RODRIGO SILVEIRA RODRIGUES

ANLISE DA TECNOLOGIA HBRIDA HIDRULICA PARA FROTA DE CAMINHES NO MUNICPIO DE SO PAULO ESTUDO DE CASO

So Paulo 2010

RODRIGO SILVEIRA RODRIGUES

Anlise da tecnologia hbrida hidrulica para frota de caminhes no Municpio de So Paulo Estudo de Caso

Trabalho de Concluso de Curso apresentado Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do Ttulo de Mestre Profissional em

Engenharia Automotiva.

rea de Concentrao:Engenharia Automotiva

Orientador:Prof. Dr. Marcos de Mattos Pimenta

So Paulo 2010

FICHA CATALOGRFICA

Rodrigues, Rodrigo Silveira Anlise da tecnologia hbrida hidrulica para frota de caminhes no municpio de So Paulo estudo de caso / R.S. Rodrigues. -- So Paulo, 2010. p. Trabalho de concluso de curso (Mestrado Profissional em Engenharia Automotiva) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. 1. Caminhes 2. Inovaes tecnolgicas 3. Engenharia automotiva 4. Coleta de resduos urbanos So Paulo (SP) I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica II. t.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo a Deus, pela fora dada para enfrentar todas as dificuldades encontradas ao longo do curso e na realizao deste trabalho. Meu sincero agradecimento ao Professor Dr. Marcos de Mattos Pimenta, pelas instrues, ensinamentos e pacincia nos trabalhos de orientao. E em especial, a minha famlia e a Valria, pelo apoio e pacincia dado em todos os momentos.

Resumo

O estudo de tecnologias para reduo de emisses de poluentes em veculos tema de varias frentes de pesquisas. Neste contexto, temos estudos direcionados para melhoria dos motores a combusto interna, desenvolvimento de veculos eltricos, hbridos, clula a combustvel, motores de combusto interna com o uso de biomassas como fonte de energia e os sistemas hbridos hidrulicos. A pesquisa aborda a tecnologia hidrulica como uma possvel soluo para economia de combustvel e reduo de emisses para veculos pesados, que executam servios submetidos a um ciclo urbano de para e anda. Assim sendo, foi elaborado um dimensionamento de um sistema hbrido hidrulico paralelo para um caminho coletor compactador. Com informaes das condies de trabalho do caminho, foi possvel analisar quantitativamente os benefcios que a tecnologia pode oferecer para uma frota de 180 caminhes. A pesquisa possibilita uma anlise dos pontos de melhoria e prope um anteprojeto de veculo utilizando esta tecnologia na cidade de So Paulo. A avaliao do estudo prope para a sociedade paulistana, a introduo desta tecnologia como discusso e soluo para reduo de emisses e economia de combustvel, melhorando desta forma, a qualidade de vida e economia de combustvel do caminho coletor compactador.

Palavras-Chave: Sistema hbrido hidrulico paralelo. Economia de combustvel. reduo de emisses.

Abstract

The study of technologies for reducing emissions of pollutants by vehicles is the subject of several research fronts. In this context, studies have been directed to improvement of internal combustion engines, development of electric vehicles, hybrids, fuel cell, internal combustion engines with the use of biomass as an energy source and the hydraulic hybrid systems. The research is about the hydraulic technology as a possible solution to fuel economy and emission reductions for trucks, which perform services subject to a urban cycle for urban with stop and go events. The research elaborated a design of a parallel hydraulic hybrid system for a refuse truck. Based on information regard the refuse work conditions, it was possible to quantitatively analyze the benefits that technology can offer a fleet of 180 trucks. The research provides an analysis of areas for improvement and proposes a draft vehicle using this technology in So Paulo city. The evaluation of the study proposes to So Paulo society, the introduction of this technology as a discussion and solution for reducing emissions and fuel economy, thus improving the quality of life and fuel economy for a refuse truck. Keywords : Parallel Hydraulic Hybrid System. Fuel savings. Emissions reductions.

SUMRIO

1 INTRODUO.....................................................................................101.1 COMENTRIOS GERAIS...........................................................................10 1.2 OBJETIVO DO TRABALHO.......................................................................13 1.3 HIPTESES...............................................................................................13 1.4 JUSTIFICATIVA..........................................................................................14 1.5 OBJETO DE ANLISE...............................................................................15 1.6 ESTRUTURA DA PESQUISA......................................................................15

2 POLUIO ATMOSFRICA...............................................................172.1 DESENVOLVIMENTO DESORDENADO DOS GRANDES CENTROS URBANOS E A POLUIO...............................................................................17 2.2 POLUIO - CLASSIFICAES E NDICES............................................19 2.3 CONSTATAES DOS EFEITOS DA POLUIO ATMOSFRICA EM

CENTROS URBANOS.......................................................................................23 2.4 CUSTOS ESTIMADOS MORTALIDADE PROJETADA PELOS AGENTES POLUENTES DIESEL....................................................................................27 2.5 DECRETO 52469, DE 12 DE DEZEMBRO DE 2007 ESTADO DE SO PAULO...............................................................................................................28 2.6 LEI 13798, DE 09 DE NOVEMBRO DE 2009 ESTADO DE SO PAULO...............................................................................................................30 2.7 CONSIDERAES RELATIVOS A POLUIO E SEUS EFEITOS...........31

3 TECNOLOGIA DE PROPULSO VECULAR....................................323.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 INTRODUO......................................................................................32 MOTORES A COMBUSTO INTERNA................................................32 VECULOS ELTRICOS E HBRIDOS.................................................38 CLULAS COMBUSTVEIS..................................................................44 MOTORES MOVIDOS COM COMBUSTVEIS VERDES.....................46 TECNOLOGIAS PARA REDUO DE EMISSES.............................49

4 SISTEMAS HBRIDOS HIDRULICOS..............................................514.1 ASPECTOS GERAIS.................................................................................51 4.2 PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS SISTEMAS HBRIDOS HIDRULICOS................................................................................................56 4.3 CASOS DE PROTTIPOS E VECULOS COM TRAO HBRIDA HIDRULICA...................................................................................................61 4.4 DETALHAMENTO DE UM SISTEMA HBRIDO HIDRULICO

PARALELO......................................................................................................67 4.4.1 Acumulador hidrulico em sistemas hbridos hidrulicos.......................68 4.4.2 Bomba hidrulica....................................................................................74 4.4.2.1 Bomba hidrulica Recuperando energia de frenagem do veculo e preenchendo os acumuladores.......................................................................76 4.4.2.2 Bomba hidrulica Atuao com funo de motor, fornecendo torque ao sistema........................................................................................................77 4.4.2.3 Bomba hidrulica Determinao do volume geomtrico..................81 4.4.3 Controle de torque em sistemas hidrulicos...........................................82 4.4.4 Estratgias de gerenciamento da potncia............................................87 4.4.4.1 Estratgias de gerenciamento de potncia somente na

acelerao.......................................................................................................87 4.4.4.2 Estratgias de gerenciamento de potncia na acelerao e potncia assistida com o uso de 50 % da carga do acumulador...................................88 4.4.4.3 Estratgias de gerenciamento de potncia na acelerao e potncia assistida com uso da capacidade total da carga do acumulador....................91 4.4.4.4 Modelo bsico de operao da propulso hbrida eltrica..................93 4.5 SEGURANA HIDRULICA....................................................................95 4.6 TRANSMISSO DE ENERGIA EM FORMA DE TORQUE AO SISTEMA DE TRAO DO VECULO.............................................................................96 4.7 ACELERAO..........................................................................................99 4.8 FRENAGEM.............................................................................................100 4.9 RESISTNCIA AO MOVIMENTO DO VECULO....................................103 4.9.1 Resistncia ao rolamento.....................................................................103 4.9.2 Arrasto aerodinmico............................................................................104 4.9.3 Resistncia subida e fora de descida..............................................104

4.9.4 Potncia da resistncia ao movimento.................................................105

5 PROPOSTA DO ANTEPROJETO.....................................................1065.1 METODOLOGIA DE PESQUISA PARA PROPOSTA DO ANTEPROJETO..............................................................................................106 5.1.1 Hiptese simplificadora...........................................................................106 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 DETALHAMENTO DO OBJETO DE ESTUDO...................................107 Perfil da empresa pesquisada.............................................................108 Objeto de estudo Caractersticas do veculo...................................108 Condies de trabalho do objeto de estudo........................................109

5.3 CONSIDERAES PARA O ESTUDO DO ANTEPROJETO DE SISTEMA HBRIDO HIDRULICO PARA CAMINHO COLETOR COMPACTADOR...111 5.3.1 5.3.2 5.3.3 Trajeto.................................................................................................112 Acelerao de desacelerao.............................................................112 Velocidade de trabalho.......................................................................113

5.4 CLCULO DE POTNCIA DO OBJETO DE ESTUDO PARA O SISTEMA HBRIDO HIDRULICO PARALELO...............................................................114 5.5 CLCULO DO TEMPO DE DESACELERAO TS.................................115 5.6 CLCULO DA DISTNCIA MNIMA DE FRENAGEM SD........................115 5.7 CLCULO DA POTNCIA DE FRENAGEM.............................................116 5.8 CLCULO PARA ACUMULAO DE ENERGIA......................................116 5.9 CLCULO DO VOLUME DO ACUMULADOR..........................................117 5.10 CLCULOS DA POTNCIA DE ACELERAO, POTNCIA DE FRENAGEM, ENERGIA DE ACUMULAO, VOLUME DE N2,

FORA EM

FUNO DA VELOCIDADE E CONDIES DE DECLIVIDADE..................119 5.10.1 Condies de trfego na cidade de So Paulo.....................................119 5.10.2 Condies de declividades no Municpio de So Paulo.......................122 5.10.3 Tabela com clculos estimados da potncia de acelerao, potncia

de frenagem, energia acumulada e volume de N 2...........................................126 5.10.4 5.11 Clculo da potncia de resistncia ao movimento............................127 DETERMINAO DO VOLUME PARA O ACUMULADOR DO

ANTEPROJETO..............................................................................................129 5.12 DETERMINAO DO TAMANHO DA BOMBA.......................................132 5.13 CIRCUITO HIDRULICO........................................................................132

5.14 ANLISE QUANTITATIVA.......................................................................134 5.14.1 Condies e critrios para anlise........................................................134 5.14.1.1 Anlise da potncia de frenagem regenerada...................................135 5.14.1.2 Anlise da economia de combustvel................................................136 5.15 INVESTIMENTO.....................................................................................137 5.16 ANLISE SOB O ASPECTO DA REDUO DE EMISSES DE POLUENTES...................................................................................................138

6 DISCUSSES E CONSIDERAES FINAIS..................................1426.1 INTRODUO.........................................................................................142 6.2 POLUIO E SADE PBLICA.............................................................143 6.3 TECNOLOGIAS PARA REDUO DE EMISSES VECULARES........145 6.4 TECNOLOGIA HBRIDA HIDRULICA...................................................147

7 CONCLUSO...................................................................................154 REFERNCIAS....................................................................................157 ANEXO 1 INSTRUMENTO DE COLETA DE DADOS ANEXO 2 ESQUEMA HIDRULICO BSICO ANEXO 3 CLCULO DO TEMPO DE CARREGAMENTO DOS ACUMULADORES

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INTRODUO

1.1 COMENTRIOS GERAIS

Os crescentes ndices de poluio nas grandes cidades do mundo, a diminuio das reservas de petrleo e a perda de energia durante a frenagem dos veculos so as motivaes deste trabalho. O aumento da frota de veculos nas cidades possui a sua contribuio para o aumento dos ndices de poluentes na atmosfera por meio da emisso de fumaa resultante da queima dos combustveis utilizados pelos motores. Em funo do progresso das cidades e do aumento do consumo de produtos pela sociedade, vital para o transporte e logstica desta crescente demanda a utilizao de veculos automotores. Contudo, a concentrao da quantidade de veculos nas grandes cidades traz o problema do aumento dos nveis de poluio e consequentemente a perda da qualidade de vida.

O Brasil, como todo pas em desenvolvimento, apresenta um crescimento explosivo de suas regies metropolitanas. O Estado de So Paulo enfrenta uma situao particularmente preocupante por deter cerca de 40% da frota automotiva do pas. Segundo dados da PRODESP, a frota motorizada no Estado de So Paulo, em Dezembro de 2007, de aproximadamente 16,9 milhes de veculos. A frota da Regio Metropolitana de So Paulo (RMSP) representa cerca de 8,5 milhes de veculos. A frota de veculos do ciclo Diesel (caminhes, nibus, micronibus e vans), no Estado de So Paulo composta por 1.077 mil veculos e na RMSP por 457,6 mil veculos. (CETESB, 2009)

A diminuio da qualidade de vida das pessoas bem como os problemas de sade causados em funo dos gases emitidos pelos veculos faz com que a sociedade e os Governos discutam solues. Neste contexto, so elaborados Protocolos, Convenes e Leis sobre o desempenho e nveis das quantidades de emisses que os veculos podem gerar.

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Braga et.al. (2007, p.S570)

descreve que, poluio atmosfrica nos grandes

centros urbanos tem sido identificadas como um grave problema de sade pblica. Na busca pela melhoria de desempenho e reduo dos nveis de poluio gerados por carros, caminhes e nibus, foram realizadas pesquisas e implantadas solues com sistemas alternativos de fontes de energia bem como melhorado cada vez mais a desempenho dos motores a combusto. Dentre as propostas, existem linhas de pesquisas como, por exemplo, o desenvolvimento de sistemas hbridos e outras fontes para gerao de energia de veculos. Com o objetivo de reduzir a dependncia de petrleo e combustveis convencionais, os governos vo lanar regulamentaes e iniciativas que fornecem desconto em impostos e concesses para aqueles que usarem veculos emisso zero. (SWAMINATHAN, 2007, p.2) Destaca-se dentre as solues para reduo de emisses e economia de combustvel os sistemas hbridos. Esta tecnologia a soma de diferentes fontes de energia. Com a aplicao de diferentes potncias energticas espera-se alcanar o mesmo desempenho que um nico motor a combusto capaz de produzir. O estudo de sistemas hbridos para a sociedade muito importante. Por meio do histrico desta linha de pesquisa, esta tecnologia vem comprovando que possvel diminuir o consumo de combustvel fssil do motor a combusto atualmente existente nos veculos. Com o preo de U$$ 3,0/ Gal nos E.U.A ( valor registrado em Maro de 2008 ) , os construtores de veculos buscaro o aperfeioamento dos sistemas de propulso pesquisando a melhor combinao entre economia de combustvel e reduo dos nveis de poluentes. Em 2012 estima-se uma produo de 2,2 milhes de veculos com sistemas hbridos contra os 612 mil veculos previstos em serem vendidos em 2007. ( RANDY, 2008 ) Atualmente o sistema mais difundido para os carros so os sistemas hbridos eltricos. Estes sistemas so formados por um motor a combusto unida a um sistema de baterias eltricas. A tecnologia de sistemas hbridos eltricos no se limita a aplicao em carros. A pesquisa estende tambm o uso deste conceito de projeto para veculos utilitrios como nibus e caminhes.

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Com o modelo de carro com sistema Hbrido Eltrico chamado Prius, foi possvel a empresa Toyota colocar disponvel no mercado um veculo que reduz o consumo de combustvel em at 40%. ( TOYOTA, 2006 ) Alm do sistema do hbrido eltrico, existem outras tecnologias desenvolvidas com foco na reduo de emisses e economia de combustvel. Dentre os apresentados para a sociedade podemos destacar sistemas de propulso que utilizam; clulas combustveis, combustveis verdes (exemplos: etanol e biodiesel), veculos eltricos e veculos hbridos hidrulicos. Todas as solues estudadas como alternativas para reduo de emisses apresentam caractersticas e condies de funcionamento diferentes. Tais diferenas devem ser levadas em considerao no planejamento energtico automotivo a ser adotado pelos governos. O cuidado na correta avaliao das condies ambientais, topogrficas,

tecnolgicas, disponibilidade, cultura e conhecimento tcnico so provveis fatores a serem observados na definio e direcionamento nas decises adotadas. Tais concluses devem buscar reduo de emisses de poluentes, melhoria da qualidade de vida das pessoas, responsabilidade ambiental e economia. Na anlise de um plano de reduo de emisses, alm das alternativas tecnolgicas implantadas nos veculos diretamente, destacam-se tambm solues como por exemplos melhoria do transporte coletivo, rodzio de veculos e inspees de emisses veiculares. Embora seja possvel verificar que para o problema de emisses de poluentes, muitas solues so apresentas, este trabalho ter o foco na anlise de tecnologias aplicadas em veculos. Dentre as solues tecnolgicas, perceptvel atravs de modelos de veculos disponveis no mercado, que a utilizao de sistemas hbridos eltricos para carros tm mostrado bons resultados de economia de combustvel e ocupado espao na mdia. Porm ser esta a melhor tecnologia para todos os tipos de veculos? O intuito deste estudo oferecer uma contribuio ao tema tecnologia de sistemas para reduo de emisso de poluentes, analisando e conferindo por meio de estudo de caso, o uso de sistemas hbridos hidrulicos, como possvel soluo.

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No se pretende no trabalho, efetuar comparaes entre os diferentes sistemas bem como proceder julgamentos sobre qual o melhor, porm, acredita-se ser possvel demonstrar um estudo que transparea as condies favorveis para o uso dos hbridos hidrulicos. O veculo hbrido hidrulico (VHH) atualmente tema de pesquisa principalmente nos E.U.A (Estados Unidos da Amrica) segundo a EPA ( Agncia de Proteo ao Meio Ambiente ) em um frum realizado em 2004 em conjunto com a SAE.

(INSTITUTE FOR THE ANALYSIS OF GLOBAL SECURITY, 2004 ) O estudo ser orientado pelo seguinte problema de pesquisa: avaliar uma soluo para reduzir os nveis de emisses de poluentes e aumentar a economia dos

combustveis por meio do estudo de dimensionamento e anlise quantitativa de um sistema hbrido hidrulico paralelo (SHHP) compactador no Municpio de So Paulo. para uma frota de caminho coletor

1.2 OBJETIVO DO TRABALHO

Como objetivo geral, pretende-se mensurar os fatores que influenciam o dimensionamento de um SHHP. Alm disso, pretende-se realizar o

dimensionamento de um sistema hidrulico para um caminho coletor compactador de lixo e uma anlise quantitativa, estimando os potenciais benefcios que esta soluo poder oferecer para diminuio dos nveis de emisses de poluentes e economia de combustvel para uma frota de 180 veculos.

1.3 HIPTESES

O projeto de pesquisa sobre sistemas hidrulicos a serem usados na funo de auxilio de propulso dos veculos parte de algumas hipteses que motivam e a princpio podem desde j prover um direcionamento as possveis respostas aos objetivos de pesquisa.

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a) O aumento da poluio atmosfrica nos grandes centros urbanos provm da queima de combustveis dos veculos. b) Os combustveis por sua vez possuem a tendncia de ficarem mais caros e escassos devido diminuio das reservas de petrleo. c) De acordo com as teorias da hidrulica, o leo mineral possu a possibilidade de ter sua energia acumulada por meio de acumuladores de presso. d) Busca-se na teoria de sistema regenerativo, acumular a energia de frenagem gerada nos momentos de desacelerao com o uso de freio dos veculos. e) O histrico da tecnologia hidrulica permite o seu uso em diferentes aplicaes tecnolgicas sem grandes mudanas de projetos do produto ou modificaes de equipamentos usados nas linhas de produo destes componentes. f) Tecnologia hidrulica tem padronizao, normas e conhecimento disseminado na sociedade. g) As condies de trabalho, topogrficas e procedimento de trabalho, podem indicar tecnologias para reduo de poluentes e economia de combustvel mais apropriadas frente as exigncias tcnicas. Contudo, por meio das hipteses apresentadas, acredita-se que quanto maior a energia absorvida pelo sistema hidrulico no processo de frenagem, menor ser o consumo de potncia despendida pelo motor de combusto empregado no veculo. Com o alcance do raciocnio apresentado, acredita-se possvel tornar atrativo, aplicvel e vivel o SHHP.

1.4 JUSTIFICATIVA

A pesquisa tem como justificativa estudar quais as teorias envolvidas para o dimensionamento de um SHHP, as condies de trabalho e quais os possveis benefcios que os SHHPs possam oferecer de vantagens na economia e reduo da emisso de poluentes para o Municpio de So Paulo, utilizando como anlise uma frota de caminho coletor compactador. O trabalho busca, por meio de conceitos de um sistema de energia acumulativa, uma alternativa para reduzir as emisses de poluentes e prover economia de

combustvel.

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O custo de no se estudar o sistema ser a perda de oportunidade de pesquisar este tipo de tecnologia, ficando as opes atuais de sistemas como os veculos hbridos eltricos com baterias de chumbo ou ltio. Com o desenvolvimento da pesquisa, pretende-se pesquisar o conceito da tecnologia hidrulica aos veculos analisando sua possvel viabilidade. Tendo como base os conceitos de utilitrios hbridos e da hidrulica como fonte de energia, se buscar mensurar as possveis vantagens tcnicas.

1.5 OBJETO DE ANLISE

O objeto de pesquisa ser um caminho coletor compactador de lixo, sendo aplicado a ele um projeto de um SHHP. O estudo de caso a metodologia de pesquisa escolhida em funo dos custos e tempo para construo de um prottipo para avaliao real, considerando o prazo para finalizao desta dissertao. Contudo, a pesquisa far uso de referncias de projetos desenvolvidos na Europa e nos Estados Unidos da Amrica (EUA).

1.6 ESTRUTURA DA PESQUISA

Com a introduo, o trabalho ter mais 6 captulos, totalizando 7 captulos. O captulo 2 estuda a poluio atmosfrica em centros urbanos, mensurando causas e impactos. A inteno abordar conceitos de emisses nocivas oriundas da

queima dos combustveis e exemplos das consequncias que os gases podem causar na sade pblica. As tecnologias para reduo da emisso de poluente pelo veculo sero abordadas no captulo 3. Nesta fase da pesquisa, sero descritos os funcionamentos dos seguintes sistemas: - Tecnologia dos motores a combusto - Veculos Eltricos - Veculos Hbridos Eltricos

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- Veculos movidos a clulas combustveis - Motores empregando combustveis verdes O captulo 4 ir embasar e detalhar os sistemas hbridos hidrulicos, apresentando o histrico, caractersticas, vantagens e desvantagens e o estado da arte desta tecnologia. O objeto de estudo deste item ser o SHHP, porm outros sistemas hbridos hidrulicos sero mencionados como base informativa para a tese. Pretende-se no captulo 4 apresentar equaes para dimensionamento de um sistema SHHP, com base na teoria da hidrulica e da dinmica veicular nos

processos de acelerao e frenagem do veculo. No captulo 5, o objetivo propor um anteprojeto de um SHHP para um caminho coletor compactador, realizando o seu dimensionamento por meio das informaes tcnicas e condies operacionais do objeto de estudo. Alm disso, uma anlise quantitativa dos possveis benefcios que o SHHP ser apresentada. O captulo 6 trar discusses, sugestes e consideraes. No captulo 7, temos a concluso da pesquisa.

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CAPTULO 2 POLUIO ATMOSFRICA

2.1 DESENVOLVIMENTO DESORDENADO DOS GRANDES CENTROS URBANOS E A POLUIO

A exploso demogrfica em determinadas regies, motivadas pelo crescimento industrial, desenvolvimento econmico e o sonho de maiores possibilidades de prosperidade para os indivduos fizeram com que surgissem locais com alta densidade demogrfica, aglomeraes de indstrias e por conseqncia veculos automotores. Tais fatores ocorreram em intervalos de tempo nos quais no se planejou crescimento sustentvel, onde no foram previstas medidas que impedissem os problemas com poluio atmosfrica. A poluio atmosfrica advm de vrias fontes. Nas regies metropolitanas, as emisses de poluentes provenientes de veculos automotores so as principais produtoras de gases nocivos a sociedade. Os poluentes so gerados por meio da queima dos combustveis como gasolina, lcool e Diesel. Conforme a CETESB (2009), as emisses causadas por veculos produzem gases com substncias txicas. A composio destes gases carregam em sua maioria o monxido de carbono (CO), xidos de nitrognio (NOx), hidrocarbonetos (HC), xidos de enxofre (SOx), material particulado (MP), etc. Estes componentes qumicos atacam principalmente o sistema respiratrio.Na regio metropolitana de So Paulo (RMSP), os veculos automotores (veculos leves e pesados, incluindo ainda as motocicletas e similares) correspondem a principal fonte de emisses de poluentes, com uma contribuio de cerca de 95% das emisses de CO, 94% das emisses de HC, 96% das emisses de NOx e 65% das emisses de SOx. (AZUAGA, 2000, p.6 apud CETESB,1999)

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O contato dirio com estes gases faz com que as pessoas que vivem nos centros urbanos com ndices de emisses acima do limite desejado para a sade tenham perda de qualidade de vida e sofram algum tipo de conseqncia em virtude da poluio. possvel por meio de pesquisas e dados j levantados sobre o assunto emisses, ter uma boa noo de qual o efeito em particular que cada tipo de componente qumico respirado por uma pessoa possa fazer com a sua sade.O monxido de carbono (CO) uma substncia inodora, inspida e incolor atua no sangue reduzindo sua oxigenao. Os xidos de nitrognio (NOx) so uma combinao de nitrognio e oxignio que se formam em razo da alta temperatura na cmara de combusto - participa na formao de dixido de nitrognio e na formao do "smog" fotoqumico. Os hidrocarbonetos (HC) so combustveis no queimados ou parcialmente queimados que expelido pelo motor - alguns tipos de hidrocarbonetos reagem na atmosfera promovendo a formao do "smog" fotoqumico. A fuligem (partculas slidas e lquidas), sob a denominao geral de material particulado (MP), devido ao seu pequeno tamanho, mantm-se suspensa na atmosfera e pode penetrar nas defesas do organismo, atingir os alvolos pulmonares e ocasionar: mal estar; irritao dos olhos, garganta, pele etc.; dor de cabea, enjo; bronquite; asma; cncer de pulmo. (CETESB, 2009)

Os impactos causados a sade varia de indivduo, existem pessoas mais suscetveis a sofrer os efeitos negativos causados pela poluio.

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2.2 POLUIO - CLASSIFICAES E NDICES

Aps momentos crticos de sade pblica ocasionados por altos ndices de componentes qumicos encontrados no ar, iniciou-se um processo de classificao e medio dos patamares de poluio e dos agentes que causam leso a sade. Estes valores servem de base para o monitoramento e controle de emisses. Na tabela 2.1, encontra-se a classificao das substncias poluentes.Tabela 2.1 Classificao das substncias poluentes Compostos de Enxofre SO2 SO3 Compostos de Enxofre reduzido; (H2S, Mercaptanas , Dissulfeto de carbono,etc) sulfatos Composto s de Nitrognio Compostos Orgnicos Monxid o de Carbono Compostos Halogenado s Material Particulad o Oznio

NO NO2 NH3 HNO3 Nitratos

Hidrocarboneto s lcoois, Aldedos, Cetonas, cidos orgnicos

CO

HCI HF Cloretos, fluoretos

Mistura de compostos no estado slido ou lquido

O3 Formalded o Acrolena PAN, etc.

Fonte: CETESB (2009)

A qualidade do ar dimensionada pela quantidade de poluentes. Os valores usados no Brasil foram padronizados pelo IBAMA (Instituto Brasileiro de Meio Ambiente) e aprovado pelo CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) por meio da resoluo 03/90. Na tabela 2.2, seguem os padres e suas respectivas grandezas de medio e mtodo conforme resoluo do CONAMA nmero 03 de 28/06/90.

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Tabela 2.2 Padres nacionais de qualidade do ar Padres nacionais de qualidade do ar (Resoluo do CONAMA nmero 03 de 28/06/90) Padro Tempo de Padro Primrio Poluente Secundrio Mtodo de Medio 3 Amostragem mg/m g/m3 Partculas totais 24 horas1 240 150 Amostrador de 2 em suspenso MGA 80 60 grandes volumes 1 Partculas 24 horas 150 150 Separao 3 inalveis MAA 50 50 Inercial/filtrao 24 horas1 150 100 Fumaa Refletncia 3 MAA 60 40 1 Dixido de 24 horas 365 100 Pararosanilina 3 enxofre MAA 80 40 1 Dixido de 1 hora 320 190 Quimiluminescncia nitrognio MAA3 100 100 40.000 40.000 1 1 hora Monxido de 35 ppm 35 ppm Infravermelho no carbono 10.000 10.000 dispersivo 1 8 horas 9 ppm 9 ppm Oznio 1 hora1 160 160 Quimiluminescncia 1 No deve ser excedido mais que uma vez ao ano. 2 Mdia geomtrica anual. 3- Mdia aritmtica anual. Fonte: CETESB 2009

No Estado de So Paulo, a Legislao DE 8468 de 08/09/76 tambm estabelece padres de qualidade do ar. Os padres e critrios obedecem s regulamentaes federais com exceo ao padro de oznio. No caso do Estado de So Paulo, o nvel de ateno mais rigoroso, tendo a grandeza de 200 g/m3. Na tabela 2.3 encontramos os valores de critrios para episdios agudos de poluio do ar.

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Tabela 2.3 Critrios para episdios agudos de poluio do ar Critrios para episdios agudos de poluio do ar (Resoluo CONAMA nmero 03 de 28/06/90) Ateno Alerta 375 625

Parmetros Emergncia Partculas totais em 875 suspenso 3 (g/m ) 24h Partculas inalveis 250 420 500 (g/m3) 24h Fumaa 250 420 500 (g/m3) 24h Dixido de enxofre 800 1.600 2.100 (g/m3) 24h SO2 X PTS 65.000 261.000 393.000 (g/m3) (g/m3) 24h Dixido de nitrognio 1.130 2.260 3.000 (g/m3) 1h Monoxide de carbono 15 30 40 (ppm) 8h Oznio 400* 800 1.000 (g/m3) 1h *O nvel de ateno declarado pela CETESB com base na Legislao Estadual que mais restritiva (Para o padro de oznio, o limite de ateno de 200g/m3). Fonte: CETESB 2009

Para que os critrios e classificaes dos episdios agudos de poluio do ar sejam mostrados a sociedade de forma mais simplificada, so comuns os rgos responsveis pelo controle do meio ambiente atribuir notas e significados de acordo com os resultados coletados. Nas tabelas 2.4 e 2.5 podemos encontrar exemplos da CETESB. Fazendo uso de tcnicas matemticas usadas de forma satisfatria tambm nos E.U.A e no Canad. O rgo do Estado de So Paulo relaciona os ndices de poluio coletados com grupos de notas e classificaes simplificadas de fcil entendimento pela sociedade. Na tabela 2.4 so correlacionadas as classificaes da qualidade do ar e as respectivas concentraes de elementos qumicos coletados na atmosfera.Tabela 2.4 ndices de Qualidade do ar MP10 (g/m3) Boa 0 50 0 50 Regular 51 100 50 150 Inadequada 101 199 150 250 M 200 299 250 420 Pssima > 299 > 420 MP = Material particulado, O3= Oznio, CO SO2 = Dixido de Enxofre Fonte: CETESB 2009 Qualidade ndice O3 (g/m3) 0 80 80 160 160 200 200 800 > 800 = Monxido de CO NO2 SO2 (ppm) (g/m3) (g/m3) 0 4,5 0 100 0 80 4,5 - 9 100 - 320 80 365 9 - 15 320 - 1130 365 800 15 - 30 1130 - 2260 800 1600 > 30 > 2260 > 1600 Carbono, NO2 = Dixido de Nitrognio,

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Com base na classificao da qualidade do ar, estimado o possvel efeito a sade. Desta forma, os rgos de monitoramento traduzem os efeitos sade relacionada com a classificao da qualidade do ar.Tabela 2.5 Efeitos a sade de acordo com a qualidade do ar Qualidade Boa Regular ndice 0 50 51 100 Significado Praticamente no h riscos sade. Pessoas de grupos sensveis (crianas, idosos e pessoas com doenas respiratrias e cardcas), podem apresentar sintomas como tosse seca e cansao. A populao, em geral, no afetada. Toda a populao pode apresentar sintomas como tosse seca, cansao, ardor nos olhos, nariz e garganta.Pessoas de grupos sensveis (crianas, idosos e pessoas com doenas respiratrias e cardacas), podem apresentar efeitos mais srios na sade. Toda a populao pode apresentar agravamento dos sintomas como tosse seca, cansao, ardos nos olhos, nariz e garganta e ainda apresentar falta de ar e respirao ofegante. Efeitos ainda mais graves sade de grupos sensveis (crianas, idosos e pessoas com doenas respiratrias e cardacas). Toda a populao pode apresentar srios riscos de manifestaes de doenas respiratrias e cardiovasculares. Aumento de mortes prematuras em pessoas de grupos sensveis.

Inadequada

101 199

M

200 299

Pssima

> 299

Fonte: CETESB 2009

Na tabela 2.6 visualizamos as grandezas, limites mximos de emisses de poluentes por elemento qumico, classificao de cronograma PROCONVE e o comparativo com a norma Euro, neste caso, informao til para o Brasil. Como podemos perceber, a previso estarmos na fase P-6 para veculos do ciclo Diesel, porm atualmente os motores atendem a classe P-5, equivalente ao Euro 3. Atualmente existe no Brasil uma discusso relativa ao atraso na implementao da fase P-6 para veculos a Diesel. Isto se deve ao fato da necessidade da adoo de novas tecnologias que emitam menos emisses de poluentes bem como a utilizao do combustvel Diesel com 50 ppm de quantidade de enxofre. Atualmente, o Diesel vendido nas Metrpoles de 500 ppm explica Martins (2010) e por causa disto, existem discusses em aberto relativo ao tema entre fabricantes, indstria do petrleo e o Governo. Na Europa, no ano de 2009 conforme Hedberg (2005), a exigncia atender aos requisitos da norma Euro 5.

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Tabela 2.6 Comparao de emisses PROCONVE x Euro PROCONVE Fase I (P-1) Fase II (P-2) Fase III (P-3) Fase IV (P-4) Fase V (P-5) Fase VI (P-6) Vigncia 1989 a 1994 1994 a 1996 1996 a 2000 2000 a 2005 2005 a 2008 A partir de 2009 Norma Euro Sem espec. Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 CO 14,00* 11,20 4,90 4,00 2,10 1,50 HC 3,50* 2,45 1,23 1,10 0,66 0,46

Veculos a Diesel (g/kW.h) NO2 18,00* 14,40 9,00 7,00 5,00 3,50 MP xxx* 0,60* 0,40 0,15 0,10 0,02 Dados : Proconve

CO= Monxido de Carbono, HC= Hidrocarbonetos; NO2= Dixido de Nitrognio *No foram exigidos legalmente Fonte: Augusto (2008)

Os ndices de poluio normalizados so importantes para o controle da qualidade do ar. Encontra-se atualmente discusses para o aperfeioamento dos ndices para desta forma, contribuir para minimizar os efeitos dos gases nocivos a sade. Isto garante a no ocorrncia de eventos graves de poluio atmosfrica com efeitos que agridem a sade pblica.

2.3

CONSTATAES DOS EFEITOS DA POLUIO ATMOSFRICA EM

CENTROS URBANOS

A busca por solues para a questo da poluio motivada por razes dos impactos negativos que as mesmas geram para a sociedade. Contudo, importante uma investigao para que de fato, a soluo proposta possa ser vivel a ponto de contribuir para a reduo do problema. As decises da adoo de medidas devem ser embasadas em informaes reais dos malefcios existentes para que assim se possa justificar investimentos tecnolgicos e criar mecanismos de monitoramento e regulao. A justificativa dos investimentos para reduo dos gases nocivos ao meio ambiente possivelmente leva em conta os custos quantitativos e qualitativos para a sociedade. O estudo de epidemiologia atmosfrica tem se apresentado como tema em diversas pesquisas e artigos, assim como o estudo de economia ambiental.

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A inteno descobrir os efeitos nocivos a sade pblica e quantificar os nmeros de atendimentos nas redes de hospitais relacionados com poluio atmosfrica. Busca-se tambm, por meio destes estudos, levantar um questionamento sobre os atuais limites normalizados dos agentes poluentes classificados como aceitveis para a sociedade. Para que os estudos de impactos dos agentes poluentes sejam viabilizados, importante e de grande ajuda que as cidades ou locais pesquisados tenham um sistema de monitoramento dos agentes nocivos sade encontrados no ar. Por meio destes recursos, possvel obter pesquisas, resultados e concluses. Desta forma, a sociedade consegue elaborar pesquisas e apresentar constataes, como por exemplo s descritas a seguir. Gouveia et al. 2006 explica que os avanos tecnolgicos so notveis na busca por um ar mais limpo, porm os nveis de emisses obtidos por meio das solues elaboradas ainda representam riscos a uma parcela da populao.Apesar dos notveis avanos obtidos nas ltimas dcadas em direo a um ambiente com ar mais limpo, especialmente nos pases desenvolvidos, os atuais nveis de poluio experimentados pela maior parcela da populao continuam a se mostrar danosos a sade. Os primeiros estudos relacionando a poluio atmosfrica e implicaes na sade datam da metade do sculo passado, e ainda hoje essa relao observada e comprovada por trabalhos de investigao cientfica. (GOUVEIA.et al.p.2669,2006)

Gouveia et al. (2006) encontrou em sua pesquisa relaes entre doenas respiratrias, circulatrias e isqumicas do corao nas pessoas com associao aos agentes poluentes. Por meio de anlise estatstica, verificou-se um aumento do nmero de casos das doenas acima citadas com eventos de aumento das quantidades de poluentes na atmosfera. Martins et al (2001) menciona que a poluio atmosfrica, mesmo apresentando concentraes abaixo dos nveis permitidos pelos rgos competentes, tem afetado de forma significativa a vida dos seres terrestres. Na pesquisa de Martins et al (2001), ele procurou associar em um determinado intervalo de tempo, os ndices de internao de IVAS (infeces de vias areas superiores) com os nveis dirios de poluentes do ar (CO, O 3, SO2, NO2 e PM10).

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Martins et al (2001) coloca como reflexo e discusses futuras alguns pontos importantes.Tanto este trabalho quanto os citados anteriormente mostram que, mesmos os poluentes atmosfricos estando dentro dos padres permitidos de qualidade do ar, continuam afetando a morbidade e mortalidade por problemas respiratrios. Sugere-se que esses limites de qualidade do ar sejam reavaliados. (MARTINS et al,p.228, 2001)

Para mensurar os impactos de poluentes, os pesquisadores relacionam os componentes qumicos encontrados nas pessoas com os gases emitidos pelos veculos. Paralelamente so monitoradas as condies atmosfricas e por meio dos registros de atendimentos hospitalares, correlacionam-se as informaes originando

discusses e interpretaes dos resultados. As pesquisas conseguem obter concluses e levantar algumas discusses. Uma concluso pode ser encontrada na pesquisa realizada por Braga et al. (2007).os poluentes gasosos e o material particulado inalvel gerados a partir da queima de combustveis fsseis apresentam efeitos diretos sobre o sistema respiratrio, em especial, de crianas e idosos. Esses efeitos tm sido medidos atravs de aumentos nos atendimentos de pronto-socorro3,4,5, internaes hospitalares,6,7,8 , e mortalidade 9,10,11,12,13,14 (BRAGA et al,p.S570,2007)

A real grandeza dos efeitos das emisses nas pessoas difcil de ser mensurada, pois as pesquisas usam os registros de atendimentos nos hospitais e pronto-

socorros, ou seja, somente situaes no qual o cidado busca atendimento mdico. Efeitos com impactos mais amenos como por exemplos alergias, inflamaes nas vias respiratrias, irritaes e dores de cabea que no so registrados por causa de diversos fatores, possivelmente, parte dos casos no participam das estatsticas. Contudo, foi possvel identificar alguns sintomas.

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No Brasil, tambm se tem encontrado associaes positivas entre poluentes atmosfricos e desfecho da gravidez. Em So Paulo, Pereira et al. , em 1991 e 1992, encontraram associao positiva entre NO2, SO2 e CO e mortalidade intra-uterina. Evidncia da exposio do feto poluio ambiental foi corroborada pela associao positiva entre carboxi37

hemoglobina presente no sangue do cordo umbilical de recm-nascidos de mes no-fumantes e concentraes ambientais de CO. (JUNGER.W.L; LEON.A.P, p.S589,2002)

Considerando-se vrias hipteses e critrios, uma pesquisa realizada em 2002 na cidade do Rio de Janeiro por Junger;Leon (2002) encontrou relao entre agentes poluentes com o baixo peso ao nascer de crianas.

Os resultados deste estudo sugerem que existe associao entre poluio atmosfrica e a ocorrncia de baixo peso ao nascer no Municpio do Rio de Janeiro. Aps controlar por diversos fatores de confuso em potencial, foi estimado que recm-nascidos de mes expostas a concentraes moderadas ou altas dos agentes poluentes da atmosfera analisados, principalmente nos primeiro e terceiro trimestres de gesto, so mais provveis de nascer com peso inferior a 2.500g. (JUNGER.W.L; LEON.A.P, p.S594,2002)

De posse das referncias apresentadas, foi possvel detectar que os resultados encontrados citam uma associao do aumento da poluio com um maior nvel de atendimento em hospitais de doenas respiratrias, circulatrias, cardiovasculares e baixo peso no nascimento de bebs. Isto significa um sinal de alerta, pois os grandes centros urbanos tm a tendncia de aumentar a sua concentrao de pessoas e veculos. A soma destes dois fatores com a ausncia de polticas pblicas e medidas de reduo dos poluentes pode causar um problema de sade pblica.

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2.4 CUSTOS ESTIMADOS MORTALIDADE PROJETADA PELOS AGENTES POLUENTES DIESEL

Tendo em vista que o objeto de estudo desta pesquisa um caminho que utiliza o Diesel como combustvel, a inteno do item 2.4 quantificar os possveis danos que as emisses geradas por este combustvel podem ocasionar. No item 2.3 foram descritos alguns efeitos que os agentes poluentes causam em algumas parcelas na sociedade, como por exemplo, doenas respiratrias, cardiovasculares e baixo peso em recm nascido. Por meio de uma pesquisa com a participao pelo Professor Paulo Saldiva em 2007, foram pesquisadas 6 cidades no Brasil, onde foram levantados os excessos de mortes com relao nas emisses provenientes do Diesel. Na tabela 2.7 apresentado o excesso de mortes pelas emisses de Diesel em cada uma das cidades pesquisadas.

Tabela 2.7 Mortes por causas naturais excesso de mortes pelas (>30 anos) emisses diesel Recife 16891 297 Belo Horizonte 19029 657 Rio de Janeiro 69067 1467 So Paulo 85982 6923 Curitiba 12507 391 Porto Alegre 21685 725 Nmero de mortes por causas naturais em adultos acima de 30 anos ocorridas no ano de 2005, e o excesso de mortes atribuda pelas emisses dos veculos diesel, nas 6 regies metropolitanas avaliadas Fonte: Saldiva et al(,p.48, 2007)

Com base nos nmeros levantados nas projees, foi possvel estabelecer valores quantitativos.De posse destas projees de mortalidade, possvel estabelecer-se uma estimativa grosseira dos custos financeiros da poluio por veculos diesel nas 6 capitais avaliadas. Caso consideremos o menor valor estatstico da vida humana em pases em desenvolvimento US$ 512.000,00 o custo anual da poluio por veculos Diesel nas cidades estudadas da ordem de US$ 5 bilhes (cinco bilhes de dlares americanos) ao ano. (SALDIVA et al, p.49, 2007)

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De posse do expressivo nmero projetado na pesquisa realizada, cuja ordem de grandeza de U$$ 5 bilhes de dlares americanos anuais de mortes causadas por agentes poluentes do Diesel, entende-se que os custos a sociedade so elevados, e que a poluio atmosfrica causada por veculos automotores, na presente data da pesquisa, evidencia um risco elevado a sade das pessoas, e devido ao nmero de mortalidade projetada, um problema de sade pblica. Saldiva et al (2007) ainda revela que utilizando-se metodologias preconizadas pela Organizao Mundial da Sade e os dados de mortalidade do Ministrio da Sade do Brasil, o risco ambiental associado a populaes expostas aos agentes emitidos pelo combustvel Diesel pode representar um potencial de 10000 mortes em excesso por ano. Importante salientar que o estudo gerou algumas sugestes para minimizar o impacto dos agentes poluentes gerados pelo combustvel Diesel, sendo que dentro delas encontramos a medida de se reduzir o teor de enxofre no Diesel. Contudo, as solues podem ser a produo de um combustvel mais limpo ou tecnologias que possam reduzir a quantidade de consumo de combustvel. A reduo do consumo de combustvel, impacta diretamente na reduo de gases nocivos emitidos bem como abastecimentos da frota. se converte em economia dos gastos em

2.5

DECRETO 52469, DE 12 DE DEZEMBRO DE 2007 ESTADO DE SO

PAULO

O Decreto 52469 de 12 de Dezembro de 2007 do Estado de So Paulo trata da regulao, organizao, classificao e pontuao de reas com saturao de agentes poluentes no Estado de So Paulo. Por meio do decreto, para efeito de utilizao do mesmo e preservao do ar, o Estado de So Paulo fica dividido em regies, denominadas Regies de Controle de Qualidade do Ar RCQA.

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Estas regies devem coincidir com as regies administrativas estabelecidas no Decreto nmero 52576 de 12 de Dezembro de 1970, sendo que as mesmas podem ser subdivididas de acordo com a convenincia do rgo controlador ambiental em busca de um melhor controle das condies ambientais. No decreto 52469, no artigo 23 definido o termo grau de saturao da qualidade do ar. Artigo 23 Determina-se o grau de saturao da qualidade do ar de uma subregio quanto a um poluente especfico, cotejando-se as concentraes verificadas nos ltimos 3 (trs) anos com os Padres de Qualidade do Ar (PQAR) estabelecidos no artigo 29 deste Regulamento e na resoluo CONAMA n3/90 ou regulamentao correlata superveniente. Este decreto torna-se importante para o controle da qualidade do ar pois possvel por meio dos critrios e classificaes nele regulamentado, classificar uma rea de acordo com os seus nveis de emisses encontrados. O artigo 24 do decreto permite a CETESB implementar um Programa de Reduo de Emisses Atmosfricas PREA para os empreendimentos que se encontrem em operao, os quais se incluem as fontes fixas e mveis geradoras de poluio, nas sub-regies em vias de saturao ou j saturadas. As sub-regies que se encontrem em vias de saturao ou saturadas, esto sujeitas a adoo do PREA. Por meio das melhorias de reduo de emisses de poluentes em fontes mveis, as bem feitorias podem ser convertidas, conforme critrios e apurao do rgo regulador, em crditos de emisso. Um exemplo um frotista que presta servios dentro de uma rea com classificao de saturada. Caso ele implemente solues tecnolgicas de modo que a sua frota apresente como resultado uma reduo nos nveis de emisses de poluentes, ele poder pleitear crditos de emisso. Conforme Komatsu e Alvares Jr. (2009), algumas das formas como os crditos podem ser utilizados so; - Na implantao de novos empreendimentos - Na ampliao de empreendimentos existentes - No cumprimento de metas do PREA

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Com a poltica dos crditos de emisso, torna-se possvel motivar as polticas ambientais de reduo de emisses de poluentes. Como conseqncia disto, o desenvolvimento de novos negcios, como por exemplo, aumento de uma frota de caminhes de entrega, em reas saturadas ou em vias de saturamento se torna possvel e sustentvel no que tange ao PREA. Tendo em vista que o objeto de estudo desta dissertao atua no municpio de So Paulo, importante salientar que conforme o Resoluo SMA 42, de 26/06/2008 reas Saturadas, podemos extrair os seguintes dados em relao a classificao com os seus respectivos agentes poluentes.Tabela 2.8 Situao de saturao de emisses de poluentes Municpio So Paulo MP SAT-MOD SO2 NS CO EVS NO2 EVS O3 SAT-SEV

Onde; MP=material particulado, SO2=dixido de enxofre, CO=monxido de carbono, NO2=dixido de nitrognio, O3= oznio, SAT-MOD=rea saturada moderado, NS=rea no saturada, EVS=rea em vias de saturao, SAT-SEV=rea saturada srio Fonte: Secretaria do Meio Ambiente do Estado de So Paulo (2008)

Desta forma, conforme os dados do SMA 42, o Municpio de So Paulo tem saturao de MP e O3.

2.6 LEI 13798, DE 09 DE NOVEMBRO DE 2009 ESTADO DE SO PAULO

Conforme o artigo 2 da Lei 13798, a Poltica Estadual de Mudanas Climticas PEMC, estabelece o compromisso do Estado de So Paulo frente ao desafio das mudanas climtica globais. A Lei 13798 possu uma abordagem ampla de medidas a serem implementadas que motivam uma poltica ambiental. No que tange a transportes, no artigo 16, descrito que sero adotadas polticas pblicas que devero priorizar o transporte sustentvel, no sentido de minimizar as emisses de gases de efeito estufa. Alm disso, a lei prev o combate a medidas e situaes que, de qualquer forma, estimulem a permanncia de veculos obsoletos e o uso de combustveis mais poluentes em termos de emisso de gases de efeito estufa.

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Na lei, prevista cobrana por atividades emissoras de gases de efeito estufa pelo uso de vias terrestres, bem como ser privilegiado modais de transportes mais eficientes e com menor emisso por passageiro ou por unidade de carga.

2.7 CONSIDERAES RELATIVOS A POLUIO E SEUS EFEITOS

O captulo 2 descreveu que os veculos automotores so a principal fonte de emisses de gases poluentes nos grandes centros urbanos. Demonstraram-se por meio das tabelas, as definies e classificaes dos agentes poluentes. Foi possvel verificar que diversas pesquisas relacionam aumento de atendimento hospitalares de problemas de sade, como por exemplo, infeces nas vias respiratrias, com eventos de maior concentrao de gases emitidos por veculos na atmosfera. Mesmo os nveis de emisses estando dentro do que classificado como satisfatrio pelos rgos competentes, foram evidenciados prejuzos a sade pblica por causa de emisses veiculares. No que tange a cidade de So Paulo, o municpio possui ndices de saturamento para alguns poluentes como, por exemplo, o MP. O que indica um alerta de que medidas devem ser tomadas para reduo destes gases nocivos saturados ou em vias de saturao.

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CAPTULO 3 TECNOLOGIA DE PROPULSO VECULAR

3.1

INTRODUO

O objetivo do captulo 3 descrever uma breve anlise de algumas tecnologias usadas com o intuito de reduo de emisses de poluentes. Contudo, conforme j descrito na introduo desta pesquisa, no se pretende avaliar ou mensurar qual a tecnologia melhor ou pior, porm possivelmente importante o breve conhecimento de algumas tecnologias, para que assim possa-se situar a tecnologia hidrulica hbrida, foco da pesquisa.

3.2

MOTORES A COMBUSTO INTERNA

Os motores a combusto interna so os mais usados na propulso de carros, nibus, caminhes e tratores. Atualmente, raro encontrar veculos que no usam motores com combusto interna. Estas tecnologias, principalmente aps as descobertas dos ciclos Otto e Diesel, apresentam eficincia, aplicabilidade, confiabilidade e constante potencial para melhoria conforme pode ser observado na histria da indstria automotiva. O motor a combusto interna do ciclo Otto, leva o nome do seu inventor. Basicamente este sistema consiste em 4 tempos (4T) de um ciclo trmico para movimentao do pisto. Para a transformao da energia trmica em mecnica, o ciclo Otto apresenta um sistema de alimentao de combustvel e a exploso do mesmo acontece por meio da gerao de uma fasca. No ciclo de 4T, o pisto percorre 4 vezes o seu curso, correspondente a duas voltas da manivela e do eixo do motor para completar um ciclo. No ciclo a 4T, temos as fases de admisso, compresso, expanso e escape.

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Figura 3.1 Sistema de combusto interna de 4 tempos (4T)

Na admisso, o pisto desloca-se do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI). Na movimentao, o pisto gera uma presso negativa no qual provoca a suco de combustvel e ar por meio de uma vlvula de admisso. Neste momento, a cmara do pisto fica preenchida de combustvel e ar. O tempo de compresso comea a partir do momento em que a vlvula de admisso fechada, o pisto desloca-se do PMI para o PMS, comprimindo a mistura. A compresso deve elevar a temperatura interna da cmara do pisto. Pouco antes do pisto chegar ao PMI, no caso do ciclo Otto, solta-se uma fasca que ser responsvel por gerar a ignio da mistura. Temos ento o tempo de expanso. A combusto da mistura provoca um aumento da presso interna no qual desloca o pisto do PMS para o PMI atravs da expanso dos gases. nesta fase que o pisto realiza o trabalho mecnico no motor. O tempo de escape realizado aps a expanso, quando o pisto no PMI deslocase para o PMS, empurrando os gases para o sistema de escape por meio da abertura da vlvula. O ciclo Diesel assemelha-se ao ciclo Otto quanto s etapas de admisso, compresso, expanso e escape, a diferena est na forma como ocorre a ignio do combustvel. No ciclo a Diesel a ignio espontnea, ou seja, gerada pelo aumento da temperatura interna na cmara do pisto no existindo, portanto sistema por fasca. A eficincia dos motores a combusto aperfeioada a cada dia. Num passado no muito distante, o motores a combusto do ciclo Otto usavam o carburador para injeo de combustvel na cmara de combusto, hoje, com o advento da eletrnica, temos sistemas de injeo eletrnica que trazem grandes benefcios como reduo do consumo de combustvel e emisso de poluentes.

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O mesmo ocorre com os motores a Diesel por meio do aperfeioamento do sistema de dosagem do combustvel, principalmente pelo sistema individual de

abastecimento no qual cada cilindro possu uma bomba e um dosador. Os fabricantes de motores de combusto interna enfrentam hoje um dilema no atendimento as normas e ndices mximos de emisses. Brunetti; Garcia (1992) explica que a combusto completa estequiomtrica produz CO2, H2O e N2. A proporo desses gases depende do combustvel, condio de funcionamento do motor e da qualidade da mistura. Na reao real, Brunetti; Garcia descreve que os gases CO2, H2O e N2 gerados numa combusto correspondem com cerca de 98% dos gases de escape, 1 % formado por O2 e H2 e mais 1% so os gases nocivos. Os gases nocivos emitidos por um veculo no chega a afetar a sade humana, porm a soma de emisso de vrios veculos pode causar um problema de sade pblica conforme explicado no captulo 2. Brunetti; Garcia (1992) explica que um dos fatores que influencia no ndice de emisses a qualidade do combustvel. Alm disso, temos tambm a mudana da composio dos combustveis e alteraes na regulagem do motor. Modificaes podem trazer benefcios e malefcios ao mesmo tempo. Seguem alguns exemplos dados por Brunetti; Garcia.A variao do avano da fasca em relao ao valor timo pouco influ na emisso de CO e HC, mas incrementa a formao dos NOx. Atrasar a fasca reduz os NOx mas aumenta o consumo. O aumento da taxa de compresso provoca um aumento da temperatura mxima do ciclo e uma reduo da relao volume/superfcie da cmara. O primeiro fator tende a reduzir os NOx e o segundo a aumentar os HC. O que se nota que em geral os fatores geram efeitos antagnicos em relao a formao dos trs poluentes bsicos. Logo, um controle plenamente eficaz s pode ser obtido pela sua neutralizao a jusante, isto , na tubulao de escape. (BRUNETTI;GARCIA,p293.,1992)

Atualmente, as empresas automotivas e fabricantes de motores a combusto interna projetam a tecnologia de acordo com o rigor das legislaes vigentes nos pases de atuao. Quanto mais rigoroso os limites de emisses, mais tecnologia e solues so exigidas.

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Relativo tecnologia de motores a combusto interna, possvel encontrar na Europa grande parte das tendncias tecnolgicas em desenvolvimento em prol da reduo de emisses em veculos com combusto interna. O estado atual de tecnologia de motores a combusto interna no Brasil para atendimento do Euro 3 faz uso de sistema eletrnico de injeo e a utilizao de catalisadores, no qual realizam um tratamento dos gases nocivos aps o processo de queima do combustvel. Na Europa, para atender ao Euro 4, as empresas tiveram que rever as estratgias, principalmente para motores a combusto interna do ciclo a Diesel, onde duas linhas tecnolgicas foram adotadas. A tecnologia por meio de recirculao do gs de exausto cuja sigla conhecida como sistema EGR, constituiu no reaproveitamento dos gases emitidos aps o processo de combusto no prximo ciclo.

Figura 3.2 Sistema EGR Fonte: Hedberg (2005)

O gs da exausto recircula no sistema, com isto possvel realizar a reduo de NOx a nveis que atendem segundo Hedberg os nveis de emisses da norma Euro 4. Para o atendimento da norma Euro 5, este sistema tambm pode ser usado, com modificao tecnolgica em alguns parmetros do processo de queima do motor a combusto e qualidade do combustvel explica Hedberg.

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A segunda tecnologia aplicada por fabricantes de motores a Diesel o ps tratamento dos gases poluentes, cuja a sigla o SCR, popularmente chamado de Adblue, que consiste na mistura de uria com os gases emitidos aps o processo de combusto. Este lquido composto por uria possu a colorao azul, por isto o nome popular.

Figura 3.3 Sistema SCR Fonte: Hedberg (2005)

Com a mistura do NH3 com NOx, ocorre uma combinao estequiomtrica, fazendo com que o gs contenha N2 e H2O. A tecnologia SCR atende ao nvel de exigncia Euro 4 e com algumas alteraes no sistema de combusto como por exemplo presso de injeo de combustvel, possvel usar esta tecnologia para atender aos nveis exigidos pela Euro 5. Para o atendimento da norma Euro 6, as tecnologias para motores do ciclo Diesel esto em discusso. Contudo, a experincia Europia indica o uso dos sistemas EGR, SCR somado ao sistema DPF combinados. O DFP uma filtragem dos gases provenientes da queima do combustvel no motor. O sistema com EGR + SCR + DFP possu sensores nos quais possibilitam o monitoramento e controle em malha fechada no sistema.

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Figura 3.4 Sistema EGR, SCR e DPF para atendimento da norma Euro VI Fonte: Cassidy (2009)

Da mesma forma que explanamos as aes para controle de emisses dos motores do tipo Diesel, os motores do ciclo Otto tambm apresentam solues para reduo dos nveis de emisses. O exemplo do sistema Stop and Go que em Portugus significa Para e Anda uma dessas solues. Quando o carro para, por exemplo, em um semforo, o sistema desliga o motor, aps isto, ocorrendo necessidade de se reiniciar o movimento do veculo, o comando eletrnico do carro liga o motor sem necessidade do uso da chave para reiniciar a ignio do motor, ou seja, o motor desliga e liga automaticamente. Esta soluo permite que o motorista tenha a deciso de ativ-lo ou no dependendo das condies do trfico. Com a tecnologia stop and go, possvel obter a reduo de CO2 entre 25 % 30 % dependendo da verso. (MITSUBISH 2009) Os motores de combusto interna so aperfeioados e conforme as tecnologias atuais, com o uso dos combustveis diesel e gasolina, com aes no mbito do sistema de injeo e controle eletrnico do motor, possvel notar o alcance do atendimento das normas de emisses Euro 4. Acima disto, percebe-se a necessidade do uso de ps-tratamento POR MEIO de catalisadores e composies qumicas como o caso da uria. Algumas solues podem aumentar o nvel de consumo de combustvel como o caso do sistema SCR e outras podem promover economia de combustvel, como o caso do sistema Stop and Go exemplificado neste trabalho pelo sistema da Mitsubishi. Segundo Junior (2009) os principais pontos que os fabricantes de automveis devem se atentar para a busca da soluo compreende-se em trs fases;

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- Antes da combusto - Durante a combusto - Aps a combusto Contudo, nota-se que o nvel tecnolgico dos motores pode apresentar, portanto, melhorias, principalmente no universo da eletrnica, tratamento dos gases e na adaptao dos motores do ciclo Otto e Diesel a combustveis alternativos como o caso do lcool e do gs natural.

3.3

VECULOS ELTRICOS E HBRIDOS

Desde 1832 j podemos encontrar registros de estudos de veculos eltricos. A competio tecnolgica entre veculos eltricos e os movidos por motores a combusto antiga. Cowan (1996) explica que esta competio tecnolgica pode ser dividida em 5 fases, sendo: - 1885 1905: formao da industria automotiva - 1905 1920: domnio dos veculos movidos a combusto interna - 1920 1973: consolidao dos motores a gasolina - 1973 1998: questionamentos sobre os motores a combusto para veculos - 1998 at os dias atuais: legislaes obrigando estudos que introduzam a produo em larga escala de veculos eltricos A classificao de um veculo como eltrico pode gerar algumas consideraes e diferentes critrios de agrupamento, porm neste trabalho acreditam-se existir duas principais classificaes. A primeira so os veculos que no usam motores a combusto. Sua fonte unicamente eltrica. Neste tipo de sistema temos a alimentao de energia eltrica que move um motor eltrico conectado ao sistema de trao. O fornecimento de energia pode ser constante, ou seja, captado diretamente na rede eltrica ao longo do percurso do veculo, como, por exemplo, os trlebus. Outros modelos so projetados para condies quando no existe a possibilidade de captao constante de energia.

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O veculo tem baterias que so carregadas numa fonte eltrica. Depois de carregado, o veculo realiza o percurso limitado a autonomia fornecida pela energia armazenada.

Figura 3.5 Exemplo de sistema de propulso para veculo eltrico Fonte : Brain (2009)

Conforme a figura 3.5, a acelerao e velocidade so acionadas por meio de um potencimetro conectado ao pedal do veculo. De acordo com a posio do pedal, o controlador aumenta ou diminu a quantidade de energia transferida ao motor eltrico. Este tipo de soluo no emite emisses por no possuir nenhum processo de gerao de energia por meio da queima de qualquer combustvel. A grande dificuldade em adotar um sistema como este a autonomia das baterias. Alm disso, uma estrutura energtica se faz necessria, pois devem existir pontos para carregamento das baterias. O segundo grupo de carros que possuem a eletricidade como fonte de energia para a propulso do sistema de trao so os hbridos. Os hbridos eltricos so formados por motor a combusto, bateria, gerador, motor eltrico, freio regenerativo e controladores eletrnicos. Diferente do eltrico explicado no primeiro grupo, estes veculos usam motores a combusto e as baterias eltricas como fonte de energia. O objetivo proporcionar reduzido tamanho do motor a combusto, compensando a necessria energia para tracionar o veculo com o uso do motor eltrico e energia armazenada nas baterias. Atualmente, os hbridos eltricos so os mais divulgados na mdia, tendo como um grande exemplo o modelo Prius da Toyota. Os hbridos eltricos possuem trs princpios de sistemas de funcionamento, sendo; - Sistema em srie

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- Sistema em paralelo - Sistema misto No sistema hbrido eltrico em srie, visto no exemplo da figura 3.6, o motor a combusto interna aciona o gerador. O gerador tem a funo de converter energia mecnica em eltrica. A energia eltrica produzida carrega as baterias. O fluxo de energia segue para um transformador que modifica corrente eltrica contnua para alternada. A potncia eltrica transmitida ao motor de trao eltrico que por sua vez, modifica energia eltrica em mecnica e envia torque para mover as rodas do veculo.

Figura 3.6 Sistema hbrido eltrico em srie Fonte : Emadi et al,p.766 (2005)

Quando o veculo realiza a frenagem, o motor de trao eltrico torna-se um gerador, transformando a energia mecnica da frenagem em eltrica, carregando desta forma as baterias. A energia recuperada no sistema de frenagem um dos grandes diferenciais dos hbridos, promovendo economia e diminuio de emisses. Devido ao fato de existir a recuperao da energia, uma menor demanda de energia nova ser exigida. No veculo hbrido eltrico em srie, o motor a combusto normalmente acionado quando a energia da bateria possu entre 65 % 75 % de carga.

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Uma das vantagens que o motor a combusto normalmente trabalha sempre num ponto de mxima eficincia e rotao constante, o que favorece durabilidade, rudo, economia e reduo dos nveis de emisses. O sistema hbrido eltrico em paralelo se diferencia do sistema em srie devido ao mesmo possuir duas fontes de energia, cuja sua transmisso chega ao sistema de trao de forma independente. No caso do sistema em srie, toda a energia gerado no motor a combusto passa pela bateria, j no sistema em paralelo isto no ocorre.

Figura 3.7 Sistema hbrido eltrico em paralelo Fonte : Emadi et al,p.766 (2005)

A estratgia principal do sistema em paralelo usar o motor eltrico quando o veculo desenvolve baixas velocidades e o motor a combusto quando o mesmo estiver em velocidades altas. A alternncia do uso dos dois tipos de motores deste sistema, deve sempre buscar os mximos pontos de eficincia. Quando o motor a combusto est desempenhando a funo de movimentao do veculo, o motor eltrico pode, desde que exista uma energia sobressalente a necessidade de consumo, ser usado para carregar as baterias, ou seja, um excedente poder ser reaproveitado. Alm disso, observa-se ao fato de que a energia de frenagem tambm usada para carregar as baterias. O sistema hbrido eltrico misto unifica a possibilidade de trabalhar com o veculo, tanto desempenhando a suas funes no modo em srie como em paralelo.

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Figura 3.8 Sistema hbrido eltrico misto Paralelo e em srie Fonte : Emadi at al,p.766 (2005)

Com o sistema misto, que incorpora os sistemas em srie e paralelo possvel usar os melhores recursos que ambos os sistemas podem oferecer, no caso do sistema em srie a possibilidade de mover o veculo com o motor de combusto desligado e o paralelo com o seu melhor ndice de autonomia para longos percursos. O intuito da tecnologia hbrida eltrica reduzir emisses e prover economia. Segundo Emadi et al. (2005), apenas 15 % da energia gerada num veculo com motor a gasolina aproveitada para realizar o movimento, isto se deve ao fato do motor estar sempre trabalhando e portanto, consumindo combustvel, mesmo em momentos em que o mesmo encontra-se parado. O veculo hbrido eltrico consegue aumentar a eficincia do uso de combustvel, melhorando o seu aproveitamento para 30 % 40 %. Nos veculos hbridos eltricos, o maior desafio tecnolgico o desenvolvimento das baterias. A dificuldade no desenvolvimento de um sistema de armazenamento eltrico que seja eficiente na capitao e fornecimento da energia, leve, seguro e resistente provoca uma corrida tecnolgica entre fabricantes de veculos e sistemistas. Temos atualmente, diferentes tipos de baterias, com diferentes materiais e caractersticas, sendo mais conhecidas as baterias de chumbo, nquel cdmio, nquel metal e a de ltio. A mais promissora tecnologia de bateria a de ltio em funo das suas propriedades. Em comparao com a bateria de chumbo, ela tem maior energia especfica, capacidade de armazenamento por unidade de massa e maior ciclo de vida.

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Atualmente, as baterias de ltio so comercializadas em pequenos mdulos. Para obter uma bateria de maior capacidade, uma srie de combinaes modulares com ligaes em srie e em paralelo so necessrias. No sistema com bateria de ltio, a garantia da segurana deste sistema tambm um dos maiores objetivos de pesquisa. A indstria automotiva necessita desenvolver sofisticados sistemas de gerenciamento para prolongar a vida til e prevenir defeitos decorrentes a aumentos de temperatura. Uma importante vantagem desta bateria a alta resistncia a memria eltrica e descargas profundas.Tabela 3.1 Comparao entre as mais promissoras baterias para veculos eltricosTipo de bateria Tenso Nominal (V) Energia especfica (Wh/kg) Densidade de energia (Wh/l) Potncia especfica (W/kg) Densidade Potencial (W/l) Auto descarga (%/ms) Ciclo de vida (carga/descarga)

Chumbo Litio on Litio

2.0 3.6 3.0

35 115 100-200

70 260 150-350

~200 20-250 >200

~400 400-500 >350

4-8 5-10 ~1

250-1000 500-1000 200-1000

polmero Nquel Cdmio Nquel metal Ar zinco Zebra

1.2

40-60

60-100

140-220

220-350

10-20

300-700

1.2 1.2 2.6

60 146 100

220 204 160

130 150 150

475 190 250

30 ~5 ~1

300-500 ~200 ~1000

Fonte: Shukla et al. (2000)

Na tabela 3.2 encontramos um comparativo entre as propriedades energticas dos diferentes tipos de materiais. Economicamente, a bateria de chumbo a mais atrativa, sua grande desvantagem o de possuir uma baixa energia especfica, ou seja, a capacidade de liberar energia, relacionado com autonomia e massa. Shukla et al. (2000) apresenta um exemplo comparativo, explicando que para mover 1 km, um veculo com a bateria de chumbo necessita de uma massa de 6 kg, o mesmo padro de veculo, usando uma bateria de ltio polmero necessitaria de 22,5 kg de massa de bateria para mover 1 km, ou seja, mesma capacidade de fornecimento de energia com menos massa necessria de armazenamento. Outro fator importante a ser considerado para aplicao automobilstica de baterias eltricas a sua vida til.

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Na tabela 3.1, mostrada a quantidade de vezes que a bateria pode ser carregada e descarregada. Quanto maior esta vida til, mais vivel ser a tecnologia no que tange a custo de manuteno e impacto ambiental. Alm dos desafios de desempenho, existe tambm a necessidade de

desenvolvimento de uma estrutura de recuperao e reciclagem das baterias. O chumbo, nquel e cdmio so txicos a sade humana e ao meio ambiente, a bateria de ltio polmero demonstra menor impacto ao meio ambiente, sendo portanto, definida como a tendncia de baterias para os veculos.

3.4

CLULAS COMBUSTVEIS

A tecnologia de clulas a combustvel apresenta-se como uma soluo com a capacidade de fornecer energia a veculos com possibilidades de gerarem zero nvel de emisso. Dentre as alternativas de soluo para reduo de emisses apresentadas neste trabalho, ela tem grande potencial de se tornar no futuro a possvel tecnologia de propulso dos veculos. As clulas combustveis geram energia por meio de uma reao eletro-qumica. Por meio desta reao, produzida uma corrente eltrica contnua que usada como fonte de energia para diversas aplicaes, incluindo-se os veculos. O hidrognio o gs mais usado nos estudos de clulas combustvel. Por meio da sua oxidao prtons num eletrodo de difuso gasoso, so liberados eltrons nesta reao. H2 2H+ + 2e- (LINARDI et al.,1999) Num segundo eletrodo, chamado de eletrodo oposto ocorre a reao com o oxignio gerando desta forma a molcula de gua. 2H++ 2e-+1/2 O2 H2O (LINARDI et al.,1999) Cada clula combustvel capaz de produzir aproximadamente um potencial aberto de 1,0 1,2V. Estes valores apresentam um baixo nvel de energia, em funo disso, faz se um empilhamento de vrias clulas em srie para o alcance de potencias abertos maiores.

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Figura 3.9 Montagem de um empilhamento de unidades de clulas a combustvel. Fonte : Linardi et al. (1999)

Tendo em vista a possibilidade de produo de energia em clulas, muitos so os registros de trabalhos realizados nesta linha de pesquisa. Existem diferentes tipos de clulas combustveis. O que as difere so os tipos de materiais usados e as reaes eletro-qumica. Esta variao de clulas se deve ao fato de procurar-se gerar energia de uma forma tecnicamente mais adequada em cada tipo de aplicao. No que tange ao uso automotivo, a clula de hidrognio no uma aplicao muito confortvel analisando a questo do armazenamento. O hidrognio difcil de ser manipulado, o mesmo deve ser usado numa forma pura e o seu armazenamento precisa ser realizado em acumuladores constitudos de nanotubos ou fibras de carbono com capacidade e distribuio molecular capaz de vedar a molcula. Schlapbach (2001) explica que um carro movido a clula combustvel precisaria de aproximadamente 4 kg de hidrognio. Para prover o armazenamento destes 4 kg na forma gasosa, precisaramos de um acumulador de 225 L pressurizado a 200 bar. O armazenamento do hidrognio na forma lquida a uma presso de 1 atm ocorre com -241 graus Celsius, acima disto o hidrognio transforma-se em gs. De posse das dificuldades acima descritas, porm no impeditivas a continuidade do estudo do uso de hidrognio em clulas combustveis, para aplicao veicular, os pesquisadores desenvolvem clulas combustveis com o uso de outras fontes.

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Para aplicao automotiva, destaca-se o metanol como fonte

qumica de

fornecimento de hidrognio, esta clula combustvel em especfico possu a sigla PEMFC. Trata-se de uma clula combustvel com membrana polimrica condutora de prtons. Neste sistema, o hidrognio extrado do metanol. O que dificulta a sua utilizao um sistema de catalisador que consiga realizar o trabalho de oxidao do metanol sem ser afetado pelo gs CO. Linardi et al. (1999) explica que uma clula PEMFC gera na reforma cataltica do metanol um gs de sntese com 1% CO. Este volume contamina o catalisador de clula. Para que o problema seja resolvido, este volume deve ser diminudo 10 vezes.

3.5

MOTORES MOVIDOS COM COMBUSTVEIS VERDES

No decorrer do desenvolvimento da indstria automotiva, alm da gasolina e do Diesel, novas fontes energticas para motores a combusto foram desenvolvidas, nos quais podemos destacar o etanol, metanol e o biodiesel, tambm chamados de combustveis provenientes de biomassas. Estes combustveis so produzidos tendo como base vegetais. Eles podem serem usados como nica fonte de combustvel para um motor, como o caso do etanol, ou ser misturado aos combustveis tradicionais, como o caso do biodiesel e o etanol misturado na gasolina. Popularmente chamados de combustveis verdes, recebem esta classificao devido idia de gerarem emisses menos agressivas ao meio ambiente e serem provenientes de biomassas. Tecnicamente, no que tange ao uso dos combustveis verdes, algumas alteraes de parmetros de trabalho dos motores bem como materiais nos sistemas de alimentao e escape do combustvel so necessrias, um exemplo o etanol que possu maior poder de corroso que a gasolina. As modificaes no so complexas e fazem com que seja atrativa para a indstria automotiva atual, a utilizao destas fontes, por manter desta forma, as matrizes e solues tecnolgicas atuais com apenas algumas modificaes.

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No Brasil, o desenvolvimento e os incentivos no uso de fontes verdes de energia motivado pela sociedade e governo. O ponto inicial na busca do desenvolvimento destas fontes de combustvel ocorreu em 1973 em funo do choque do petrleo e at os dias atuais, o Governo brasileiro investe e incentiva o uso dos combustveis verdes no somente no Brasil, mas oferecendo ao mundo todo.

Figura 3.10 Biocombustvel no Brasil Fonte : (KARDEC,2009)

Aps 1973, o lcool teve bastante representatividade de consumo e mostrou-se concorrente gasolina, principalmente em funo do seu custo. Destaca-se na historia dos biocombustveis o ano de 1974 com a criao do PROLCOOL e o ano de 2005, onde lanou-se o programa do biodiesel. No que tange ao nvel de emisses de poluentes, os combustveis verdes emitem menos CO2 que os produzidos a base de petrleo. Kardec (2009) exemplifica um comparativo entre o etanol de cana e a gasolina, fazendo uma analogia ao consumo e nveis de CO 2; - 1.000 litros de etanol de cana emitem 309 kg de CO 2 - 1.000 litros de gasolina emitem 3368 kg de CO 2

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No ano de 2008, Kardec explica que o Brasil consumiu 19,6 bilhes de litros de etanol e que portanto foram evitadas 37,6 milhes de toneladas de emisses de CO 2 na atmosfera. O Biodiesel assim como o etanol de cana de acar foi incorporado a matriz energtica brasileira, tendo como uma importante data o ano de 2005, no qual foi lanado pelo Governo o seu programa. O biodiesel feito a base de leos vegetais provenientes da mamona, da soja, do amendoim,etc. A viabilizao do biodiesel requer uma anlise estrutural de produo e venda, bem como um planejamento de demanda energtica. Assim como o etanol, o biodiesel tem um grau de abrangncia e fatores similares ao que podemos constatar na produo do etanol a base de cana. No mbito de reduo de emisses, o mesmo possu a propriedade de reduo do CO 2 na atmosfera. O biodiesel j produzido e utilizado em outros pases, um exemplo disto a Alemanha, que j possu em sua matriz energtica, o uso do biodiesel misturado ao Diesel proveniente do petrleo. Neste pas, 20% do combustvel composto de biodiesel. A base do biodiesel alemo o leo de colza. No Brasil, no ano de 2008 foi estipulado que 2 % da mistura do diesel devem conter o biodiesel. Ao longo dos anos, este volume vai ser aumentado devido ao fato que toda uma estrutura de produo de oleaginosas deve ser viabilizada.

Figura 3.11 Biocombustvel no Brasil Fonte : (KARDEC,2009)

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Conforme o cronograma de previso da ANP (Agncia Nacional de Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis), em 2013 existe a previso de obrigatoriedade no uso de biodiesel que resultar na gerao de 2,0 bilhes L/ano. Os veculos que usam o Diesel, alm da utilizao do biodiesel, que reduz a emisso de CO2, possuem a previso de iniciar o uso do diesel com 50 ppm de enxofre a partir de 2009, e o diesel com 10 ppm a partir de 2013 segundo previses de Kremer (2009). O Diesel usado no Brasil para veculos usam 500 ppm de enxofre. Portanto, juntando-se ao fato da utilizao do biodiesel e a tendncia de diminuio de teor do enxofre do Diesel a base de petrleo, uma melhora nos nveis de emisses ser obtida. Importante ressaltar que na Alemanha, onde se usa o diesel com 10 ppm e 20% de biodiesel, alcana-se o nvel de emisses classe Euro IV. Contudo, deve se ter cautela na anlise de vegetais no uso de combustveis. Possivelmente as queimas destes leos nos motores podem emitir gases nocivos a sade humana. Portanto, no por que o combustvel seja a base de uma planta, que o mesmo no possa ser nocivo. Os veculos a base de biomassas possuem a tendncia de emitir aldedos na atmosfera, o que afeta a qumica atmosfrica nas reas poludas, aumenta a concentrao de oznio na troposfera e so importantes precursores de cidos orgnicos, provocando a formao de chuva cida. Desta forma, normas reguladoras para aldedos podem contribuir para o aperfeioamento destes combustveis a base de biomassa, o que certamente ir somar-se as atuais vantagens que os biocombustveis apresentam.

3.6

TECNOLOGIAS PARA REDUO DE EMISSES

No captulo 3 foi descrito algumas das principais frentes de pesquisas para reduo de emisses automotivas. As pesquisas tm diferentes conceitos, natureza e fundamentos fsicos e qumicos.

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Contudo, em todas as tecnologias descritas, existem espaos para melhoria e desenvolvimento, algumas j esto presentes na sociedade e outras em fase de teste. A tendncia a busca do aperfeioamento de cada uma delas conforme a convenincia e necessidade da sociedade local.

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CAPTULO 4 SISTEMAS HBRIDOS HIDRULICOS

4.1 ASPECTOS GERAIS

Componentes e sistemas hidrulicos so comuns em aplicaes industriais como, por exemplo, mquinas operatrizes, injetoras, prensas e na rea de veculos fora de estrada que o caso de tratores, colheitadeiras e guindastes. As tecnologias hidrulicas usadas nestes equipamentos usam sistemas capazes de trabalharem com presses de at 350 bar, com possibilidades em algumas aplicaes na ordem de 630 bar. Os sistemas hbridos hidrulicos fazem o uso de componentes que possibilitam o deslocamento e controle do leo pressurizado para a realizao do trabalho. O grande objetivo de um sistema hbrido hidrulico captar energia do sistema de frenagem na desacelerao, e no ato da acelerao, devolver a energia para o sistema de trao do veculo. Trata-se de uma tecnologia com estudos iniciados nas dcadas de 70 80. Os principais centros de desenvolvimento destes sistemas esto nos E.U.A (Estados Unidos da Amrica) e na Alemanha. Nos E.U.A, a Agncia de Proteo Ambiental (Environmental Protection Agency EPA), vem motivando, divulgando, estimulando parcerias e investimentos desta tecnologia. Na Alemanha, a tecnologia motivada pelo Governo, que oferece abertura de testes de veculos em frotas de caminhes de limpeza e nibus. Entre a dcada de 80 e os dias atuais, existe um limitado nmero de veculos usando esta tecnologia, isto se deve ao fato do amadurecimento de projeto e testes, porm, alguns prottipos foram construdos e apresentaram bons resultados. A tendncia que vm sido demonstrada que a tecnologia hbrida hidrulica seja aplicada em veculos comerciais leves e pesados com regime de trabalho em centros urbanos.

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Em reas urbanas, grande parte da energia perdida em forma de calor pelo sistema de frenagem. Como reaproveitar esta energia estimula engenheiros a idealizar solues.

Figura 4.1 Ciclo na cidade, energia desenvolvida pelo sistema de roda (referncia, 20000 lbs, vt364) Fonte : Baseado no grfico Gray,p.13,2006

Na figura 4.1 a Agncia Americana de Proteo ao Meio Ambiente - EPA, relata que 40% do total de um ciclo de energia desenvolvido nas rodas so perdidas por meio do trabalho da frenagem numa cidade, neste exemplo, foi considerado um veculo comercial com peso de 20000 lbs (9 Ton). Para veculos comerciais, devido ao tamanho e massa envolvida, para que um sistema seja eficiente, o mesmo deve ser capaz de oferecer uma potncia suficiente para fazer com que o veculo consiga acelerar e sair da inrcia. Por meio dos diagramas de Ragone, possvel avaliar a capacidade de potncia e energia especfica de armazenamento para diferentes sistemas. Os diagramas de Ragone consideram normalmente recursos de armazenamento eltrico de energia, como por exemplo baterias e capacitores. Acumuladores hidrulicos so includos nos diagramas de Ragone com base nos dados e informaes extradas de empresas e especialistas que trabalham com este tipo de tecnologia, tendo como base a potncia e energia especfica que pode ser realizada por um acumulador.

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Na figura 4.2 podemos encontrar um digrama de Ragone, onde localizamos os acumuladores hidrulicos, sendo possvel desta forma, reconhecer e localizar as propriedades de potncia e energia especfica.

Figura 4.2 Diagrama de Ragone Potncia especfica x Energia especfica para sistema de armazenamento de energia Fonte : Baseado na figura 1,p.5, Kliffken et al. (2009)

As baterias possuem alta energia especfica, os acumuladores possuem alta potncia especfica. Isto significa dizer que quando temos alta energia especfica, temos um cenrio no qual a autonomia favorecida. Quando temos alta potncia especfica, a capacidade de captar bem como liberar energia em um espao curto de tempo favorecida. Na aplicao em veculo com uso dentro de um ciclo urbano, com constantes eventos de desacelerao e acelerao, isto torna-se interessante pelas necessidades de alta potncia especfica para prover a acelerao e desacelerao, principalmente em veculos comerciais pesados. Na figura 4.3 podemos observar trs situaes diferentes. A inteno da figura avaliar a capacidade de armazenamento de energia em trs curvas de frenagens com os seus respectivos modelos de veculos.

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Figura 4.3 Capacidade de carregamento de energia em funo da velocidade para um a curva de frenagem Fonte : Bosch Rexroth (2008)

Na curva do caminho de lixo, somente os acumuladores hidrulicos so capazes de acumular toda a energia de frenagem desenvolvida pelo veculo. A bateria de ltio absorve uma parte da energia e a bateria de chumbo demonstrou um reduzido desempenho nesta situao. Na curva do veculo comercial com 7 toneladas, o acumulador continuou apresentando boa captao da energia de frenagem, a bateria de ltio demonstrou uma melhora na captao de energia em relao a curva do caminho de lixo, j a bateria de chumbo manteve o desempenho. No carro, o acumulador consegue absorver toda a energia de frenagem bem como a bateria de ltio, a bateria de chumbo manteve o mesmo desempenho nos veculos utilitrios. Na medida que a intensidade de energia e consequentemente as curva de frenagens vo diminuindo, a bateria de ltio vai tornando-se suficiente para a captao total da energia fornecida. Isto observado no momento em que a mesma avaliada frente a curva de frenagem desenvolvida por um carro.

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O acumulador hidrulico tem a capacidade de absoro de energia em todas as situaes, j a bateria de ltio somente alcana este desempenho nos carros. Com os resultados apresentados, possvel verificar a aplicabilidade do sistema hbrido hidrulico em veculos comerciais leves e pesados com ciclo urbano de para e anda e as baterias de ltio para carros. A potncia de frenagem em veculos que se movem em grandes centros a principal fonte a ser recuperada e reutilizada, para tanto, as solues de sistema devem prover de eficincia e bom rendimento para a devoluo da potncia recuperada no freio regenerativo para as rodas. Gray (2006) demonstra por meio de um estudo realizado pelo Centro de Pesquisas Automotiva da Universidade de Michigan, um tpico balano de rendimento dos componentes envolvidos no sistema hibrido hidrulico para um caminho de entrega categoria 6.

Figura 4.4Anlise de rendimento de captao e fornecimento de energia para caminho de entrega classe 6 ,Centro Automotivo da Universidade de Michigan Fonte: Gray,p.14 (2006)

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No sistema analisado, por meio dos eventos de acelerao e desacelerao realizada uma anlise com o objetivo de se determinar em quantidades percentuais, o quanto da energia captada pelo sistema regenerativo dos freios ir retornar ao sistema de trao do veculo. As porcentagens estimadas consideram os rendimentos totais dos componentes que formam o sistema. Conforme a energia vai passando pelos componentes, debitamse as porcentagens perdidas em cada um deles no qual se estimam, conforme Gray (2006), no caso analisado, um retorno de 71 % da energia captada pelo freio regenerativo hidrulico. Componentes hidrulicos possuem rendimentos na ordem de 80% 95 % dependendo do componente e aplicao, que melhor sero detalhados

(componentes usados no sistema regenerativo) separadamente nos itens a seguir neste captulo.

4.2

PRINCPIOS

DE

FUNCIONAMENTO

DOS

SISTEMAS

HBRIDOS

HIDRULICOS

Nos sistemas hbridos hidrulicos existem dois formatos de funcionamento, o sistema em srie e o paralelo. Os componentes bsicos de um sistema hbrido em srie so bomba/motor, um acumulador de alta presso, um acumulador de baixa presso e um transmisso hidrulica.

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Figura 4.5Sistema hibrido hidrulico em srie Fonte: Bohlmann (2007)

No sistema hibrido hidrulico em srie, toda a transferncia de potncia mecnica do motor a combusto transmitido diretamente para as rodas por meio de uma transmisso hidrulica. A estratgia de funcionamento deste sistema carregar o acumulador durante os eventos de frenagem e usar esta energia hidrulica armazenada para movimentar o veculo. Os veculos possuem os seguintes modos de operao; - Frenagem: Bomba/Motor hidrulico funciona como uma bomba, succionando leo do reservatrio de baixa presso e carregando o acumulador de alta presso; - Acelerao com acumulador : O veculo pode acelerar utilizando somente o leo contido no acumulador pressurizado, ou seja, a transferncia de energia hidrulica realizada diretamente do acumulador para a transmisso, sem atuao do motor a combusto; - Acelerao com o motor a combusto: O motor a combusto transfere torque para a bomba hidrulica, esta por sua vez envia leo para a transmisso hidrulica que converte energia hidrulica em mecnica;

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- Acelerao com acumulador e motor a combusto: A acelerao pode ser realizando usando energia hidrulica proveniente da bomba conectada ao motor a combusto e do acumulador hidrulico. O grande objetivo deste sistema usar o menos possvel o motor a combusto, realizando se possvel toda a movimentao de incio de movimento por meio do acumulador, deixando o motor a combusto atuar somente em velocidades mais altas. O sistema hbrido hidrulico em paralelo (SHHP) basicamente composto de reservatrio de baixa presso, acumulador de alta presso, bomba/motor e embreagem de acoplamento.

Figura 4.6Sistema hibrido hidrulico em paralelo (SHHP) Fonte: Bohlmann (2007)

No SHHP, o veculo tem o sistema de trao padro, com motor a combusto conectada a uma caixa de transmisso e os respectivos eixos para transferncia de torque para as rodas.

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Adicionalmente ao sistema de trao convencional, usada em veculos com motor de combusto interna, monta-se um circuito hidrulico em paralelo que por meio de um sistema de embreagem, pode realizar a trao das rodas com motor combusto desconectado, consumindo a energia hidrulica armazenada no acumulador. Os modos de operaes do sistema em paral