FATORES DE EMISSÃO VEICULAR DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA MEDIDOS EM TÚNEIS NA CIDADE DE SÃO PAULO, BRASIL.

FATORES DE EMISSÃO VEICULAR DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA MEDIDOS EM TÚNEIS NA CIDADE DE SÃO PAULO, BRASIL.

Thiago Nogueira, Pedro José Pérez Martinez, Ivan Gregorio Hetem, Rita Yuri Ynoue, Adalgiza Fornaro e Maria de Fatima Andrade.

Departamento de Ciências Atmosféricas, Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, Brasil. nthiago@model.iag.usp.br

RESUMO: No presente trabalho são apresentados dados sobre os poluentes gasosos emitidos por veículos leves e pesados nos túneis Janio Quadros e Rodoanel na Região Metropolitana de São Paulo, entre os meses de maio e julho de 2011. Medidas de dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre foram realizadas pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os fatores de emissão calculados apresentaram grande influência dos poluentes medidos, numero total de veículos e fração de veículos pesados. Os valores de fatores de emissão para os veículos leves foram 5.9 ± 0.8 g/km, 245 ± 1 g/km, 0.48 ± 0.04 g/km, 21 ± 3 mg/km, para CO, CO2, NOx e SO2, respectivamente. Enquanto que os valores para os veículos pesados foram 4.0 ± 0.5 g/km, 2257 ± 1 g/km, 17 ± 1 g/km, 480 ± 40 mg/km, para CO, CO2, NOx e SO2, respectivamente.

ABSTRACT: In this paper we show data of air pollutants for a mixed vehicle fleet, heavy and light duty vehicles, in the Janio Quadros and Rodoanel tunnel in the Metropolitan Region of Sao Paulo between the months may and July 2011. Measurements of carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen oxides and sulfur dioxide were performed by the air quality monitoring net from CETESB (Environmental Agency of Sao Paulo State). The emission factors of pollutant species were heavily influenced by the pollutant species loads, the total vehicle traffic and the fraction of heavy duty vehicles. The emission factors values for light duty vehicles were 5.9 ± 0.8 g/km, 245 ± 1 g/km, 0.48 ± 0.04 g/km, 21 ± 3 mg/km, for CO, CO2, NOx and SO2, respectively. Whereas, the values for heavy duty vehicles were 4.0 ± 0.5 g/km, 2257 ± 1 g/km, 17 ± 1 g/km, 480 ± 40 mg/km, for CO, CO2, NOx and SO2, respectively.

1 – INTRODUÇÃO

O tráfego de veículos é a principal fonte de poluição em megacidades, como a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). O qual é responsável pela emissão dos principais gases poluentes regulamentados: monóxido de carbono (CO), óxido de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC). Assim como é a principal fonte de emissão de dióxido de carbono (CO2). De acordo com dados da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), 97% das emissões de HCs são provenientes de veículos, assim como 40% das emissões de material

particulado inalável (PM10) (Cetesb, 2009). Medidas de poluentes em túneis de tráfego podem ser utilizadas para a quantificação das emissões veiculares, uma vez que pode fornecer dados aproximados das emissões da frota circulante. A principal vantagem desses estudos é a possibilidade de se calcular os fatores de emissão (FE) sob condições urbanas reais.

As medidas em túneis permitem avaliar as emissões de diferentes veículos em condições reais de uso (motor aquecido), assim como promover dados complementares aos testes realizados em dinamômetros. Em túneis de tráfego pode-se assumir que a contribuição de outras fontes poluidoras é negligenciável (Kirchstetter, Harley et al., 1999; Marr, Kirchstetter et al., 1999). Adicionalmente, é importante destacar que a taxa de ocorrência de processos fotoquímicos é pequena, desde que não haja a presença da radiação. Fatores de emissão de veículos circulantes é a principal fonte de incertezas na elaboração de inventários de emissão, o que justifica a necessidade da constante atualização desses valores de forma a reduzir essas incertezas e auxiliar na gestão da qualidade do ar de forma mais eficiente (Molina e Molina, 2004). Os fatores de emissão, os quais descrevem a massa emitida (g) do composto pela distância percorrida (km) ou massa do combustível consumida é geralmente relatada de forma a expressar a contribuição individual de cada poluente (Colberg, Tona et al., 2005). O presente trabalho apresenta os fatores de emissão de CO2, NOx, CO e SO2,os quais foram calculados a partir de dados medidos em dois diferentes túneis na RMSP.

EXPERIMENTAL

Amostragens: As medidas em campo foram realizadas em duas campanhas experimentais, a primeira entre os dias 2 e 13 de Maio de 2011 com medidas no Túnel Janio Quadros (TJQ) e a segunda entre os dias 4 e 19 de Julho de 2011 no Túnel Rodoanel (TRA). O TJQ está localizado na região sudoeste da cidade de São Paulo, possui 1900 m de comprimento e duas pistas de tráfego. As emissões dentro do túnel são basicamente provenientes da combustão de gasool (mistura gasolina + etanol anidro) e etanol hidratado em veículos de passeio (Leves). O TRA está localiza na região noroeste da RMSP, possui duas pistas de tráfego com comprimentos 1740 m. As emissões no TRA são provenientes da combustão de gasool, etanol hidratado e diesel utilizado em veículos leves e pesado. Em ambos os túneis as medidas foram realizadas em um ponto médio entre as duas extremidades e também fora dos túneis de forma a fornecer os valores de fundo (background) dos poluentes medidos.

Cálculos dos Fatores de Emissão: Para os cálculos dos FEs foram usados a seguinte equação 1 (Marr, Kirchstetter et al., 1999):

[ ]

[

]

[

]

CO

CO

p

FE

_

ω











∆

+

∆

∆

=

10

Onde FE é expresso em g de poluente emitido por kg de combustível queimado, ∆[P] é a concentração do poluente subtraída do valor de fundo, em μg m-3, ∆ [CO2] e ∆ [CO] são as concentrações de CO2 e CO subtraídas do valor de fundo. A fração de carbono no combustível é expressa como ωc = 0.77 e 0.87 gramas de carbono por grama de combustível para o gasool e diesel, respectivamente. A equação 1 pode ser utilizada diretamente para os dados obtidos no TJQ, uma vez que neste túnel trafega apena veículos leves. Porém, as emissões da combustão de diesel pelos veículos pesados não podem sem calculadas utilizando a equação para os dados do TRA, uma vez que o trafego desse túnel é de veículos leves e pesados. Portanto, é necessário descontar a contribuição dos veículos leves do total emitido no TRA. Estudos em túneis têm demonstrado que as emissões de veículos leves e pesados tem apresentado a mesma taxa de emissão de CO por quilômetro rodado (Kirchstetter, Harley et al., 1999; Mcgaughey, Desai et al., 2004). As emissões de CO2 no TRA foram calculadas utilizando os dados de trafego e consumo de combustível empregadas na equação 2:

)

ρ

U

)

f

((1

)

ρ

U

(f

ρ

U

f

]

∆[CO

]

∆[CO

ω

ω

ω

⋅

−

+

=

Onde ∆[CO2]D é a componente das emissões de CO2 resultante da combustão do diesel, fD é a porcentagem do trafego identificada como veículo pesado, U é o valor médio da taxa de consumo do combustível, ρ é a densidade do combustível (751 g L-1 e 840 g L-1 para gasool e diesel, respectivamente). Os subscritos G e D representam Gasool e Diesel, respectivamente. Para os demais poluentes (NOx e SO2) a contribuição dos veículos pesados foi calculado empregando a equação 3:













−

−

=

∆[CO]

∆[P]

)

f

(1

∆[CO]

∆[P]

∆[P]

Onde ∆[P]Pesados é a contribuição das emissões dos veículos pesados no TRA, e ∆[CO] · (1 - fD) é a fração de ∆[CO] emitidos pelos veículos leves no TRA. As taxas de emissão para os veículos leves, ∆[P]Leves / ∆[CO]Leves, foram calculadas com os dados medidos no TJQ. Estas razões foram 0,0699 e 0,0027, para o NOx e SO2, respectivamente. Finalmente, o FE do poluente P e tipo do veículo i (leves e pesados), E’P,i (expressos em grama de poluente por quilometro rodado, g/km), foi obtido utilizando a equação 4:

i i P i P E U E' _, = _, ⋅ Equação 4

Onde Ui foi considerado como um valor médio para a frota circulante.

De acordo com os procedimentos descritos na seção experimental, os FEs foram calculados para os veículos leves e pesados. No entanto, alguns comentários sobre os locais de amostragens são necessários para discussão dos valores calculados: os veículos circulantes no TJQ de uma maneira geral apresentam melhor estado de preservação do que os de outras partes da cidade, por atender a um público de região de maior poder aquisitivo. Por outro lado os veículos pesados que circulam no TRA são veículos de carga, alguns deles carretas para transporte de mercadorias. Dessa forma os FEs podem estar subestimando a emissão de veículos leves e superestimando a de pesados. E para os pesados não são incluídos aqui os veículos de passageiros (ônibus e vans). Os valores de FEs são apresentados em g km-1 na tabela 1.

Tabela 1: Valores dos fatores de emissão (g km-1) obtidos a partir de dados de emissão veicular em 2011 e comparados com valores obtidos no estudo de 2004 (média ± desvio padrão)

Local medido CO NOx SO2 CO2

Leves TJQ, 2011 5.9 ± 0.8 0.48 ± 0.04 0.021 ± 0.003 245 ± 1 TJQ, 2004 (Martins, Andrade et al., 2006) 14.6±2.3 1.6±0.3 n.a. n.a. TRA, 2011 4.0 ± 0.5 17 ± 1 0.48 ± 0.04 2257 ± 1 Pesados TMM, 2004 (Martins, Andrade et al., 2006) 20.6±4.7 22.3±9.8 n.a. n.a.

Os valores de FEs encontrados para CO e NOx para os veículos leves no presente trabalho apresentaram redução significativa quando comparado aos valores de FE calculados em experimento realizado em 2004 também em túneis da cidade de São Paulo (Martins, Andrade et al., 2006). A redução foi de aproximadamente 2,5 vezes para o CO e cerca de 3,3 vezes para o NOx. Em décadas recentes, um maior controle sobre as emissões de NOx a partir da combustão de gasool em veículos leves tem sido observada graças ao uso de sistema catalíticos acoplados aos sistemas de exaustão dos veículos, onde catalisadores modernos de três vias, os quais utilizam superfície impregnadas com platina e ródio, convertendo os NOx em N2 e O2 (Heck e Farrauto, 2001). Por outro lado, para os veículos pesados os valores de FE somente apresentou redução significativa para o CO (5,2 vezes), enquanto que para o NOx a redução foi de apenas 1,3 vezes.

Comparando os valores de FE para os veículos leves e pesados é possível observar a maior contribuição dos veículos leves na emissão de CO, o que é esperado uma vez que as emissões de CO a partir da combustão de gasolina são maiores do que para veículos a diesel (Heywood, 1988). A diferença acentuada entre os dois túneis em relação aos valores de FE de NOx e SO2 indicam a significante contribuição dos veículos pesados na emissão desses poluentes. Os FEs

para esses poluentes em veículos pesados apresentaram valores de aproximadamente 35 e 23 vezes maiores do que em veículos leves para o NOx e SO2, respectivamente.

CONCLUSÕES

Uma vez que informações sobre os valores de fatores de emissão para a frota circulante são as principais fontes de incerteza na elaboração de inventário de emissão, este trabalho teve seu objetivo alcançado, de forma a contribuir com dados recentes sobre as emissões veiculares. Atualmente, a frota circulante apresenta uma engenharia bastante distinta dos veículos em circulação na ultima campanha realizada para obtenção desses dados (2004), principalmente devida à introdução de veículos flex (bicombustível) no mercado desde 2004. Adicionalmente, apesar da engenharia dos motores ciclo-diesel não ter sofrido nenhuma alteração até o ano de 2011, desde 2008 os veículos circulantes movidos a diesel empregam uma mistura contendo 5% de biodiesel, o que possivelmente contribuiu para a redução das emissões de CO.

AGRADECIMENTOS

Os autores deste trabalho agradecem às agências de fomento: CAPES, CNPq e FAPESP pelo apoio financeiro e a CETESB pelo fornecimento dos dados de concentração dos poluentes.

REFERENCIAS

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