ciclos de condução reais passa a ter maior relevância.

Uma das conceituações básicas que permitiram o desenvolvimento de metodologias de avaliação de emissões para esses casos foi formulada por Jimenez (1999) em sua tese de doutoramento no MIT – Massachusetts Institute

of Technology. Nesse trabalho o autor introduziu uma nova definição para a

potência específica veicular por unidade de massa (“VSP = vehicle specific

power” ) a partir da seguinte expressão básica:

VSP = KE PE F F

Ou seja, a energia instantânea gerada pelo motor do veículo é utilizada para:

- variar a energia cinética e potencial do veículo [ d/dt (KE+PE) ]; - vencer a resistência ao rolamento [ Frol. . v ], e

- sobrepujar a resistência aerodinâmica [ Faerod. . v ].

Desenvolvendo as expressões para cada uma dessas parcelas, resulta:

VSP =

C C A !

ou

VSP =

v a 1+ε

+ g grade + g C

+ ρ

C

A v + v

v ∕ m

m = massa do veículo; v = velocidade do veículo; a = aceleração do veículo;

i= fator de massa, que representa a massa translacional equivalente dos componentes rotativos do motor (engrenagens, eixos, etc);

h= altitude do veículo;

grade = variação da altitude ao longo do comprimento da via; g= aceleração da gravidade;

Cr= coeficiente de resistência ao rolamento; Cd= coeficiente de arrasto;

A= área frontal do veículo;

a= densidade do ar ambiente (1,207 kg/m3 a 20ºC) vw= velocidade do vento contra o veículo.

Utilizando valores típicos e considerando a média dos veículos4, Jimenez chega a seguinte expressão:

VSP = v.(1,1.a + 9,81.grade + 9,81 . 0,0135) + .1,207. 0,0005. (v + vw)2 . v

ou VSP = v. (1,1.a + 9,81.grade(%) + 0,132) + 3,02 . 10-4 _{. (v + vw)}2 _{. v}

unidades: VSP em [kW/ton], v e vw em [m/s], a em [m/s2]

A importância da determinação da potência específica veicular (VSP) deriva da forte relação entre esse indicador e as emissões veiculares. Para demonstrar essa relação Jimenez analisou dados de emissões, medidas segundo a

4 _C

r= 0,0135 (adimensional); g=9,8 m/s2. Com relação ao fator (Cd.A) / m adotou-se o valor

médio de 0,0050 , tendo por base pesquisa realizada por Emmelman et al (1998) na qual (Cd.A) / m variou entre 0,0040 e 0,0065 considerando seis classes típicas de veículos – de

segundo, de 68 veículos operando em diferentes ciclos de condução (LIBERTY et al, 1997). As médias dos valores de emissões em função dos valores de energia específica são apresentadas na figura seguinte, que ilustra os resultados das emissões de CO, medidas na saída do escapamento, e suas relações com os valores de VSP.

CO

(ppm)

VSP (kW / ton)

Figura 2.7 Relação entre VSP e emissões de CO para diferentes ciclos de condução Fonte: Jimenez (1999)

Como se observa na figura, há uma correlação muito próxima entre as emissões e os valores de VSP para diferentes poluentes e ciclos de condução. As maiores dispersões ocorrem em geral para valores de VSP iguais ou superiores a 20 kW / ton o que corresponde à operação do motor com valores altos de energia.

Entre as explicações sugeridas pelo autor para essa maior dispersão – além das perdas de energia no motor e sistema de transmissão não detectadas na expressão geral do VSP - está a ocorrência do fenômeno da “memória” do sistema motor-catalisador após um determinado período de operação. No modelo IVE de estimativa de emissões, como apresentado no item 2.3.3, é introduzido o fator denominado “engine stress” buscando corrigir essa dispersão de resultados.