UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DE JOINVILLE
CURSO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES E LOGÍSTICA
FELIPE PEREIRA QUIRINO
MODELAGEM DAS EMISSÕES DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS ORIUNDOS DA ATIVIDADE DE TRANSPORTE COLETIVO POR ÔNIBUS – ESTUDO DE CASO SÃO
PAULO, SP.
Joinville 2020
FELIPE PEREIRA QUIRINO
MODELAGEM DAS EMISSÕES DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS ORIUNDOS DA ATIVIDADE DE TRANSPORTE COLETIVO POR ÔNIBUS – ESTUDO DE CASO SÃO
PAULO, SP.
Trabalho apresentado como requisito para obtenção do título de bacharel no Curso de Graduação em Engenharia de Transportes e Logística do Centro Tecnológico de Joinville da Universidade Federal de Santa Catarina. Orientador: Prof. Dr. Helry Luvillany Fontenele Dias
Joinville 2020
FELIPE PEREIRA QUIRINO
MODELAGEM DAS EMISSÕES DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS ORIUNDOS DA ATIVIDADE DE TRANSPORTE COLETIVO POR ÔNIBUS – ESTUDO DE CASO SÃO
PAULO, SP.
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Transportes e Logística, na Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico de Joinville.
Banca Examinadora:
________________________ Dr. Helry Luvillany Fontenele Dias
Orientador Presidente
________________________ Dra. Catia Regina Silva de Carvalho Pinto
Professora e Diretora do Centro Tecnológico de Joinville Universidade Federal de Santa Catarina
________________________ MSc. Vanessa Vieira de Sousa
Membra da banca
Dedico este trabalho a Deus, a meus pais, Elsio e Antonieta, que me apoiaram na realização deste e de tantos outros projetos, e que estão vivenciando comigo a concretização deste sonho; dedico também a todos os cidadãos brasileiros e em especial, aos da maior cidade do Brasil
AGRADECIMENTOS
A meus pais pelo empenho e paciência no momento difícil da escrita deste trabalho (pandemia mundial da Covid 19).
Ao meu professor e orientador que foi primordial, presente e fundamental em toda a execução deste trabalho, pela paciência, zelo e perseverança mesmo com as minhas dificuldades.
À São Paulo Transportes S.A, à Prodam – Empresa de Tecnologia da Informação e Comunicação do Município de São Paulo e à Prefeitura de São Paulo pela disponibilização de dados por e-mail.
“O maior erro que um homem pode cometer é sacrificar a sua saúde a qualquer outra vantagem.” (Arthur Schopenhauer)
“Não vemos as coisas como elas são, mas como nós somos.”
RESUMO
As emissões de gases poluentes veiculares são um sério problema das médias e grandes cidades brasileiras, a grande proporção destas emissões oriundas da operação de transporte público é significativa devido ao atraso tecnológico dos ônibus e à falta de investimentos necessários à manutenção e atualização do sistema de transporte público. Nesse sentido, é possível estimar as emissões de poluentes atmosféricos por meio dos Fatores de Emissão e uso de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), com vistas a modelar as emissões veiculares sem a necessidade de medição in loco, o que permite a replicação de estudos e análises como estas em vários lugares do país sem custo. As fases Proconve evoluem ano a ano atualizando os Fatores de Emissão e desafiando as cidades brasileiras a reduzirem suas emissões, tornando o padrão de ônibus urbano movido à diesel cada vez mais obsoleto. Observou-se reduções próximas de 100% na emissão de alguns poluentes entre fases do programa por meio da adoção e combinação de sistemas que agem tanto nos produtos da combustão quanto no processo de combustão; as emissões de material particulado, por exemplo, reduziram de forma gradual ao longo das fases, aproximando-se de 100% desde a implantação das primeiras melhorias nos motores feitas em P2 (Euro 0) até a projeção do que a P8 (Euro VI) ocasionará em termos de redução deste mesmo, tal fato se explica pelos aprimoramentos contínuos dos filtros de partículas (DPF), além da operação combinada com outros sistemas. Adequações e a renovação contínua da frota representam a diminuição de problemas de saúde recorrentes e, consequentemente, redução de gastos públicos e melhora da qualidade de vida dos usuários dos sistemas de transporte público coletivo.
Palavras-chave: Fatores de Emissão. Emissões Veiculares. Diesel. Proconve. Transporte Público
ABSTRACT
Emissions of vehicle polluting gases are a serious problem in medium and large Brazilian cities, the large proportion of these emissions from public transport operations is significant due to the technological backwardness of buses and the lack of investments necessary to maintain and update the transport system public. In this sense, it’s possible to estimate emissions of atmospheric pollutants using Emission Factors and the use of Geographic Information Systems (GIS), with a view to modeling vehicle emissions without the need for on-site measurement, which allows replication of studies and analyzes like these in various parts of the country at no cost. The Proconve phases evolve year by year by updating the Emission Factors and challenging Brazilian cities to reduce their emissions, making the diesel-powered urban bus standard increasingly obsolete. It was observed reductions close to 100% in the emission of some pollutants between phases of the program through the adoption and combination of systems that act both in the products of combustion and in the combustion process; emissions of particulate matter, for example, gradually reduced over the phases, approaching 100% from the implementation of the first improvements in engines made in P2 (Euro 0) to the projection of that in P8 (Euro VI) This will be explained by the continuous improvements in particulate filters (DPF), in addition to the combined operation with other systems. Adaptations and the continuous renewal of the fleet represent a decrease in recurring health problems and, consequently, a reduction in public spending and an improvement in the quality of life of users of public transport systems.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Síntese da metodologia empregada ... 20
Figura 2 - Processos atmosféricos ... 21
Figura 3 - Fluxograma com as 3 etapas do Método ... 36
Figura 4 - Vista aérea do entorno do Term. Parque Dom Pedro II ... 45
Figura 5 - Terminal Parque Dom Pedro II ... 46
Figura 6 - Itinerários do Term. Pq. D. Pedro II e Densidade Demográfica ... 48
Figura 7 - Mapa de localização ... 54
Figura 8 - Mapa temático das massas de NOx emitidas na Fase P2 ... 60
Figura 9 - Mapa temático das massas de NOx emitidas na Fase P8 ... 61
Figura 10 - Mapa temático das massas de HC emitidas na Fase P5 ... 64
Figura 11 - Mapa temático das massas de HC emitidas no cenário atual (P5/P7) ... 64
Figura 12 -Mapa temático das massas de HC emitidas na Fase P7 ... 65
Figura 13 - Mapa temático das massas de MP emitidas na Fase P7 ... 68
Figura 14 - Mapa temático das massas de MP emitidas na Fase P8 ... 68
Figura 15 - Mapa temático das massas de MP emitidas na Fase P2 ... 79
Figura 16 – Mapa temático das massas de MP emitidas na fase P3 ... 80
Figura 17 - Mapa temático das massas de MP emitidas na fase P4 ... 80
Figura 18 - Mapa temático das massas de HC emitidas na fase P3 ... 81
Figura 19 - Mapa temático das massas de HC emitidas na fase P4 ... 81
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Compostos de MP e seus impactos à saúde humana e ao meio ambiente 24
Tabela 2 - Ponderações dos Veículos do Sistema Estrutural de São Paulo ... 49
Tabela 3 - Ponderações da Tipologia dos Veículos ... 49
Tabela 4 - Ponderação Fase PROCONVE de Cenário Atual ... 49
Tabela 5 - Fatores de Emissão ... 50
Tabela 6 - Cálculo das massas de cada poluente por itinerário completo ... 50
Tabela 7 - Segmentos de itinerário e seus respectivos comprimentos ... 51
Tabela 8 - Frequência de um itinerário-exemplo parcelado em segmentos ... 52
Tabela 9 - Fatores de Emissão - Cenário atual (P5/P7) ... 55
Tabela 10 - Fatores de Emissão para o cenário P7 – ano de fabricação 2018 ... 55
Tabela 11 - Fatores de Emissão para o cenário P4 – 2002 e 2003 ... 56
Tabela 12 - Síntese dos totais das emissões nos itinerários completos por cenário ... 57
Tabela 13 - Percentuais de Redução de CO ... 58
Tabela 14 -Percentuais de Redução de CH4 ... 58
Tabela 15 - Percentuais de Redução de N2O ... 59
Tabela 16 - Percentuais de Redução de NOx ... 59
Tabela 17 - Percentuais de Redução de HC ... 63
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANFAVEA – Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores ARLA – Agente Redutor Líquido Automotivo
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo CH4 – Hidrocarboneto simples (metano)
CO – Monóxido de Carbono
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente CO2 – Dióxido de Carbono
DENATRAN – Departamento Nacional de Trânsito DOC – Diesel Oxidation Catatysts
DPF – Filtro de Partícula
EGR – Exhaust Gas Recirculation HC – Hidrocarbonetos
H2O – Água
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística MP – Material Particulado NH3 – Amônia NO – Óxido Nitroso NOx – Óxidos de Nitrogênio NO2 – Dióxido de Nitrogênio N2 – Nitrogênio
OMS – Organização Mundial da Saúde O2 – Dióxido de Oxigênio
O3 – Ozônio
PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores P2 a P8 – Proconve – Veículos Pesados
SCR – Selective Catalytic Reduction SO2 – Dióxido de Enxofre
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 15 1.1 OBJETIVOS ... 18 1.1.1 Objetivo Geral ... 18 1.1.2 Objetivos Específicos ... 18 1.2 JUSTIFICATIVA ... 19 1.3 ESTRUTURA DO DOCUMENTO ... 19 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 21 2.1. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ... 21 2.1.1 Padrões de Qualidade do Ar ... 22 2.2 EMISSÕES VEICULARES ... 22
2.2.1 Principais Emissões Provenientes dos Veículos de Transporte Público Coletivo .... 23
2.2.1.1 Material Particulado ... 23
2.2.1.2 Óxidos de Nitrogênio (NOx) ... 24
2.2.1.3 Hidrocarbonetos (HC) ... 25
2.2.1.4 Óxidos de Carbono (CO e CO2) ... 25
2.3 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DOS MOTORES CICLO DIESEL BRASILEIROS ... 26
2.3.1 Tecnologia Euro VI ... 27
2.3.2 Biocombustíveis ... 28
2.3.3 Acionamento Elétrico ... 28
2.4 SISTEMA DE TRANSPORTE PÚBLICO COLETIVO DE SÃO PAULO (SP) ... 29
2.4.1 Leis Municipais de Redução das Emissões em São Paulo (SP) ... 30
2.5 REPRESENTAÇÃO DA OPERAÇÃO DOS ÔNIBUS POR MEIO DO SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA ... 31
2.5.1 Aplicações e Potencialidades dos SIG na Gestão de um Sistema de Transporte Público Coletivo ... 32
2.6 CÁLCULO DA EMISSÃO DE POLUENTES ORIUNDOS DE ATIVIDADE VEICULAR POR MEIO DO SIG ... 32
2.6.1 Programas de Controle da Poluição do Ar ... 33
2.6.2 Fatores de Emissão ... 34
3 MÉTODO ... 35
3.1 PRIMEIRA ETAPA ... 36
3.1.2 Definição de local de estudo ... 37
3.1.3 Análise Inicial e definição de objeto de estudo ... 37
3.2 SEGUNDA ETAPA ... 38
3.2.1 Conferência e Análise dos Dados Disponíveis ... 38
3.2.2 Adaptação das Camadas e Dados Georreferenciados em SIG ... 38
3.2.3 Construção da Planilha-base ... 39
3.3 TERCEIRA ETAPA ... 40
3.3.1 Validação da Planilha-base de Cenário Atual ... 40
3.3.2 Geração do Modelo de Mapa Temático ... 40
3.3.3 Replicação da Planilha-base e dos Mapas Temáticos para Diferentes Cenários ... 41
3.3.4 Análise dos Cenários ... 41
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE DADOS ... 43
4.1 PRIMEIRA ETAPA ... 43
4.1.1 Leitura e Embasamento Bibliográfico ... 43
4.1.2 Definição de local de estudo ... 43
4.1.3 Análise Inicial e definição de objeto de estudo ... 44
4.2 SEGUNDA ETAPA ... 46
4.2.1 Conferência e Análise dos Dados Disponíveis ... 47
4.2.2 Adaptação das Camadas e Dados Georreferenciados em SIG e Construção da Planilha-base ... 48
4.2.2.1 Cálculo das Ponderações ... 48
4.2.2.2 Cálculo das Massas no Período Atual ... 49
4.2.2.3 Parcelamento dos Itinerários em Segmentos em SIG ... 50
4.2.2.4 Frequência dos Itinerários ... 51
4.2.2.5 Cálculo das Massas de Poluentes em Cada Segmento de Itinerário... 52
4.3 TERCEIRA ETAPA ... 53
4.3.1 Validação da Planilha-base de Cenário Atual ... 53
4.3.2 Geração do Modelo de Mapa Temático ... 53
4.3.3 Replicação da Planilha-base e dos Mapas Temáticos para Diferentes Cenários ... 54
4.4 ANÁLISE DOS CENÁRIOS ... 56
4.4.1 Síntese das Emissões entre os Cenários ... 57
4.4.2 Métodos de controle sobre as emissões de poluentes ... 57
4.4.3 Percentuais de Redução de CO, CH4 e N2O ... 58
4.4.4.1 Sistema SCR ... 61 4.4.4.2 Sistema EGR ... 62 4.4.5 Percentuais de Redução de HC ... 62 4.4.5.1 Sistema DOC ... 65 4.4.6 Percentuais de Redução de MP ... 66 4.4.6.1 Sistema DPF ... 69 5 CONCLUSÃO ... 70 REFERÊNCIAS ... 72
APÊNDICE A – Planilha-base de Cenário Atual (Ponderada P5/P7) ... 77
APÊNDICE B – Mapas temáticos adicionais ... 79
ANEXO A – Distribuição da frota entre as linhas e itinerários do Term. Pq. D. Pedro II ... 82
1 INTRODUÇÃO
Dentre os principais desafios das grandes cidades brasileiras, está a busca por soluções sustentáveis para a problemática da Mobilidade Urbana. A predominância do modo rodoviário como transporte público coletivo agrava as questões relacionadas à poluição atmosférica, acidentes, geração de ruídos, congestionamentos e potenciais riscos à saúde humana (NTU, 2009).
Dois processos quase simultâneos contribuíram para tal característica: a urbanização e a constituição da indústria automobilística no país. A urbanização concentrou pessoas em ambientes urbanos, onde elas passam a necessitar de transporte público regular, aumentando as dimensões das cidades, amplificando as distâncias e a necessidade de transporte público. A indústria automobilística representou o início da oferta regular e mais acessível de veículos, sendo fonte importante e crescente de receita de impostos, tornando-se muito importante para o governo federal (ANTP, 2010).
Além das transformações urbanas, econômicas e sociais do Brasil após a Segunda Guerra Mundial e o seu consequente reflexo no aumento populacional substancial e desordenado, sobretudo nos grandes centros urbanos, acabaram por contribuir com a precarização dos bondes e posteriormente, dos trens (notoriamente nas cidades do Rio de Janeiro e São Paulo), abrindo espaço e criando uma forte tendência e preferência aos ônibus na operação dos sistemas de transportes públicos coletivos pelo país até os dias de hoje (ANTP, 2010).
A ONU calculou que a população mundial, estimada em 7,7 bilhões em 2019, aumente para 9,7 bilhões em 2050. Essa nova concentração de pessoas ocasionará o consumo de mais produtos, demandando por mais transporte de cargas, e mais deslocamentos de pessoas, trazendo consigo efeitos nocivos decorrentes da expansão da frota e das emissões de poluentes atmosféricos, demandando melhorias contínuas na qualidade dos combustíveis e da tecnologia empregada nos veículos, além de soluções de mobilidade urbana.
Com esse aumento da frota no Brasil e a costumeira manutenção precária dos veículos, a preocupação e atenção com as emissões de poluentes aumentam consideravelmente, sendo determinante a redução dos níveis de emissão dos principais poluentes veiculares, baseados na queima de combustíveis fósseis, entre eles os materiais particulados (MP), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos (HC), óxidos de enxofre (SOx). Na
circulação de veículos pesados movidos a diesel, MP e NOx, enquanto as concentrações de
monóxido de carbono e hidrocarbonetos provêm, em maiores proporções, dos veículos de ciclo Otto (automóveis e motocicletas) (CARVALHO, 2011).
O diesel como combustível, embora tenha alta durabilidade e maior eficiência energética, contribui para elevadas emissões de material particulado por escapamento e é o mais intensivo na emissão de CO2 (principal na categoria de gases de efeito estufa – GEE), dentre
todos os outros combustíveis (VASCONCELLOS, 2020, apud FREITAS ET. AL., 2018). O transporte urbano (pessoas e cargas) já representa, mundialmente, mais da metade da poluição do ar. Mais de 80% das pessoas, que vivem em áreas urbanas que monitoram a poluição do ar, estão expostas a níveis de qualidade do ar que excedem os limites estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde (DIAS, 2014 apud. OMS, 2014).
Segundo Côrtes (2020) a poluição atmosférica proveniente das emissões tem um nível de letalidade maior que muitas outras doenças, porém infelizmente, ainda escapa da atenção cotidiana ou é considerado algo relativamente comum. Um levantamento mais recente da OMS (2019) calcula que, anualmente, entre sete e oito milhões de pessoas morrem no mundo, em decorrência da poluição do ar.
A poluição do ar atinge a todos de uma forma democrática, fato muito claro numa cidade como São Paulo que possui áreas com menor ou maior concentração de poluentes, mas que, mesmo assim, torna todas as pessoas suscetíveis aos efeitos da poluição, principalmente idosos e crianças, consideravelmente mais vulneráveis (CÔRTES, 2020).
Segundo estudos do Laboratório de Poluição Atmosférica Experimental, da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP), cerca de 6,4 mil mortes por ano na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) estão relacionadas à poluição do ar, equivale a 18 mortes por dia. A poluição em São Paulo mata duas vezes mais que acidentes de trânsito, cinco vezes mais do que câncer de mama e sete vezes mais que a AIDS (DINIZ, 2018 apud. APM, 2018). Medidas de redução das emissões veiculares se tornam imprescindíveis neste cenário de grandes centros urbanos altamente dependentes de veículos motorizados. Segundo a CETESB (2018) essas medidas se dão através de programas federais de controle da poluição do ar por veículos e motocicletas, PROCONVE E PROMOT, respectivamente.
Esses programas levam os fabricantes a adotar tecnologias mais avançadas para atender a limites de emissão de poluentes cada vez mais restritivos. Porém, mesmo com esses limites atualizados anualmente e a renovação natural da frota, ocorre uma compensação parcial decorrente do aumento da frota e dos congestionamentos, além do uso intensivo de veículos para o transporte individual (CETESB, 2019). Logo, muito além das medidas de redução das
emissões veiculares faz-se necessário o uso de medidas complementares que viabilizem a redução do número de viagens por veículos motorizados e consequentemente, dos congestionamentos.
Redução das distâncias a serem percorridas, maior oferta de transporte público não poluente, aumento da eficiência do transporte público por ônibus e do transporte de carga, melhorias do sistema viário com ações de planejamento do uso e ocupação do solo voltados pra redução do impacto da mobilidade e da logística, podem contribuir para minoração da problemática de emissão de poluentes oriundas de fontes móveis (WRI Brasil, 2018).
Segundo a CETESB (2019) é necessário agir de forma integrada aos diversos setores da sociedade para ocorrer uma redução significativa dos níveis de poluição do ar. Um desses caminhos é a constituição de uma zona de baixa emissão (LEZ, em inglês). Já que os carros são responsáveis por uma parcela tão significativa das emissões, nada mais justo que limitar a circulação de veículos em algumas ruas e avenidas de uma determinada região, por exemplo, o próprio centro expandido de São Paulo (WRI Brasil, 2018).
Para o aprimoramento de tais estudos, o desenvolvimento da tecnologia e da informática tornou possível armazenar e representar as informações em ambiente computacional, abrindo espaço para o aparecimento do Geoprocessamento e sua possível aplicação em estudos relacionados a planejamento de transportes, por meio das ferramentas de informação geográfica.
Um Sistema de Informação Geográfica (SIG) é uma ferramenta com aplicações em diferentes áreas e pode ser utilizado para auxiliar na gestão de problemas ambientais decorrentes da poluição atmosférica. Uma das maiores vantagens do SIG é a eficiência com que ele pode integrar os dados necessários a determinado projeto, que podem ser encontrados em diferentes formatos, mapas, tabelas, cartas, fotos aéreas, imagens de satélite e conjunto de dados digitais, em um formato compatível para a análise (MARTINS et al, 2014 apud RIBEIRO, 2005).
Frequentemente o SIG tem sido utilizado como ferramenta de gerenciamento da qualidade do ar, sendo aplicado em estudos de diversos problemas relativos à poluição atmosférica de centros urbanos, além da integração com a análise espacial de dados e modelos de qualidade do ar (MARTINS et al, 2014 apud JIN & FU, 2005).
Conforme exposto, o desenvolvimento do presente trabalho pretende analisar questões relacionadas ao estudo da emissão de poluentes atmosféricos provenientes de veículos transportadores de pessoas em áreas urbanas, em especial aqueles movidos a motores do ciclo diesel (maior contribuição na frota paulista e brasileira), com claro efeito potencial poluidor
mais considerável nas décadas atuais (CETESB, 2018). Formulam-se então algumas questões que buscam responder à problemática apresentada.
• Como quantificar as emissões dos principais poluentes atmosféricos provenientes da operação de um sistema de transporte público por ônibus sem um monitoramento in loco?
• De que maneira a ferramenta SIG pode auxiliar na representação geográfica, na classificação e análise das massas dos principais poluentes atmosféricos provenientes da operação de linhas de transporte público por ônibus?
• Quais ações de controle das emissões estão sendo adotadas na área em estudo? • Como a evolução da tecnologia veicular pode ajudar na redução das emissões de
poluentes atmosféricos?
1.1 OBJETIVOS
Para quantificar e representar as emissões dos principais poluentes atmosféricos provenientes da operação veicular de transporte público por ônibus em grandes cidades brasileiras de maneira simplificada e que permita uma análise dos impactos de restrições de tecnologias veiculares, propõem-se neste trabalho os seguintes objetivos.
1.1.1 Objetivo Geral
Quantificar, analisar e representar por meio de uma ferramenta de Sistema de Informação Geográfica, as emissões dos principais poluentes decorrentes da operação das linhas de um sistema de transporte público coletivo por ônibus, utilizando o Terminal Parque Dom Pedro II como objeto de estudo.
1.1.2 Objetivos Específicos
▪ Calcular emissões dos principais poluentes atmosféricos por meio dos Fatores de Emissão fornecidos anualmente pelo CETESB, conforme tipos de combustível e veículo;
▪ Avaliar as funcionalidades do ferramental SIG na modelagem da emissão de poluentes por veículos de transporte público;
▪ Analisar quantitativamente o impacto das tecnologias de controle de emissões veiculares e da modernização contínua da frota de ônibus das cidades;
▪ Investigar as tecnologias atualmente utilizadas em termos de operação e motorização de ônibus urbanos, e seus respectivos impactos em termos de emissões, quando comparados a cenários com diferentes tecnologias.
1.2 JUSTIFICATIVA
Nas regiões metropolitanas o problema da poluição do ar tem-se constituído numa das mais graves ameaças à qualidade de vida de seus habitantes. Em geral, os veículos automotores são os principais causadores dessa poluição. As emissões causadas por veículos carregam diversas substâncias tóxicas que, em contato com o sistema respiratório, podem produzir vários efeitos negativos sobre a saúde. O Brasil, como todo país em desenvolvimento, apresenta um crescimento expressivo na frota veicular de suas regiões metropolitanas (CETESB, 2019).
O Estado de São Paulo, o mais populoso do país, detém de cerca de 40% da frota automotiva do país. A frota motorizada no Estado, calculada e exposta no Relatório de Emissões Veiculares da CETESB de 2018, é de aproximadamente 15,3 milhões de veículos de 9,7 anos de idade média, destes 500 mil são ônibus e caminhões (veículos pesados).
Com o intuito de demonstrar a importância do controle e monitoramento dos níveis de poluição por parte dos sistemas de transporte público por ônibus, com vistas à inclusão das questões ambientais no que diz respeito às emissões provenientes desses veículos, o conteúdo deste estudo busca justificar-se.
Entende-se que os níveis de poluição devem ser obtidos por meio do monitoramento, contudo a realidade de muitos municípios não possibilita tal ação, dessa forma o emprego de modelos matemáticos combinados ao uso do SIG, podem ser uma alternativa, conforme preconiza a Resolução Sema nº 54/2006 (DIAS, 2014).
1.3 ESTRUTURA DO DOCUMENTO
Conforme a exposição do tema deste trabalho inicia-se a abordagem de conceitos e assuntos de forma mais aprofundada e pertinente ao controle das emissões veiculares. A proposta metodológica a ser aplicada no desenvolvimento do presente trabalho é descrita na Figura 1:
Figura 1 - Síntese da metodologia empregada
(Fonte: Autor)
Conforme a síntese apresentada na Figura 1, o próximo capítulo explorará a parte teórica sobre os assuntos pertinentes ao tema deste Trabalho. A Revisão Teórica é imprescindível para o detalhamento da proposta (Método) e da problemática existente para a posterior etapa quantitativa dos dados e a sua inserção em SIG, permitindo uma visualização georreferenciada e classificada dos dados, abrindo espaço para a análises e discussões dos resultados. Por fim, as conclusões dando prosseguimento para futuros trabalhos e estudos que permeiam o assunto, permitindo a replicação em outros estudos de caso.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são abordados os principais assuntos pertinentes a este trabalho, Poluição atmosférica, Padrões de Qualidade do Ar e Emissões Veiculares. A evolução tecnológica nos motores ciclo-diesel e do Sistema de Transporte Público Coletivo de São Paulo (SP) serão discutidas por meio de referencial bibliográfico pertinente e atualizado, com vistas à construção do embasamento teórico para a implementação do Método.
2.1. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Segundo a CETESB (2019), o nível de poluição atmosférica é determinado pela quantificação das substâncias poluentes presentes no ar. Considera-se poluente atmosférico, “qualquer forma de matéria em quantidade, concentração, tempo ou outras características, que tornam ou possam tornar o ar impróprio ou nocivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade ou às atividades normais da comunidade” (apud Resolução CONAMA nº 491 de 19/11/2018, BRASIL, 2018a).
Há duas classificações de poluentes atmosféricos, os primários, que são aqueles emitidos diretamente das fontes de emissão, e os secundários, que são formados na atmosfera através da reação química entre poluentes e/ou constituintes naturais da atmosfera (CETESB, 2019). Os principais poluentes atmosféricos oriundos da combustão veicular são apresentados a seguir, com ênfase nos poluentes mais presentes na combustão incompleta de motores ciclo Diesel (ônibus brasileiros).
A preocupação com a concentração de poluentes na atmosfera corresponde à preocupação com o grau de exposição dos principais receptores (seres humanos, animais, plantas e materiais), conforme figura a seguir.
Figura 2 - Processos atmosféricos
2.1.1 Padrões de Qualidade do Ar
Importante ressaltar que a qualidade do ar mesmo com as emissões pode mudar em razão das condições meteorológicas: Uma maior ou menor diluição dos poluentes. Como por exemplo, no Inverno há condições desfavoráveis à dispersão dos poluentes (monóxido de carbono, material particulado e dióxido de enxofre), enquanto na Primavera e Verão o Ozônio acaba por ter maiores concentrações (CETESB, 2019).
Em meados de 1976, os padrões de qualidade do ar nacionais foram estabelecidos pelo IBAMA – Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e aprovado pelo CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente, por meio da Resolução CONAMA nº 03/90. Nessa época a União Europeia e os Estados Unidos serviram de referência para a evolução dos conhecimentos técnicos e científicos para a atualização dos valores dos padrões adotados, assim como a inclusão de novos parâmetros (CETESB, 2019).
A Organização Mundial de Saúde – OMS em 2005 redigiu um documento com uma revisão dos valores-guia para os poluentes atmosféricos, visando à proteção da saúde da população, à luz dos conhecimentos científicos adquiridos até então. Nessa publicação, os padrões de qualidade do ar (PQAr), variam de acordo com a abordagem adotada para balancear riscos à saúde, viabilidade técnica, considerações econômicas e vários outros fatores políticos e sociais, que dependem do nível de desenvolvimento e de capacidade de gerenciamento da qualidade do ar.
Ainda segundo a CETESB (2019), os governos devem considerar cuidadosamente suas circunstâncias locais antes de adotarem os valores propostos como padrões nacionais. A OMS preconiza que o processo de estabelecimento de padrões visa atingir as menores concentrações possíveis no contexto de limitações locais, capacidade técnica e prioridades em termos de saúde pública. Nesse sentido, faz-se necessário conhecer os principais poluentes atmosféricos oriundos de fontes móveis, apresentados a seguir.
2.2 EMISSÕES VEICULARES
Assim como os padrões de qualidade do ar variam conforme as limitações e prioridades locais, a emissão de poluentes veiculares se diversifica por muitos fatores: o combustível utilizado, o tipo e idade do motor, a regulagem, o estado de manutenção e a velocidade aplicada do veículo. Tudo isso interfere na quantidade de poluentes emitidos (VASCONCELOS, 2020).
Nos veículos à combustão, a relação combustível/ar não é a ideal para proporcionar a queima completa do combustível, de modo que o consumo do oxigênio é menor que o necessário, levando a um aumento no consumo de combustível (veículo desregulado) e consequentemente, uma maior emissão de poluentes e gases inflamáveis (TORSANI, 2018).
O processo de combustão incompleta de combustível é responsável pela emissão de Monóxido de Carbono (CO), Hidrocarbonetos (HC), Óxidos de Nitrogênio (NOx), Óxidos de
Enxofre (SOx), Aldeídos e Material Particulado (MP) (VASCONCELOS, 2020 apud.
CONEMA 43, 2012). Veículos ciclo-diesel apresentam o agravante da formação de fuligem e a tonalidade da fumaça (quanto mais preta, maior a quantidade de emissão associada à combustão incompleta do combustível) (VASCONCELOS, 2020 apud. CONEMA 70, 2016). O motor desligado também emite poluentes através da evaporação do combustível armazenado pelo suspiro do tanque e pelo sistema de carburação do motor. Com o desenvolvimento de novas tecnologias e a modernização dos motores, estas emissões estão cada vez mais controladas (RODRIGUES, 2019).
2.2.1 Principais Emissões Provenientes dos Veículos de Transporte Público Coletivo Os sistemas de transporte público coletivo, em sua maioria, são operados por veículos movidos a diesel, que apresentam emissões particulares de poluentes. São eles, (i) óxidos de carbono, em especial o monóxido e o dióxido; (ii) hidrocarbonetos; e em especial, (iii) materiais particulados e (iv) óxidos de nitrogênio. A seguir um breve detalhamento de cada um.
2.2.1.1 Material Particulado
Segundo Dias (2018) apud. WBCSD (2004), material particulado é um termo genérico para todas as partículas suspensas no ar, dentre as quais, poeira suspensa, fumaça e gotículas de líquido. Tais partículas têm como origem principal o combustível diesel e consistem de um núcleo sólido de carbono elementar, onde ocorre a aderência de uma grande variedade de compostos orgânicos e óxidos, como os sulfatos.
As emissões de materiais particulados provenientes de veículos ciclo diesel são maiores, em massa, que a dos motores a gasolina, em torno de 50 a 100 vezes. As emissões mais elevadas de partículas resultam da combustão incompleta das gotas de combustível líquido, próximo ao bico do injetor. A maior parte das partículas é queimada no cilindro antes de deixar o motor,
porém algumas continuam e saem do escapamento como pequenas partículas (0,1 – 100 μm de diâmetro) (MMA, 2020).
As partículas acima de 10 μm conseguem ser filtradas pelo trato respiratório superior humano com 100% de eficiência. No entanto, com a redução do tamanho das partículas essa eficiência também diminui, e fica próximo de zero para partículas abaixo de 1 μm, que facilmente adentram ao sistema pulmonar humano. Estudos indicam que os efeitos sobre a saúde humana incluem: mal estar, irritação nos olhos e garganta e pele, dor de cabeça, enjoo, bronquite, asma (CETESB, 2019). Além de câncer respiratório, arteriosclerose, inflamação de pulmão, agravamento de sintomas de asma, aumento de internações hospitalares e podem levar à morte (MMA, 2020).
Esse tipo de emissão causa um grande incômodo aos pedestres próximos às vias de tráfego, no caso da fuligem (fumaça preta), a coloração e o mau cheiro causam de imediato uma atitude de repulsa e pode ainda ocasionar diminuição da segurança e aumento de acidentes de trânsito devido à redução da visibilidade (CETESB, 2019).
Essas partículas têm um comportamento gasoso durante o processo de dispersão nas imediações das ruas e tendem a se aglomerar em partículas maiores. Vários compostos podem estar presentes na atmosfera sob a forma de materiais particulados, conforme apresentado na Tabela 1.
Tabela 1 - Compostos de MP e seus impactos à saúde humana e ao meio ambiente
Composto do MP Impacto ao ser humano e ao meio
ambiente
Dióxido de Enxofre (SO2) Formação de chuva ácida; redução da
visibilidade na atmosfera.
Monóxido de Carbono (CO) Doenças cardiovasculares; problemas respiratórios.
Ozônio (O3) Névoa fotoquímica; danos à estrutura da
vegetação para ozônio próximo ao solo. Hidrocarbonetos (HC) Aldeídos podem ser cancerígenos;
também contribui para a formação de névoa.
Óxidos de Nitrogênio (NOx) Contribui para a formação do ozônio;
pode causar problemas respiratórios. Fonte: Dias (2018)
2.2.1.2 Óxidos de Nitrogênio (NOx)
Os óxidos de nitrogênio podem ser divididos em dois principais compostos: Monóxido de nitrogênio (NO) e Dióxido de Nitrogênio (NO2.). Formam-se quando ocorre a queima do
combustível em condições de alta pressão e temperatura, o que ocasiona a dissociação e uma subsequente recombinação do N2 atmosférico e O2 que acabam por gerar o NOx. As emissões
veiculares de NOx seguem uma proporção de cerca de 95% como NO (DIAS, 2018)
O NO é um gás incolor, insípido e inodoro e é considerado pouco tóxico, sob ação da luz solar se transforma em NO2, tem papel importante na formação de oxidantes fotoquímicos
como o ozônio (CETESB, 2020). Com a dissociação do dióxido de nitrogênio ocorre a formação de ozônio troposférico, como apresentado na Equação (1).
𝑁02 → 𝑁𝑂 + 𝑂 (1)
02+ 𝑂 → 𝑂3
Já o NO2 é um gás acastanhado e facilmente detectável pelo odor forte, altamente
corrosivo (dão origem às chuvas ácidas) e fortemente oxidante. Seus efeitos na saúde humana são mais sérios, podem ocasionar lesões nos brônquios e alvéolos pulmonares, aumento da reatividade aos alérgenos, bronquite crônica, enfisemas e edemas pulmonares (em doses elevadas) (MMA, 2020).
2.2.1.3 Hidrocarbonetos (HC)
As emissões de hidrocarbonetos resultam basicamente da combustão incompleta ou da evaporação de combustível. A combustão incompleta é ocasionada por diversas causas: falta de oxigênio no ambiente, combustível pode acumular nas fendas do cilindro do motor (algumas espécies químicas de hidrocarbonetos queimam combustível à uma temperatura mais elevada e não são totalmente consumidas) (DIAS, 2018).
Segundo a CETESB (2019), as emissões de HC são normalmente proporcionais à taxa de consumo de combustível. Durante as desacelerações, a queda dramática no consumo de combustível resulta em uma parada na combustão e consequentemente todo o combustível restante (o pouco que resta) é emitido sem queimar. Esse excesso de combustível também pode ser tipicamente oxidado no catalisador.
Portanto, os hidrocarbonetos são a parcela de combustível não queimado ou parcialmente queimado que é expelido pelo motor, sendo que alguns ainda reagem na atmosfera promovendo novas formações fotoquímicas.
O monóxido de carbono (CO) é um gás tóxico que resulta da combustão incompleta dos veículos automotores. Gás incolor, inodoro e venenoso; proveniente da reação do carbono com oxigênio presente na atmosfera, conforme Equação (1). Ele reage com a hemoglobina presente no sangue para formar carboxihemoglobina, causando uma redução do oxigênio transportado dos pulmões para as células do cérebro, coração e para o resto do corpo, durante a respiração (DIAS, 2018). Em baixa concentração causa fadiga e dor no peito, em alta concentração, pode levar a asfixia e morte (MMA, 2020).
As elevadas concentrações de CO podem aumentar o risco de doenças cardiovasculares e impedir as funções psicomotoras. Crianças, idosos e doentes cardiovasculares crônicos sofrem com a presença destes poluentes. Além disso, o CO contribui de forma indireta para a formação de ozônio e metano, conforme se constata na Equação (2), onde se apresenta o ciclo de formação do CO e sua contribuição para a formação dos derivados indiretos, como possível dissociação do dióxido de carbono em monóxido de carbono e oxigênio.
𝐶02 → 𝐶0 + 𝑂 (2)
02+ 𝑂 → 𝑂3
O dióxido de carbono (CO2) é o principal produto da combustão completa de motores
movidos a combustíveis fósseis, conforme é apresentado na Equação (3). Apesar de não ser considerado um poluente e estar presente naturalmente na atmosfera, o CO2 é um gás gerador
do efeito estufa, que contribui para o aquecimento global.
2𝐶 + 02 → 2𝐶0 (3)
2 𝐶𝑂 + 02 → 2𝐶𝑂2
2.3 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DOS MOTORES CICLO DIESEL BRASILEIROS
Com base nas informações sobre os poluentes descritos no capítulo anterior, destaca-se que a transição tecnológica nos motores e a atualização contínua da frota são as principais soluções para a redução mais significativa das emissões. Mudanças nos combustíveis e nas tecnologias da frota de ônibus visam dois principais objetivos: melhorar a qualidade do serviço prestado ao usuário do sistema e reduzir as emissões de poluentes nocivos à qualidade do ar na cidade (DALLMANN, 2019).
Há diversas opções de tecnologia alternativa de motor e combustível disponíveis comercialmente, que oferecem vários níveis de melhoria de emissões em comparação aos ônibus movidos a diesel (maioria nas cidades brasileiras).
Motores a diesel e gás natural comprimido (GNC) certificados para padrões de emissão livres de fuligem (equivalente a Euro VI ou US 2010) tem um potencial de redução significativo de MP e NOx, ônibus híbridos e biocombustíveis podem contribuir para as metas de redução
das emissões de CO2.Os ônibus elétricos a bateria não geram emissões de escapamento e, por
conta do grande percentual de eletricidade produzida a partir de energia hidrelétrica no Brasil, oferecem potencial para amplas reduções na emissão de CO2, ao longo do ciclo de vida dos
veículos (DALLMANN, 2019).
2.3.1 Tecnologia Euro VI
A fase atual dos padrões de emissão no Brasil para veículos pesados, Proconve 7, está atrasada em relação às melhores práticas internacionais, tal abordagem será construída na metodologia deste trabalho. De antemão, os padrões P7 brasileiro equivalem, em geral, aos padrões europeus Euro V.
A União Europeia implementou os padrões Euro VI em 2013, reconhecendo a necessidade de controlar de maneira mais eficiente as emissões prejudiciais de motores e introduzindo medidas importantes que resultaram em um desempenho aprimorado, em termos de emissões, aos motores de veículos pesados. São eles, limites mais rigorosos para as emissões de poluentes, as introduções de limites mais rigorosos para as emissões de poluentes e de ciclos de testes de certificação que representassem melhor as condições reais de condução (exigências de partida a frio, requisitos para o teste de conformidade em serviço e períodos estendidos de durabilidade (Dallmann, 2019 apud. Chambliss & Bandivadekar, 2015).
Importante afirmar que os padrões Euro VI introduziram um número-limite de emissões de partículas que exigiu o uso de tecnologias mais eficazes para controlar as emissões de MP por motores a diesel, o filtro de particulados (DPF) (SQUAIELLA, 2010). O Euro VI também reforçou as medidas antiadulteração para sistemas de redução catalítica seletiva (SCR) usados para controlar as emissões de NOx, o que é muito relevante para o Brasil, onde brechas na
regulamentação P7 levam a emissões de NOx superiores às esperadas por veículos certificados
Esse aprimoramento e cuidado resultou em um nível e magnitude de reduções ligeiramente inferior à oferecida pelas tecnologias de emissão zero, como os ônibus elétricos a bateria (DALLMANN, 2019).
2.3.2 Biocombustíveis
A busca por combustíveis menos poluentes no Brasil ocorre desde a década de 1970, quando ocorre a implantação do Proálcool. Desde então, o governo vem estimulando o uso de biocombustíveis e derivados de biomassa renovável. Os principais biocombustíveis utilizados no país são o etanol com base na cana-de-açúcar e o biodiesel, produzido a partir de óleos vegetais ou gordura animal (FLEURY, 2012).
O óleo diesel comercializado no Brasil contém 5% de biodiesel desde 2010 (Fleury, 2012 apud. ILOS, 2011a). O biodiesel, combustível biodegradável derivado de fontes renováveis, substitui total ou parcialmente o óleo diesel em motores a combustão, podendo ser usado puro ou misturado ao diesel em diversas proporções. Com menor risco de explosão, o biodiesel tem consumo quase idêntico ao do diesel e emissão bem menor de poluentes. Além de reduzir a emissão de Gases de Efeito Estuda (GEE) para a atmosfera, o biodiesel contribui na geração de emprego e renda para a população rural.
Esse potencial do biodiesel na redução da emissão de GEE foi comprovado por meio de estudos feitos pela Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (Anfavea) com diversos tipos de motores e combustíveis, prevendo possibilidade de renovação gradual da frota de caminhões e ônibus (FLEURY, 2012).
A combinação do motor Euro V (Proconve P7) com o diesel S50 e a renovação da frota têm o maior potencial de redução das emissões (-34%), seguido pelo uso de biodiesel (5% de biodiesel e o restante com diesel S500), com renovação, redução de 26% nas emissões (Fleury, 2012 apud ILOS, 2011a).
2.3.3 Acionamento Elétrico
Os ônibus com acionamento elétrico de emissão zero, como os ônibus elétricos a bateria e os trólebus elétricos, são mais uma alternativa livre de carbono fóssil para as operadoras de transporte coletivo. As vendas globais de ônibus elétricos a bateria têm crescido rapidamente (Dallmann, 2019 apud Bloomberg New Energy Finance, 2018), grande parte está centrada na
China, onde as políticas ambientais e industriais aceleram as transições para essa tecnologia (Dallmann, 2019 apud Asian Development Bank, 2018).
A eletrificação do transporte urbano não é uma abordagem nova, porém as tecnologias usadas são. Os modos de transporte elétricos sem as limitações das pistas de bondes e das linhas elétricas dos trólebus se tornou uma das mais atrativas soluções termos de eficiência, cobertura e versatilidade (Lima et. al., 2019 apud. Vargas et. al., 2016). Por conta disso, em algumas configurações os veículos elétricos se mostram mais baratos que os veículos de combustão interna quando se leva em conta o custo total de propriedade (Lima et. al, 2019 apud. Bloomberg New Finance, 2018).
Os ônibus elétricos se apresentam mais vantagem conforme a quilometragem rodada anual cresça. Nas grandes e médias cidades brasileiras, em que os ônibus do transporte público rodam 200 a 300 km por dia em média, respectivamente, existem combinações de veículos com carregadores que apresentam custo total de propriedade menor. Contudo, observa-se que tanto a redução de ruídos (poluição sonora), das emissões de poluentes atmosféricos quanto o menor custo ainda não são suficientes para a adoção generalizada devido aos custos de investimento iniciais (LIMA ET. AL., 2019).
Os ônibus elétricos não geram emissões de escapamento de CO2 fóssil, MP e NOx. Os
movidos a bateria têm benefícios significativos em termos de eficiência em comparação aos ônibus a diesel, GNC ou híbridos. Além disso, devido à alta proporção de eletricidade gerada por fontes hidrelétricas no Brasil, a intensidade de emissões de CO2 do ciclo de vida para a
eletricidade que alimenta esses ônibus é relativamente baixa em comparação com regiões com redes elétricas de maior intensidade de carbono (DALLMANN, 2019).
No Brasil, vários projetos-pilotos e demonstrações de ônibus elétricos vêm sendo executados em São Paulo. Os trólebus têm uma longa história de uso no sistema de transporte coletivo municipal de São Paulo e oferecem uma alternativa elétrica de emissão zero aos operadores de transporte coletivo na cidade. Infelizmente, sua rede de infraestrutura de recarga de trólebus está subutilizada (Movimento Respira São Paulo, 2020).
2.4 SISTEMA DE TRANSPORTE PÚBLICO COLETIVO DE SÃO PAULO (SP)
O Sistema de Transporte Público Coletivo Municipal de São Paulo é administrado por uma empresa de economia mista chamada São Paulo Transportes S.A. (SPTrans) desde 1995. Conta com mais de 14500 ônibus operando em 1340 linhas, é o maior sistema do Brasil e está entre as maiores frotas de ônibus do Mundo. No sistema são transportados, em média, 10
milhões de passageiros por dia, percorrendo em dias úteis 3 milhões de quilômetros, equivalendo a 74 voltas ao redor da Terra. A frota realiza 200 mil viagens programadas nos dias úteis e estão distribuídas em 1300 linhas, sendo que 150 delas são exclusivamente noturnas (0h às 4h) (SPTrans, 2020).
Atualmente, mais de 98% da frota de ônibus de transporte coletivo de São Paulo é movida a diesel. Prova de que os padrões brasileiros de emissão de poluentes para veículos pesados estão aquém das melhores práticas internacionais, além desses ônibus não contarem com as melhores tecnologias disponíveis para o controle das emissões dos motores a diesel (DALLMANN apud. MILER & FAÇANHA, 2016).
Estima-se que os ônibus urbanos representam menos de 1% da frota de veículos da região metropolitana de São Paulo, mas respondem por 21% das emissões veiculares de óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado (MP) (CETESB, 2018). Segundo Dallmann (2019),
investimentos em ônibus são uma estratégia-chave de longo prazo para atender às metas ambientais e de sustentabilidade das cidades. Mudanças nos combustíveis e nas tecnologias da frota de ônibus visam ao duplo objetivo de melhorar a qualidade do serviço prestado aos usuários do sistema e reduzir as emissões de poluentes nocivos à qualidade do ar na cidade.
2.4.1 Leis Municipais de Redução das Emissões em São Paulo (SP)
Em 2018 houve uma alteração da lei de nº 14.933, de 2009, que estipulava o fim dos ônibus movidos a combustíveis fósseis, como essa legislação ainda não foi cumprida ficou valendo uma nova, a lei 16.802 publicada em 18/01/2018 no diário oficial do município de São Paulo. Esta lei aponta que as emissões de poluentes devem ser reduzidas de forma gradual, quase que totalmente, em até 20 anos (Redação da Câmara Municipal de São Paulo, 2018).
As reduções de CO2 deverão cair pela metade em 10 anos e serem totalmente extintas
em duas décadas, as reduções de material particulado deverão diminuir 90% em 10 anos e 95% em 20 anos. Já as emissões de NOx precisam chegar ao menos a 80% em uma década e em 95%
no período máximo de 20 anos. A Lei também contempla os trólebus, o processo de substituição de frota por tecnologias mais limpas deve priorizar a expansão deste tipo de tecnologia veicular, com novas unidades equipadas com bancos de baterias até que a atual rede de distribuição de energia não fique com capacidade ociosa (Redação da Câmara Municipal de São Paulo, 2018). Segundo Dallmann (2019), para atingir os objetivos da lei, é necessária a atuação em curto prazo de várias partes interessadas, incluindo a autoridade municipal de transporte,
SPTrans, e as diversas operadoras de transporte coletivo, para facilitar a introdução de tecnologias de motor mais limpas e combustíveis não fósseis na frota. O nível de transição tecnológica requerida para alcançar as metas é considerável, sendo necessário um planejamento cuidadoso para garantir que as operadoras de transporte coletivo possam fazer essa transição de forma viável economicamente, mantendo a integridade operacional e a qualidade do serviço.
Na próxima seção, será exposta uma forma de representação de um Sistema de Transporte Público Coletivo por um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com vistas a analisar o comportamento dos fatores de emissão ao longo das linhas de um terminal de ônibus do município.
2.5 REPRESENTAÇÃO DA OPERAÇÃO DOS ÔNIBUS POR MEIO DO SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA
Geoprocessamento é o método que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento de dados geográficos e sua transformação em informações. O Sistema de Informação Geográfica é o conjunto de ferramentas computacionais para o Geoprocessamento, permitindo a realização de consultas complexas utilizando como base dados georreferenciados (MELO, 2017 apud. Câmara e Davis (2001). O que torna possível a automatização da produção de documentos cartográficos.
Os SIG, ou Geographic Information System (GIS), baseiam-se em uma tecnologia de armazenamento de dados combinados com a sua localização em um sistema geodésico de referência. Com o uso dos SIG, pode-se gerar informações que permitem obter soluções rápidas e precisas, nos âmbitos da gestão e planejamento de inúmeras áreas do conhecimento. Sempre que a localização aparece, dentre as questões e problemas a serem resolvidos por um sistema informatizado, haverá uma oportunidade para a adoção de um SIG como ferramenta para gestão territorial (MELO, 2017 apud. CÂMARA e DAVIS, 2001).
Os SIG abrem a possibilidade da visualização do dado espacial em formato digital assegurando uma manipulação mais prática e atrativa, além de possibilitar uma apresentação do conhecimento geográfico de várias novas formas, reduzindo os custos dos processos de reforma, pois as informações geradas a partir de um SIG podem ser atualizadas, editadas, impressas e duplicadas de maneira mais rápida e fácil dos que as informações geradas a partir de métodos tradicionais (MELO, 2017 apud GIOTTO & SALBEGO, 2004).
2.5.1 Aplicações e Potencialidades dos SIG na Gestão de um Sistema de Transporte Público Coletivo
Há diversas aplicações de um SIG na gestão de um Sistema de Transporte Público Coletivo onde o órgão gestor ou empresa concessionada podem dar informações mais precisas ao usuário, como a disponibilização de mapas na Internet, mapas esquemáticos das linhas nos pontos de ônibus e terminais, informações de rotas em sites e aplicativos especializados como o Google Maps, Moovit, Ônibus Online, Cadê Meu Ônibus etc.
Podendo também informar de maneira fidedigna os horários e as estimativas de tempo das viagens. Segundo Melo (2017) há estudos em SIG de um modelo que permite a localização automática de novos pontos para a implantação de paradas de ônibus, levando em consideração os declives, densidade populacional, localização de serviços e distância da rede viária. Outro exemplo de aplicação é outro estudo, onde é desenvolvido um sistema que verifica a demanda e a viabilidade de implantação de uma nova linha de ônibus, podendo ser urbana, rodoviária e interestadual de transportes de passageiros.
Em suma, o uso adequado dos SIG ajuda no fornecimento de informações para tomadas de decisão e planejamento da expansão e da melhoria de um Sistema de Transporte Público Coletivo. Pode-se realizar o monitoramento da frota em tempo real, o que ajudaria na fiscalização da qualidade do serviço prestado pelas empresas de ônibus (auto viações) que compõem um dado Sistema de Transporte Público Coletivo.
Os SIG possuem uma alta potencialidade quando o relacionamos às políticas de organização e gestão do espaço urbano, e o mesmo se aplica quando tratamos de políticas voltadas a Mobilidade. Através da produção e tratamento de dados fidedignos à realidade de fluxos, demandas e demais objetos e ações que compõem um dado sistema de transporte, pode-se gerar modelos que exponham diferentes cenários para análipode-se e assim tornar decisões que melhor se apliquem ao cenário e problemática reais (MELO, 2017 apud SILVA, 1998).
2.6 CÁLCULO DA EMISSÃO DE POLUENTES ORIUNDOS DE ATIVIDADE VEICULAR POR MEIO DO SIG
Como explanado na seção anterior, os SIG têm diversas aplicações na gestão de um Sistema de Transporte Público Coletivo. Uma dessas áreas de aplicações é o controle de emissões veiculares, assunto principal deste Trabalho.
2.6.1 Programas de Controle da Poluição do Ar
O Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores, o PROCONVE, foi instituído em 1986 e o Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares, o PROMOT, em 2003. Ambos visam reduzir a emissão de poluentes atmosféricos e de ruído de todos os modelos de veículos automotores vendidos no território nacional, são de abrangência federal e a formulação da legislação e a elaboração dos procedimentos de testes e aplicações têm participação ativa da CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo). Os programas basicamente estabelecem limites de emissão de poluentes, que ano a ano vão se tornando cada vez mais restritivos, o que faz com que ocorra a redução de forma mais significativa da emissão dos poluentes desde suas implantações (CETESB, 2019). Com isso, tem levado a indústria de veículos automotores o alto desenvolvimento tecnológico através das exigências ambientais relativas às fontes de poluição móveis, contribuindo ainda no incremento das composições dos combustíveis e na conscientização dos consumidores (GRANVILLE, 2014).
O PROCONVE estabelece padrões de emissão de poluentes para as diferentes categorias de veículos. Para os automóveis e comerciais leves as fases do programa são denominadas “L”, sendo que a fase L1 entrou em vigor em 1989, atualmente o programa se encontra na fase L6. Para os veículos pesados (caminhões e ônibus), as fases são denominadas “P” e atualmente o programa encontra-se na fase P7 (CETESB, 2019).
A fase P6 não foi implantada na data prevista devido a atrasos nas especificações do diesel a ser comercializado no país e isso acabou por inviabilizar a produção de combustíveis e inovações tecnológicas de motores. As fases P5 e P6 foram definidas em 2002, porém as especificações do óleo diesel adequado à fase P6 apenas foi publicado no ano de 2017, visto que os veículos P6 seriam comercializados já a partir de 2008 não houve tempo hábil para desenvolver, homologar e produzir os mesmos (GRANVILLE, 2014).
Para cada poluente existem vários limites estabelecidos, isso ocorre tanto por conta da existência de veículos pesados movidos a diesel e outros combustíveis quanto pelo escalonamento da obrigação de atendimento de um determinado limite. Em geral, o atendimento aos limites de emissões deve ser observado e aplicado prioritariamente pelos ônibus urbanos, em decorrência de sua região de circulação e da abrangência de pessoas que são expostas às suas emissões. Posteriormente, os micro-ônibus e o restante da frota alvo passará a ser obrigada a atender aos limites estabelecidos de forma parcelada (GRANVILLE, 2014).
2.6.2 Fatores de Emissão
O PROCONVE considera a qualidade do combustível e a concepção tecnológica do motor como os principais fatores que constituem uma determinada emissão de poluente. Cada fator de emissão mensurado e exposto pela CETESB é basicamente massa de poluente emitida pelo veículo ao circular por uma determinada distância. A unidade usual é gramas por quilômetro (g/km).
Os fatores de emissão dos veículos pesados, caminhões e ônibus são obtidos a partir de teste no motor e são expressos em massa de poluentes por quantidade de trabalho mecânico (g/kWh). Para tornar os dados mais usuais, comparativos e intuitivos a CETESB também os converte para massa de poluente por quilômetro, como nos demais veículos.
Os fatores de emissão são valores representativos que estimam a quantidade de um determinado poluente liberado em função de uma atividade associada à liberação desse poluente. Estudos vêm sendo realizados com intuito de quantificar e estimar as emissões veiculares e seus impactos, para isso, é essencial o uso de fatores de emissão, que retratam a relação entre a quantidade de poluente produzido e quantidade de combustível consumido, expresso em unidade de massa, normalmente em gramas, por massa, volume, distância ou duração da atividade emissora (AZEVEDO, 2019 apud. EPA, 2009).
Uma das aplicabilidades dos fatores de emissão será apresentada no próximo capítulo, onde será descrito todo o processar deste trabalho, comprovando a relevância deste indicador no controle das emissões veiculares.
3 MÉTODO
Conforme exposto no capítulo anterior, os Fatores de Emissão dos veículos pesados apresentados neste trabalho são obtidos através das resoluções do PROCONVE. Para a atualização do programa é necessário um inventário de emissões atmosféricas, que é basicamente um conjunto de dados obtidos a partir de fontes de poluição específicas, numa dada área geográfica e num dado período de tempo. Ele pode fornecer subsídios para entender as relações entre as emissões e as concentrações ambientais de poluentes resultantes, portanto, se torna um instrumento fundamental para estabelecer políticas e ações para assegurar que os padrões de qualidade do ar sejam respeitados para o acompanhamento da eficiência das políticas públicas implantadas (CETESB, 2019).
As emissões são calculadas através de duas abordagens: A bottom-up e a top-down. A primeira considera a distância anual percorrida para cada tipo de veículo, além da quantidade de veículos, o fator de emissão, a autonomia e o volume de combustível consumido. A segunda se utiliza do consumo aparente de combustível observado nas regiões de interesse, os fatores de emissão estão estritamente relacionados ao tipo de combustível (MEOTTI, 2019).
Para os poluentes monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e material
particulado, utiliza-se a abordagem bottom-up. Para o cálculo das emissões veiculares de GEE a abordagem top-down é adotada devido à indisponibilidade de fatores de emissão adequados ao cenário brasileiro. No método top-down, como dito anteriormente, é utilizado apenas o consumo aparente de combustível observado nas regiões de interesse ou no Estado de São Paulo e o fator de emissão característico do combustível (MEOTTI, 2019).
Com base na metodologia exposta do inventário de emissões, que dá origem às novas resoluções e consequentemente, à atualização dos fatores de emissão. Será exposto a seguir a metodologia para este trabalho descrita através de um fluxograma (Figura 3) dividido em 3 fases.
Figura 3 - Fluxograma com as 3 etapas do Método
(Fonte: Autor)
3.1 PRIMEIRA ETAPA
A primeira etapa caracteriza-se pela definição de área e é composta pelas etapas de leitura bibliográfica, definição de local de estudo, análise inicial do objeto do estudo e sua definição.
O primeiro passo se caracteriza pela leitura e interpretação de relatórios técnicos, artigos científicos, dados e trabalhos acadêmicos da área (Trabalhos de Conclusão de Cursos, Dissertações de Mestrado e Teses de Doutorado). É importante um bom embasamento teórico sobre o assunto para o pleno entendimento dos conceitos, índices, fatores, motorizações, da dinâmica e das formas de controle das emissões veiculares.
Os relatórios técnicos da área descrevem todo o processo de medição e controle das emissões e além de um panorama do problema em regiões dos Estados (regiões metropolitanas e centros regionais). Os artigos científicos explanam alguns assuntos relacionados às emissões, além de ser uma boa forma de atualização do que têm sido desenvolvidos em termos de redução das emissões em nível local e global (variados níveis e agregação de estudo).
Enquanto os trabalhos acadêmicos exploram o tema de forma mais abrangente e servem de norte às questões ainda pouco exploradas e são uma boa fonte complementar de conhecimento, principalmente de assuntos mais específicos e diferentes metodologias e tipos de análise relacionados à modelagem de emissão de poluentes atmosféricos.
3.1.2 Definição de local de estudo
A definição de um local de estudo lida diretamente com o grau de dificuldade para se obter os dados necessários à este tipo de trabalho, ao tamanho e relevância do público atendido, volume de viagens, interesse particular local, histórico de níveis de poluição mais significativo e doenças decorrentes (até por outras fontes), entre outros.
Na busca por um local de estudo deve-se levar em consideração a disponibilização de dados da frota, circulação e dados georreferenciados (normalmente de extensão .shp – os arquivos shapefile), comumente disponibilizados por órgãos públicos voltados ao planejamento urbano. Estes dados georreferenciados devem ser o mais próximo possível do tipo de veículo que se queira trabalhar (veículos leves, comerciais leves, pesados, movidos à GNV etc.), a abordagem deste trabalho é relacionada às linhas e itinerários de ônibus urbanos.
3.1.3 Análise Inicial e definição de objeto de estudo
Com a definição do local de estudo conforme disponibilidade de dados georreferenciados que viabilizem o trabalho, o passo seguinte é a análise dos possíveis objetos de estudo, ou seja, os terminais de ônibus deste bairro, distrito, cidade ou região. Esta análise inicial deve se concentrar em dados que justifiquem tal escolha, como por exemplo, um terminal
que comprovadamente (por análise dos dados de fluxo) é o mais movimentado da cidade (geralmente os mais centrais), o que tem o melhor alcance e distribuição das linhas ou o de maior relevância para uma região ou área delimitada. Um terminal inserido numa região de fluxo intenso de tráfego ou com histórico de emissões veiculares mais significativas.
É importante ter algum embasamento teórico ou científico por trás da escolha para se obter uma análise coerente e com informações relevantes em termos de emissões para uma dada região, abrindo um caminho para estudos semelhantes e subsequentes em mais objetos de estudo nesta mesma região.
3.2 SEGUNDA ETAPA
A segunda etapa concentra-se na coleta e tratamento dos dados direcionados pelo embasamento teórico e pelas definições de local e objeto de estudo.
3.2.1 Conferência e Análise dos Dados Disponíveis
Após a definição do objeto de estudo inicia-se a conferência dos dados disponíveis online (conteúdo aberto ao público) de dados georreferenciados, características da frota ou dos veículos que se pretende analisar. Pode ser que parte destes dados necessários não esteja disponível online, se faz necessário então o contato com o órgão público, secretaria de planejamento urbano ou empresa operadora do transporte público do munícipio ou região.
Os dados importantes são: arquivos do tipo shapefile (camadas de mapa) relacionados às linhas e itinerários (traçado e posicionamento das linhas e itinerários), aos logradouros (traçado do sistema viário) e ao posicionamento dos equipamentos públicos voltados ao transporte público (terminais urbanos, pontos de ônibus, corredores e faixas exclusivos etc); dados relacionados aos veículos da frota circulante em estudo (ano de fabricação, motorização e tipo da carroceria) e os Fatores de Emissão (em g/km) adequados ao tipo de veículo em que se está trabalhando, os selecionando pela Fase PROCONVE correspondente ao intervalo de anos de fabricação dos veículos.
Os arquivos do tipo shapefile possuem dados em sua base que geram a sua representação geográfica em SIG. Nesta etapa verifica-se quais dados estão disponíveis na Tabela de Atributos da camada dos itinerários e das linhas. Um dado fundamental para o cálculo das massas de poluentes é a distância percorrida em quilômetros pelos veículos em um determinado trecho do itinerário e no itinerário completo, na ausência deste dado se faz necessário o cálculo por meio das ferramentas que compõem o SIG.
Para se obter uma maior variedade e qualidade de informações é importante o parcelamento dos itinerários em segmentos. Usualmente estes segmentos são de uma esquina à outra ou na interseção com outro itinerário. Este corte dos itinerários também é possível por meio das ferramentas existentes no software SIG.
A distância percorrida calculada em cada segmento e em cada itinerário completo é o dado mais importante em se obter para a etapa seguinte em que se trabalha a planilha-base para a criação dos mapas temáticos.
3.2.3 Construção da Planilha-base
Na etapa anterior com os dados já tratados e conferidos inicia-se a parte de cálculos e adaptação dos dados das camadas de mapas em SIG com o objetivo de gerar a planilha que servirá como base para a criação dos mapas temáticos (próxima e última etapa).
A variedade de anos de fabricação da frota faz com que seja necessário o cálculo de ponderações para o uso correto dos Fatores de Emissão no cálculo das massas de poluentes emitidas por estes veículos. Então, conforme o intervalo de anos de fabricação criamos um índice e o multiplicamos pelo Fator de Emissão correspondente à Fase PROCONVE tal frota está inserida.
Com o intuito de estimar a massa de poluentes emitidos por estes veículos em diferentes intervalos de tempo faz-se necessária a extração das frequências dos itinerários (ida e volta) de cada uma das linhas do terminal utilizado como objeto de estudo. Deste modo, multiplicando-se a massa do poluente pela frequência, teríamos a projeção desta massa em dias úteis, aos sábados, domingos, semanalmente, mensalmente e anualmente.
Com todos estes dados compila-se em uma mesma planilha que servirá como base para a inserção de dados para a criação dos mapas temáticos. Nesta planilha haverá os Fatores de Emissão selecionados conforme a Fase PROCONVE correspondente, as massas calculadas e obtidas por meio deles e a projeção destas massas em diferentes frequências.
