CONSTRUÇÃO DE CICLOS DE CONDUÇÃO PARA
ESTIMATIVA DE EMISSÕES VEICULARES PARA
ÔNIBUS URBANOS
Francisco Fernando Maciel Filho
Orlando Strambi
CONSTRUÇÃO DE CICLOS DE CONDUÇÃO PARA ESTIMATIVA DE EMISSÕES VEICULARES PARA ÔNIBUS URBANOS
Francisco Fernando Maciel Filho Orlando Strambi
Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
RESUMO
O objetivo principal deste trabalho de pesquisa é desenvolver ciclos de condução para ônibus urbanos a partir de dados de campo, visando sua aplicação em metodologias de estimativa de emissões de poluentes. São apresentadas metodologias para a construção de ciclos de condução, com destaque para um procedimento que utiliza o conceito de VSP (Vehicle Specific Power), variável que apresenta forte correlação com emissões de poluentes. Foram coletados dados da variação da velocidade ao longo do tempo em ônibus que realizam testes de durabilidade, percorrendo diariamente diferentes tipos de vias urbanas em um trajeto pré-determinado. Foram selecionados segmentos do trajeto que, agrupados, podem representar diferentes condições de operação para ônibus urbanos; em seguida, foram propostos ciclos de condução para estes segmentos escolhidos, nos períodos de pico e fora do pico. Foram estimadas as emissões dos principais poluentes para os ciclos de condução desenvolvidos. Os resultados mostram que as características das vias e condições de tráfego desfavoráveis podem impactar diretamente na distribuição de VSP e, consequentemente, ocasionar emissões mais elevadas de poluentes.
ABSTRACT
The main objective of this research is to develop driving cycles for urban buses from experimental data, with the purpose of estimating pollutant emissions. The study presents different methodologies for the construction of driving cycles, with emphasis on a procedure that uses the VSP concept (Vehicle Specific Power), a variable highly correlated with pollutant emissions. Data from speed variation were collected from a bus performing urban endurance tests, driving through many types of urban roads on a predefined route. Segments from the entire route were selected to represent different operating conditions for buses, during peak and off-peak periods, for which several driving cycles were developed. Pollutant emissions were estimated for these cycles. The results show that road characteristics and adverse traffic conditions can impact directly on VSP distribution and therefore lead to higher pollutant emissions.
1. INTRODUÇÃO
Os ciclos de condução são essenciais para a certificação e homologação de veículos em testes de emissões de poluentes e de consumo de combustível. Desenvolver ciclos de condução que representem de maneira adequada as condições reais de operação de ônibus urbanos é fundamental para que possam ser feitas estimativas de emissões de poluentes próximas da realidade. A estimativa de emissões, como problema de engenharia de transportes, é importante para avaliar a contribuição dos efeitos de diferentes condições de operação de ônibus para a poluição de uma região e auxiliar no desenvolvimento de estratégias de transporte público urbano.
O objetivo principal deste trabalho é construir ciclos de condução de ônibus urbanos a partir de dados da operação simulada por veículo em teste, visando sua aplicação em metodologias de estimativa de emissões de poluentes.
Os objetivos secundários são:
Verificar os resultados do método de seleção de microviagens adotado e do procedimento de construção de ciclos de condução com base no conceito de VSP (Vehicle Specific Power – potência veicular específica);
Comparar distribuições de VSP e ciclos de condução construídos para trechos de vias com diferentes configurações;
Estimar emissões para os ciclos de condução desenvolvidos e comparar o efeito de diferentes ciclos sobre a emissão de poluentes selecionados.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Ciclos de condução
Para Nesamani e Subramanian (2011) um ciclo de condução é uma sequência de condições de operação (marcha lenta, aceleração, desaceleração e cruzeiro), desenvolvida para representar um padrão típico de condução em uma região, sendo amplamente utilizado em estudos de emissões (Lai et al., 2012).
O Orange County Transit Cycle, mostrado na figura 1 (SAE, 2002), é um exemplo de ciclo de condução utilizado para representar a operação de ônibus em velocidades intermediárias (ex.: faixa de circulação exclusiva de ônibus). É derivado de dados coletados na operação real de ônibus urbanos em Orange County, Califórnia, e reflete uma grande variedade de acelerações, desacelerações e operações de cruzeiro. O ciclo Orange County tem uma velocidade média de 19,8 km/h, duração de 1908 s, percorrendo uma distância de 10,5 km. Internacionalmente, outros ciclos foram desenvolvidos para representar diferentes condições de operação (SAE, 2002; Nesamani e Subramanian, 2011; Wi et al., 2009 ).
Figura 1: Ciclo de condução Orange County (SAE, 2002)
2.1.1. Metodologias de construção de ciclos de condução
De uma forma geral, métodos de construção de ciclos de condução incluem tipicamente as seguintes etapas (André, 2004): (i) coleta de dados de condução, (ii) segmentação dos dados de condução, (iii) construção dos ciclos e (iv) avaliação e seleção do ciclo final. Algumas das principais metodologias de construção de ciclos são:
construção baseada em microviagens: onde cada microviagem compreende a atividade de condução entre paradas sequenciais, incluindo o tempo de parada inicial ou final; para compor o ciclo, combinam-se microviagens, selecionando-as aleatoriamente ou utilizando método que busca uma melhoria incremental baseada em algum indicador de similaridade com um ciclo observado (Austin et al., 2004);
construção baseada em segmentos: onde a cada mudança no tipo da via ou nível de serviço é gerado um novo segmento da viagem, que serão selecionados da mesma forma que as microviagens para compor o ciclo final (Carlson e Austin, 1997);
método da classificação padronizada: que utiliza sequências cinemáticas (conjunto de
0 10 20 30 40 50 1 501 1001 1501 2001 Veloc id ad e , m p h Tempo, s
variáveis que descrevem o comportamento dinâmico como: duração, tempo de parada, distância percorrida, velocidade instantânea, aceleração, etc.). Os ciclos de condução são construídos combinando sequências cinemáticas aleatoriamente (André et al., 1995); construção modal de ciclos: onde a condução é vista como uma sequência de modos como
aceleração, desaceleração, cruzeiro ou parada; admite-se que a probabilidade de um evento modal qualquer ocorrer depende somente do modo do evento anterior (Lin e Niemeier, 2002);
seleção por VSP: utiliza como base a construção dos ciclos de condução a partir de microviagens, porém utiliza o critério de similaridade de distribuição no tempo do VSP (Vehicle Specific Power – potência veicular específica) para selecionar as microviagens que irão compor o ciclo de condução final. Proposta por Lai et al.(2012), essa é a metodologia aplicada para a seleção de microviagens deste trabalho.
2.2. VSP – Vehicle Specific Power
O conceito de potência veicular específica (VSP – Vehicle Specific Power) apresentado por Jimenez-Palacios (1999) é definido como a taxa instantânea de potência para a massa do veículo. Este parâmetro é útil para análises de dinamômetro de chassis e modelagem de emissões e pode ser calculado a partir de medidas da velocidade, aceleração e inclinação da via, além de estimativas de aerodinâmica e resistência à rolagem do veículo. A expressão geral para o cálculo do VSP é dada por:
(1) onde v = velocidade (m/s); a = aceleração (m/s2); g = 9,81m/s2; φ = inclinação da via; ψ = coeficiente de resistência à rolagem e ζ = coeficiente de arrasto.
A correlação das emissões de CO (monóxido de carbono), HC (hidrocarbonetos) e NOx (óxidos de nitrogênio) com o VSP é maior do que com vários outros parâmetros comumente utilizados como velocidade, aceleração, potência absoluta ou consumo de combustível (Jimenez-Palacios, 1999).
2.3. Emissões em motores diesel
O motor diesel converte energia química contida no combustível em energia mecânica. O combustível diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que produz, na teoria, somente dióxido de carbono (CO2) e vapor d’água (H2O) durante sua combustão (Majewski e Kair, 2006).
Entretanto, na prática, as emissões de escapamento decorrem principalmente da queima incompleta dos combustíveis pelo motor, compreendendo uma série de substâncias como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), aldeídos
(RCHO), óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado (MP). A tecnologia do motor, porte e tipo de uso do veículo, idade do veículo, projeto e materiais do sistema de alimentação de combustível, tipo e qualidade do combustível, condições de manutenção e condução, além de fatores meteorológicos influenciam nas emissões (Brasil, 2011). Neste trabalho, o foco será no efeito de diferentes condições de operação sobre as emissões.
3. METODOLOGIA
O trabalho foi desenvolvido em três etapas: aquisição de dados (variação de velocidade segundo a segundo), construção dos ciclos de condução e estimativa das emissões. Na
3 ) ) sin( (a g v v VSP= × + × φ +ψ +ζ× ; em kW/t
primeira etapa, foram adquiridos dados da variação de velocidade de ônibus urbanos com auxílio de receptor de dados da ECU do veículo (Electronic Central Unit – Unidade Eletrônica Central), acoplados a um data logger (equipamento eletrônico para gravação de dados). Os dados foram adquiridos e armazenados segundo a segundo (1Hz), que é a frequência de aquisição de dados indicada pela literatura para fins de construção de ciclos de condução.
Os dados gravados foram pré-processados para verificar falhas na gravação das informações e para identificação de microviagens. Microviagens contendo tais foram excluídas antes de se iniciar a construção dos ciclos de condução.
A coleta de dados foi realizada apenas em dias úteis, de forma interrupta, de acordo com a disponibilidade do veículo e sem que houvesse prejuízo aos testes de durabilidade que estavam sendo executados. Foram coletados 17632 minutos (aprox. 294h) de dados considerados válidos, em 24 dias de testes, realizados por dois motoristas treinados operando em horário definido e percurso fixo, sendo que a distribuição total de horas por dia da semana pode ser verificada na figura 2 abaixo. As horas apontadas no sábado referem-se à finalização de testes iniciados na sexta-feira anterior.
Figura 2: Distribuição de horas de testes por dia da semana
A realização dos testes foi dividida em dois turnos com um motorista cada, sendo que o primeiro, com motorista A, deveria ocorrer das 6:00 às 14:30 e o segundo, com motorista B, planejado para ocorrer das 15:00 às 23:30. Entretanto, como existiram influências externas que não puderam ser controladas, como tráfego, esses horários serviram como referência e foram alterados de acordo com a necessidade.
O trabalho utilizou durante a fase de aquisição de dados um ônibus do tipo Básico conforme NBR15570 (ABNT, 2011), com 17 toneladas de PBT (peso bruto total) – com motor MB OM924LA (Euro5 / Proconve P-7) de 153kW (208cv) de potência e 780Nm de torque e câmbio mecânico MB G-85 de 6 marchas sincronizadas (relações i=6,70 / 3,81 / 2,29 / 1,48 / 1,00 / 0,73, ré = 6,29) – com capacidade para até 85 passageiros, sendo que essa carga foi simulada com tanques de água e barris de areia.
A aquisição dos dados de velocidade foi realizada durante a execução de testes de durabilidade urbana, em um percurso de aproximadamente 150 km, trafegando por diferentes tipos de vias que representam diferentes condições de operação para os ônibus urbanos. O trajeto completo incluiu vias dos municípios de São Paulo, Santo André, São Bernardo do
0 10 20 30 40 50 60 70 80
dom seg ter qua qui sex sab*
Tem p o d e aqu isi ção d e d ado s, e m h Distribuição da coleta de dados
Campo, São Caetano, Diadema e Mauá. O percurso completo é composto por vias de diferentes características geométricas e de operação, com velocidade máxima permitida de 60 km/h, sendo que cerca de 80% é percorrido em avenidas com limite acima de 50 km/h e o restante em vias com limite de velocidade inferior a esse valor.
As vias percorridas durante o percurso completo são em sua maioria, aproximadamente 70%, ruas e avenidas com boa condição de pavimentação, enquanto o restante possui condições regulares ou com muitas imperfeições, porém não existem vias sem pavimento.
O percurso total é composto por cerca de 340 paradas (aprox. 2,3 paradas por quilômetro) em pontos de ônibus onde é simulado o embarque e desembarque de passageiros. Durante cada parada o veículo abre e fecha as portas e volta a acelerar, sem que haja um tempo de espera para a simulação da movimentação dos passageiros, o que não é a condição real mas que pode ser facilmente incorporada na representação dos ciclos.
4. ANÁLISE DE DADOS
Concluída a fase experimental do trabalho, com o término dos testes com ônibus, passou-se para a etapa de análise dos dados obtidos empiricamente. Os dados foram compilados e tratados através de uma rotina específica em software de planilha eletrônica, para que pudessem ser verificados principalmente quanto à sua integridade.
A primeira etapa da análise agrupa todos os dados obtidos em uma única planilha eletrônica, onde são calculadas as acelerações por segundo, as inclinações das vias, os valores de VSP e realizada a segmentação das microviagens. Para o total de registros obtidos, representando o percurso de testes completo (ainda sem a seleção de trechos específicos), foi calculada a distribuição dos valores de VSP no tempo e, em seguida, através da metodologia apresentada por Lai et al. (2012), foi construído um ciclo de condução geral para o trajeto completo. Para o cálculo do VSP, os valores das variáveis coeficiente de resistência à rolagem (ψ) e coeficiente de arrasto (ζ), foram baseados nos valores do experimento realizado por Zhai et al. (2008), também com ônibus urbanos, mostrados na tabela 1 a seguir. Os valores de velocidade foram medidos com os equipamentos descritos anteriormente e a aceleração foi calculada com base na variação de velocidade registrada, bem como a inclinação da via (obtida anteriormente).
Tabela 1: Valores utilizados (adotados e medidos) no cálculo de VSP (Zhai et al., 2008)
Após processados, o total de dados válidos, de aproximadamente 294 horas, resultou em 10308 microviagens com duração média de 103 segundos, velocidade média de 15,3km/h e com a distribuição de VSP conforme mostra a figura 3 abaixo.
Variável Símbolo Valor Unidade
Velocidade média (medida) v - km/h
Aceleração (calculada) a 9,81 m/s2
Gravidade g - m/s2
Inclinação da via (calculada) φ - radianos
Coeficiente de resistência à rolagem ψ 0,092
-Figura 3: Distribuição de VSP para o total de dados adquiridos no experimento
A tabela 2 a seguir mostra a distribuição dos valores plotados na figura 4 em “caixas” de VSP (amplitude de 10 unidades, com exceção do valor 0%, mostrado isoladamente).
Tabela 2: Faixas de VSP para a amostra total de dados
A distribuição de VSP para a amostra total de dados resultou em um grande percentual de valores iguais a zero, 37%, o que representa o momento em que o veículo não está em movimento ou com velocidades e acelerações muito baixas, dentro do esperado para a operação de um ônibus urbano. É também possível notar a tendência de maior proporção do tempo em aceleração (valores de VSP positivos) do que em desaceleração (VSP negativo); o veículo permanece 21,4% do tempo desacelerando e 41,6% do tempo acelerando. Esta diferença, como será mostrada posteriormente, impacta diretamente nas emissões de poluentes, já que valores de VSP positivos vão sempre emitir maiores quantidades de poluentes e consumir maior quantidade de combustível que valores iguais ou menores que zero, como demonstrado por Jimenez-Palacios (1999).
4.1. Ciclo de condução da amostra total de dados
Para a construção dos ciclos de condução foi utilizada a metodologia proposta por Lai et al.(2012), que considera parâmetros relacionados a emissões através da utilização do VSP. Os objetivos e condições do estudo conduzido desses autores são muito semelhantes aos do presente trabalho: a construção de ciclos de condução para ônibus urbanos focada nas emissões de poluentes.
O que distingue o método é o critério de similaridade adotado para seleção das microviagens durante o processo de construção do ciclo. Cada microviagem tem sua distribuição de VSP comparada com aquela obtida para a amostra total. Essa comparação utiliza o erro médio quadrático (RMSE – Root Mean Square Error). As microviagens são então selecionadas segundo a ordem de RMSE crescente e justapostas sequencialmente até atingir a duração prevista para o ciclo. O tempo total do ciclo de condução a ser construído foi estabelecido em
Faixas VSP Distribuição -30 a -21 0,2% -20 a -11 2,3% -10 a -1 18,9% 0 37,0% 1 a 10 39,3% 11 a 20 2,3% 21 a 30 0,0%
aproximadamente 20 minutos, duração usual de ciclos de condução na literatura (Dai et al., 2008). A figura 4 mostra o ciclo de condução construído com o conjunto total de dados, relativos ao trajeto completo realizado pelo ônibus teste.
Figura 4: Ciclo de condução para o total de dados (ciclo 01)
A partir do ciclo de condução construído (ciclo 01), verificou-se que a adoção do critério de similaridade baseado no RMSE das distribuições de VSP levou à seleção de microviagens com percentual de tempo parado muito próximos da média global (24,8% contra 24,6% para a amostra total), porém com duração maior do que a média (216 segundos contra 103 segundos da amostra total). A tabela 3 abaixo mostra o resumo das características das microviagens selecionadas para compor o ciclo 01. A coluna sequência mostra em qual posição a microviagem foi classificada por valores de RMSE, em relação ao total da amostra de microviagens obtidas durante o experimento.
Tabela 3: Resumo das microviagens utilizadas na construção do ciclo 01
Como foram selecionadas microviagens com duração média aproximada de 216 segundos, o ciclo 01 foi formado por seis microviagens com tempo total pouco acima da meta estimada inicialmente (20 minutos), totalizando 1295 segundos (21 minutos e 35 segundos), pois as microviagens foram utilizadas integralmente (sem interrupções) na composição do ciclo de condução.
4.2. Ciclos de condução de trechos selecionados
Após a elaboração do ciclo de condução para o trajeto de testes completo, foram selecionados dois trechos de menor extensão que pudessem representar diferentes condições de operação de ônibus urbanos, que podem ser verificados na tabela 4 a seguir. A tabela mostra além das características das vias analisadas, o total de medições realizadas e a quantidade de microviagens identificadas em cada trecho.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 V el oci da de, K m /h Tempo, s Ciclo de condução inicial ‐ Trajeto completo experimento Microviagem (MV01) MV02 MV03 MV04 MV05 MV06 Vel.Média
Velocidade Média Duração Microviagem Tempo Parado Tempo Parado
Km/h s s % da microviagem 1 VBOX_343_MV_54 27,1 388 101 26,0% 0,0051 2 VBOX_472_MV_33 16,3 219 40 18,3% 0,0056 3 VBOX_291_MV_34 16,4 162 38 23,5% 0,0059 4 VBOX_502_MV_123 18,6 182 45 24,7% 0,0061 5 VBOX_396_MV_27 18,4 114 31 27,2% 0,0062 6 VBOX_350_MV_34 17,5 230 66 28,7% 0,0063 Média 19,1 216 54 24,7% 0,0059 RMSE Sequência Nome da microviagem
Tabela 4: Trechos selecionados para elaboração de ciclos de condução
Foram desenvolvidos ciclos de condução para ambos os trechos 01 e 02, seguindo a mesma metodologia utilizada para a criação do ciclo 01, do trajeto completo, com base na seleção de microviagens pelo critério de menor RMSE, ou seja, similaridade com a distribuição de VSP para o conjunto total de registros obtido para cada trecho.
O ciclo Tr01 foi composto por 10 microviagens com duração total de 1153 segundos, resultando em uma duração média de 115,3 segundos por microviagem. Já o ciclo Tr02, foi composto por 8 microviagens em um total de 1146 segundos, com duração média de 143,3 segundos por microviagem. As distribuições de VSP para os trechos selecionados, bem como os ciclos de condução elaborados são mostrados a seguir nas figuras 5 e 6.
As distribuições de VSP para os dois trechos mostram-se muito diferentes, com maior predominância de VSP=0 para o trecho 02, enquanto o trecho 01 possui uma distribuição mais abrangente em termos de valores de VSP.
(a)
(b)
Figura 5: Distribuição de VSP (a) e ciclo de condução Tr01(b) Extensão Velocidade Máxima Permitida Velocidade média km km/h km/h Trecho Vias Características
Tempo total medido s Microviagens identificadas
01 Av. do Cursino (São Paulo)
Sentido Centro-Bairro
Via de mão dupla com uma a duas faixas
em cada direçao separadas por faixa. 6,8 60 15,6 49260 562
02
Av. Engenheiro Armando de Arruda Pereira / Av. Dr. Hugo Beolchi / Av. Jabaquara / R. Domingos de Morais (São Paulo) Sentido Bairro-Centro
Via de mão dupla com três a quatro faixas de tráfego compartilhado em cada direção separadas por corredor de circulação exclusiva de ônibus (veículo em testes não circulou pelo corredor)
5,6 60 11,6 61658 758 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 V el oci da de, K m /h Tempo, s Ciclo de condução Tr01 ‐ Microviagens ordenadas por RMSE MV01 MV02 MV03 MV04 MV05MV06 MV07 MV08 MV09 MV10
(a)
(b)
Figura 6: Distribuição de VSP (a) e ciclo de condução Tr02 (b)
Apesar das diferentes características dos trechos analisados, nota-se que ambos os ciclos possuem constante variação de velocidade, mas com perfis de variação de velocidade distintos.
5. ESTIMATIVA DE EMISSÕES
Após a construção dos ciclos de condução e identificação das distribuições de VSP para as condições de trajeto completo e trechos selecionados, foi possível estimar as emissões de poluentes para cada uma dessas situações.
Para elaborar a estimativa de emissões, foi utilizado o relatório da EPA (Environmental Protection Agency – Agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) Development of Emission Rates for Heavy-Duty Vehicles in the Motor Vehicle Emissions Simulator (Draft MOVES 2009 - Desenvolvimento de taxas de emissões para veículos pesados no simulador de emissões veiculares) (Estados Unidos, 2009).
Este relatório descreve detalhadamente quais os fatores de emissões para os principais poluentes produzidos por motores de veículos pesados utilizados no desenvolvimento do software MOVES, que é a ferramenta oficial da EPA para estimativa de emissões nos Estados Unidos. O relatório mostra as classificações de veículos pesados contidos no software, baseadas no peso bruto total (PBT), idade e ano-modelo e configuração veicular tais como MHD (Medium-heavy duty – Veículo pesado-médio), HHD (Heavy- Heavy duty – Veículo pesado-pesado) e Ônibus. De acordo com a combinação desses fatores existem valores de emissões que foram originalmente medidos em equipamentos específicos e armazenados no
0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 V el oci da de, K m /h Tempo, s Ciclo de condução Tr02 ‐ Microviagens ordenadas por RMSE MV01 MV02 MV03 MV04 MV05 MV06 MV07 MV08
software MOVES para a utilização na estimativa de emissões.
O relatório mostra que para determinadas faixas de VSP (chamadas de Operation mode bin – blocos de modo de operação) estão associados valores de emissões de poluentes de acordo com a classificação descrita anteriormente. Os blocos de operação determinados pelo MOVES, estão apresentados na tabela 5 abaixo.
Tabela 5: Definição dos "blocos de modo de operação" do MOVES (Estados Unidos, 2009)
Estão disponíveis neste relatório gráficos de taxas de emissões em g/h para ônibus de ano-modelo 2002, conforme o exemplo das taxas de emissões para NOx (óxidos de nitrogênio), mostrado na figura 7. Além do NOx, o relatório apresenta da mesma forma as taxas de emissões para hidrocarbonetos (HC), material particulado com diâmetro de até 2,5 mícrones (PM 2.5) e monóxido de carbono (CO).
Figura 7: Taxas de emissões de NOx para veículos MHD, HHD e ônibus, ano-modelo 2002
(Estados Unidos, 2009)
VSP Velocidade Aceleração
kW/t km/h m/s2
0 Desacelerando / Freando a ≤ -2 ou
(at, at-1 e at-2 < 1 )
1 Parado / Marcha lenta v < 1
11 Locomoção sem esforço VSP < 0 0 ≤ v < 40 12 Cruzeiro/Acelerando 0 ≤ VSP < 3 0 ≤ v < 40 13 Cruzeiro/Acelerando 3 ≤ VSP < 6 0 ≤ v < 40 14 Cruzeiro/Acelerando 6 ≤ VSP < 9 0 ≤ v < 40 15 Cruzeiro/Acelerando 9 ≤ VSP < 12 0 ≤ v < 40
16 Cruzeiro/Acelerando 12 ≤ VSP 0 ≤ v < 40
21 Locomoção sem esforço VSP < 0 40 ≤ v < 80 22 Cruzeiro/Acelerando 0 ≤ VSP < 3 40 ≤ v < 80 23 Cruzeiro/Acelerando 3 ≤ VSP < 6 40 ≤ v < 80 24 Cruzeiro/Acelerando 6 ≤ VSP < 9 40 ≤ v < 80 25 Cruzeiro/Acelerando 9 ≤ VSP < 12 40 ≤ v < 80 27 Cruzeiro/Acelerando 12 ≤ VSP < 18 40 ≤ v < 80 28 Cruzeiro/Acelerando 18 ≤ VSP < 24 40 ≤ v < 80 29 Cruzeiro/Acelerando 24 ≤ VSP < 30 40 ≤ v < 80 30 Cruzeiro/Acelerando 30 ≤ VSP 40 ≤ v < 80 33 Cruzeiro/Acelerando VSP < 6 80 ≤ v 35 Cruzeiro/Acelerando 6 ≤ VSP < 12 80 ≤ v 37 Cruzeiro/Acelerando 12 ≤ VSP < 18 80 ≤ v 38 Cruzeiro/Acelerando 18 ≤ VSP < 24 80 ≤ v 39 Cruzeiro/Acelerando 24 ≤ VSP < 30 80 ≤ v 40 Cruzeiro/Acelerando 30 ≤ VSP 80 ≤ v Descrição Modo de operação Ta xa d e em issõ es d e NO x, em g/h Modos de operação MHD HHD Ônibus
Com base nas taxas de emissões apresentadas nos gráficos disponíveis no relatório da EPA, combinados às distribuições de VSP obtidas para o trajeto completo de testes e trechos selecionados 01 e 02, foi possível estimar as emissões de poluentes para essas situações Os resultados são mostrados na figura 8 a seguir.
Figura 8: Estimativa de emissões por trajeto/trecho
A figura 8 permite verificar que as diferentes condições de aplicação (trajeto completo, trechos 01 e 02) resultam em diferentes valores de emissões para o veículo considerado neste trabalho (ônibus). As emissões resultantes do trajeto completo e do trecho 01 apesar de possuírem diferentes distribuições de VSP e velocidades médias, resultaram em valores equivalentes, enquanto as estimativas de emissões para o trecho 02 apresentaram valores de 20 a 30% superiores, fato este que pode ser parcialmente explicado pelo maior percentual de VSP = 0 e menor percentual de valores de VSP < 0.
6. CONCLUSÕES
Através do desenvolvimento de ciclos de condução e da elaboração da distribuição de VSP é possível compreender de forma mais completa as diferentes condições de operação a que estão sujeitos os ônibus urbanos.
Estas ferramentas permitem verificar de forma gráfica mais facilmente que, mesmo quando dois trechos distintos apresentam velocidades médias semelhantes, a forma como a velocidade varia ao longo do tempo, assim como a distribuição de VSP (formado a partir da combinação de fatores como velocidade, aceleração, arrasto e resistência à rolagem), podem ser completamente diferentes e isso é determinante para as emissões de poluentes de qualquer veículo dotado de motor de combustão interna.
Verificou-se que trechos e períodos com mais interrupções no deslocamento (por exemplo, maior variabilidade da velocidade e maior proporção de tempo parado) tendem a resultar em níveis mais elevados de emissões de poluentes.
Com isso, é possível verificar a influência da operação nas emissões de poluentes e, assim, sugerir medidas que permitam que os ônibus urbanos circulem com maiores velocidades médias e menor variabilidade da velocidade (como a implantação de corredores e faixas de circulação exclusiva). Além do benefício de melhorar a eficiência e a qualidade do serviço de transporte público, tais modificações podem resultar na diminuição das emissões de poluentes, trazendo benefícios adicionais à sociedade.
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 NOx HC x 10 PM2.5 x 10 CO Fa to res d e em issõ es, g /km Poluentes Estimativa de emissões Trajeto completo Trecho 01 Trecho 02
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio do CNPq. Agradecem também à Mercedes-Benz do Brasil Ltda. pelo apoio na coleta de dados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Orlando Strambi (ostrambi@usp.br)
Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia de Transportes
