programa de engenharia de transportes (pet) meio ambiente e sustentabilidade veículos híbridos e...

PROGRAMA DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES (PET)

MEIO AMBIENTE E SUSTENTABILIDADEVeículos Híbridos e Limpos

TARDES DO SABER - TCE – RIO DE JANEIRO

Márcio de Almeida D´Agosto – PET/COPPE/UFRJ

1. COPPE/PET/LTC

2. Panorama do Transporte no Brasil

3. Gestão Sustentável do Transporte

1. Redução da Atividade

2. Redução da Intensidade de Uso

3. Mudança para Modos Mais Eficientes

4. Uso de Tecnologias e Combsutíveis Mais Limpos

• Transporte Público Urbano

• Transporte Urbano de Carga

5. Gestão da Mobilidade - CMIF

4. Considerações Finais

SUMÁRIO

Fundado em 1963, a COPPE tornou-se o maior centro de ensino e pesquisa em engenharia da América Latina. Com 12 programas de pós-graduação stricto sensu (mestrado e doutorado), a instituição já formou mais de 11,5 mil mestres e doutores e conta hoje com 320 professores doutores e 116 modernos laboratórios, que formam o maior complexo laboratorial do país na área de engenharia.

INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)

Engenharia Biomédica Engenharia Civil Engenharia Elétrica Engenharia Mecânica Engenharia Metalúrgica e de Materiais Engenharia Nuclear Engenharia Oceânica Engenharia de Planejamento Energético Engenharia de Produção Engenharia Química Engenharia de Sistemas e Computação Engenharia de Transportes

O PET é um dos doze programas que compõem a COPPE/UFRJ. Avaliado pela CAPES como nível 5, o maior nível alcançado dentre as pós-graduações de engenharia de transportes do país, o programa tem assumido destacada posição na produção e propagação de conhecimento técnico e científico no Brasil.


Áreas de Concentração:

Engenharia de Tráfego

Planejamento de Transportes

Transporte Público

Transporte de Carga e Logística

Transporte, Energia e Meio Ambiente

Engenharia Rodoviária

LINHAS DE PESQUISA / RESEARCH LINES:

Planejamento de Transportes de Cargas Freigh Transport Planning

Jogos e Simulações Business Games and Simulation

Transporte, Energia e Meio Ambiente

Transport, Energy and Environment

Centro de Estudo de Caminhões

Truck Studies Center

The LTC aims to develop research within public and private sectors in the freight transport area and to support and complement the training of human resources promoting their continuous improvement.

O Laboratório de Transporte de Carga (LTC) tem como missão desenvolver pesquisa no âmbito público e privado na área de transportes de carga e apoiar/complementar a formação de recursos humanos, promovendo seu aperfeiçoamento contínuo.

LABORATÓRIO DE TRANSPORTE DE CARGAS

PANORAMA DO TRANSPORTE NO BRASIL

Nota: Percentual calculado com base em dados de pass.km e t.km.Fonte: Elaboração própria com base em FIPE (2011), ANTT (2009), ANTAQ (2009), ANTP (2009) and ANAC (2009).

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

Passageiro Carga

89,23%

48,96%

3,22%

33,21%

0,03%

13,99%7,51% 0,07% 3,77%

Rodoviário Ferroviário Aquaviário Aéreo Duto

Passageiro: ¹ Considera apenas transporte por barca; ² Considera apenas transporte nacional.Carga: ³Considera somente carga transportada por cabotagem e navegação interior; 4 Considera somente carga nacional.

Divisão Modal

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

Urbano¹

A pé Bicicleta Automóvel Motocicleta Ônibus Trem/Metro Barcas

Transporte Urbano


5Setor de Transporte 145 MM t CO2

Rodoviário

92%

Outros modos

1,23% - Ferroviário2,17% - Aquaviário4,59% - Aereo

(2009)

Consumo de Energia no Setor de Transporte

28% do consumo de energia final (81% fossil – 48% óleo diesel)

130 MM t CO2

Gasolina e alcool

diesel diesel

diesel

diesel

diesel

dieselguerosene

bunker

diesel


3,0%

48,4%

1,6%

23,4%

0,1%

4,5%

18,8%

0,2%

Gás natural

Óleo diesel

Óleo combustível

Gasolina automotiva

Gasolina de aviação

Querosene de aviação

Biocombustíveis

Eletricidade

(2009)

28,76% Etanol anidro71,23% Etanol hidratado0,01% Biodiesel

Consumo de Energia no Setor de Transporte


Emissão de Dióxido de Carbono e Poluentes Locais

CO THC NOx MP RCHO

1980 9.307.366 4.702.658 848.022 716.330 42.675 7.330

2010 41.055.938 1.372.103 257.709 966.578 28.807 7.103

Variação % 341% -71% -70% 35% -32% -3%

Período Frota

Emissões (toneladas)

Crescimento econômico

Comunidade e equidade

Proteção ambiental

Sustentabilidade

Gestão Operação

Social Cidadania Geração de Emprego Engajamento das partes interessadas

Ambiental Preservação dos recursos Eco-eficiência Energia renovável

Econômico Maximização do retorno de

capital

GESTÃO SUSTENTÁVEL DO TRANSPORTE

ATIVIDADEACTIVITY

GESTÃO SUSTENTÁVEL DO TRANSPORTE

INTENSIDADE

INTENSITYINFRA

ESTRUTURA

STRUCTURE

ENERGIAFUEL

MÉTODO ASIF – IPCC

OIL

X X

0,000 1000,000 2000,000 3000,000

Automóvel médio (Gasolina) 20 km/h

Automóvel médio (Etanol) 20 km/h

Automóvel médio (GNV) 20 km/h

Ônibus urbano convencional (Diesel) 20 km/h

Ônibus urbano convencional (GNV) 20 km/h

Ônibus urbano híbrido (diesel-elétrico) 20 km/h

Metrô 30/km/h

Caminhada 5 km/h

Bicicleta 12 km/h

Modo de Transporte

Energia [kJ/pass.km]

MUDANÇA PARA MODOS MAIS EFICIENTES

Planejamento de Transporte e Uso

de Energia

80%

12 km/h

30km/h

IND

IVID

UA

IS

NÃ

O M

OT

OR

IZA

DO

S

CO

LE

TIV

OS

MO

TO

RIZ

AD

OS

10x


Ref.: DÁgosto (2004); DÁgosto e Ribeiro (2009); DÁgosto (2008) – Rio de Janeiro/São Paulo

Veículo CombustívelLotação

[pass]Capacidade

[pass]Velocidade

[km/h]Energia

[MJ/pass.km] ComparaçãoCaminhada Alimento 1 1 3 0,18 -95%Bicicleta Alimento 1 1 9 0,08 -98%

Gasolina 1 5 20 3,410 BaseBioetanol 1 5 20 4,113 21%

GNV 1 5 20 3,943 16%Gasolina 1,3 5 20 2,622 -23%Bioetanol 1,3 5 20 3,316 -3%

GNV 1,3 5 20 2,896 -15%Gasolina 1,3 5 40 3,000 -12%

Óleo diesel 65 80 20 0,216 BaseGNV 71 80 20 0,240 11%

Ônibus Padron Óleo diesel 80 100 20 0,403 87%Ônibus Padron Híbrido Óleo diesel 80 100 20 0,297 38%Metrô Energia elétrica 30 0,200 -7%

Automóvel

Ônibus Urbano Convencional

Planejamento de Transporte e Uso de Energia


Tipo de veículo Caminhão médio Comercial leve

Capacidade [t] 10 t 1,5 tRendimento energético [km/l] 2,03 km/l 7,5 km/l

Combustível óleo diesel óleo dieselFator de emissãoCO (g/km) 1,057 0,354HC (g/km) 0,204 0,068NOx (g/km) 5,949 1,990MP (g/km) 0,099 0,033CO2 (g/l) 2710 2710

Planejamento de Transporte, Uso de Energia e Impactos

Ambientais

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Custo operacional Consumo de energia Poluentes locais Emissão de CO2

39%

71%

58%

71%

Caminhão Médio Comercial Leve

Notas: A emissão dos poluentes locais foi agregada com base no fator de impacto ambiental (Schettino, 2010).`Os valores foram parametrizados em R$/t (custo operacional), l/t (consumo de energia), g/t (poluentes locais e emissão de CO 2)


l/km

km/h

4,31 km/l

3,07 km/l

Curvas muito próximas

Curvas mais afastadas

1,85 km/l

1,69 km/l

CONVENCIONAL (P2P) X (P2H_S) PADRON

REDUÇÃO DA INTENSIDADE DE USO

USO DE TECNOLOGIAS E COMBUSTÍVEIS MAIS LIMPOS

PROCONVE P5

PROCONVE P7

Limtes (g/kW.h)

CO HC NOx PM

2,1 0,66 5,00 0,10

Limites (g/kW.h) *

CO HC NOx PM

1,5 0,46 2,00 0,02

2012

29% 30% 60% 80%

PROCONVE L5

PROCONVE L6

Limites (g/km)

CO HC NOx RCHO

2,0 0,05 0,12 0,02

Limites (g/km)

CO HC NOx RCHO

1,3 0,05 0,08 0,02

2016

35% 33%


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

1980 1990 2000 2010

10

³ t

de

MP

Ano

Automóveis Motocicletas Comerciais Leves OttoComerciais Leves Diesel Ônibus Urbanos Ônibus RodoviáriosCaminhões Leves Caminhões Médios Caminhões Pesados

-

5

10

15

20

25

30

35

1980 1990 2000 2010

10³ t

on

ela

da

s d

e N

Ox

AnoAutomóveis Motocicletas Comerciais Leves Otto

Comerciais Leves Diesel Ônibus Urbanos Ônibus Rodoviários

Caminhões Leves Caminhões Médios Caminhões Pesados

NOx MP

Inventário de Emissões Atmosféricas por Veículos Automotores Rodoviários do Estado do Rio de Janeiro


TRANSPORTE PÚBLICO URBANO

TRANSPORTE URBANO DE CARGA

Híbrido diesel-elétricoDiesel-gas (dual-fuel)Diesel de Cana de AçúcarBiodieselEtanolGás Natural

Híbrido diesel-hidráulicoDiesel-biodiesel (bi-fuel)Diesel de Cana de AçúcarBiodiesel


Motor dianteiro, 12 m, PBT* = 17t, 80 pass/veiculoDiesel: 95% diesel mineral + 5% biodiesel (éster metílico de óleo de soja)AMD10: 70% diesel + 30% diesel de cana de açúcarB20: diesel + biodiesel (éster metílico de óleo de soja)

Motor traseiro, 12 m, PBT = 17t, 80 pass/veículoDiesel-gas: diesel ou gás natural (GNC)GNC Dedicado: gás natural comprimido

Motor traseiro, 13 m, PBT = 17,2t, 100 pass/veículoEtanol: Etanol hidratado aditivadoHíbrido: diesel + eletricidade

Sistema de Transporte Público Urbano do Rio de Janeiro

Tipo I

Tipo II

Padron*Total Gross Weight


Sistema de Propulsão Alternativo

Plataforma P5 A_18m

Plataforma P5 A_21m

Plataforma P5 P

26 t 29 t 17,5 t

Suspensão pneumática



Caixa de marcha automática



300 a 360 cv 300 a 360 cv 250 a 300 cv

Traseiro Traseiro Traseiro

18m 21 m 13,2 m

3 portas 3 portas/4 portas 3 portas

160 passageiros 180 passageiros 100 passageiros

P7H_S

Sistema de Propulsão

Linhas

Plataforma

Sistema de Propulsão Convencional

P7H_PP7A_18m P7A_21m

Linhas Interbairro e Alimentadora

Caixa de marcha mecânica

80 passageiros

12m

P7 T

Chassi

Carroceria

Capacidade

200 a 250 cv

Linha Troncal

Dianteiro

12 m

2 portas / 3 portas

Plataforma P5 D

Suspensão por molas

17 t

Traseiro

Plataforma P5 T

17 t

Suspensão por molas

P7 DG

P7 GNVD

2 portas / 3 portas

80 passageiros

Comparável com

P7 D

P7 AMD10

P7 B20

Motor

17,5

Suspensão Pneumatica


250 a 300 cv

Linhas Interbairro e AlimentadoraLinhas Alimentadora

e Troncal

Plataforma P5 P

Caixa de marcha automatizada

200 a 250 cv

P7 P

P7 AMD10

P7 ED95

Traseiro

13,2m

3 portas

100 passageiros

0,64

0,84

1,04

1,24

1,44

1,64

0,037 0,042 0,047 0,052 0,057 0,062 0,067

Polu

ente

s loc

ais

Custo operacional/km.capacidade

Diesel AMD30 B20 Diesel-Gás GNC Dedicado Etanol Híbrido

Opção mais adequada

Opção intermediáriaEnfoque financeiro

Opção intermediáriaEnfoque ambiental

Opção menos adequada

AMD10


-472

-72

328

728

1.128

1.528

1.928

0,037 0,042 0,047 0,052 0,057 0,062 0,067

Emiss

ão d

e CO

2

Custo operacional/km.capacidade

Diesel AMD30 B20 Diesel-Gás GNC Dedicado Etanol Híbrido

Opção mais adequada

Opção intermediáriaEnfoque financeiro

Opção intermediáriaEnfoque ambiental

Opção menos adequada

AMD10

Padron Diesel



Teste com ônibus diesel-gas (24 meses)PARCEIROS:Governo do Estado (SEDEEIS/SETRANS)FAPERJDETRANINMETROFetransporMAN Latin AméricaBoschCEGCOPPE

TESTES:Rendimento [km/l]Índice de substituição (IS)Desempenho do veículoÍndice de falhas do veículo

0,63

12,8%

Teste de 20 ônibus utilizando 30% de diesel de cana de açúcar (12 meses) PARCEIROS:

FetransporViação NS GraçaAmyrisMercedes BenzPetrobrasCOPPE

TESTES:Rendimento [km/l]Consumo [l/pass.km]Desempenho do veículoÍndice de falhas do veículoQualidade do combustível


30% menos emissão de CO2


Coleta de lixo, PBT = 26t, 19m3

Diesel-hdraulico, 10% de acréscimo nos custos de capital15% a 30% de redução de consumoEcodriving, pequeno aumento nos custos indiretos5% a 25% de redução de consumo

Distribuição de bebidas, PBT = 17t, 10 estradosDiesel-biodiesel (bi-fuel), IS = 87%Custos adicionais do biodiesel: 50%

Distribuição de alimentos, PBT= 16t, baú de alumínioDiesel + biodiesel: de B20 a B100Diesel + diesel de cana de açúcar: de AMD20 a AMD100

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

CC + CM Eco1 Eco2

Intervalo de intensidade de uso da COMLURB

1500 2600

Intensidade de uso [km/mês]

Maior rendimento e menor redução de consumo

Menor rendimento e maior redução de consumo


Coleta de lixo

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

CO NMHC Nox MP CO2

Óleo diesel Biodiesel (Duplo combustível)

+ 10% nos custos operacionais

Diesel Biodiesel (dual fuel)

37%

54%

15%

36%

83%

Distribuição de bebidas


85%

90%

95%

100%

105%

110%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Cust

o/Fr

ete

% de bicombustível utilizado

Custo de transporte (Bx) Custo de transporte (AMDx) Custo de transporte (Bx) + admFrete min Frete max

7% margem

17% margem 7% margem

Frete máximo

Frete mínimo

5% margem

CO (-7%), PM (-2%), HC (-4%), NOx (-5%), CO2 (-16%)

CO (-21%), PM (-8%), HC (-18%), NOx (-16%), CO2 (-100%)


Distribuição de alimentos

CONSIDERAÇÕES FINAIS

1. O Brasil é líder mundial no uso de biocombustíveis para transporte e

tem feito disso um exemplo;

2. O Brasil tem um conjunto amplo de oportunidades para desenvolver e

aplicar tecnologias associadas a fontes de energia mais limpas;

3. Em futuro próximo um conjunto ainda maior de práticas, tecnologias e

fontes de energia mais limpas entrarão no mercado brasileiro;

4. O Programa de Engenharia de Transportes da COPPE/UFRJ tem

estado engajado na missão de apoiar estas práticas e vencer os

desafios que ainda teremos que enfrentar.


Márcio de Almeida D´AgostoPET/COPPE/UFRJ

[email protected](21) 2562-8129/8139 – (21) 99367-4494

MEIO AMBIENTE E SUSTENTABILIDADEVeículos Híbridos e Limpos

TARDES DO SABER - TCE – RIO DE JANEIRO

TANQUE DE COMBUSTÍVEL

BATERIA

MOTOR DE COMBUSTÃO

INTERNA

CAIXA DE MARCHAS

DIFERENCIAL

EIXO DE TRANSMISSÃO

EMBREAGEM

Ecomb

Perdas

Sistemas auxiliares

EeixoEtração

PerdasPerdas

SISTEMA DE PROPULSÃO CONVENCIONAL

MO

TO

R E

LÉ

TR

ICO

SISTEMA DE TRANSMISSÃO

Perdas

Sistemas auxiliares

Etração

PerdasPerdas

CO

NT

RO

LA

DO

R

Energia elétrica da rede

BANCO DE BATERIAS

C

DConsumo

Alimentação

Eelétrica

SISTEMA DE PROPULSÃO ELÉTRICO

ELÉTRICO COM BATERIAS

MO

TO

R E

LÉ

TR

ICO


Sistemas auxiliares

Etração

PerdasPerdas

CO

NT

RO

LA

DO

R

Energia elétrica da rede

Consumo

Alimentação

Eelétrica


ELÉTRICO SEM BATERIAS

MO

TO

R E

LÉ

TR

ICO


Perdas

Sistemas auxiliares

Etração

PerdasPerdas

CO

NT

RO

LA

DO

R

PILHA ACOMBUSTÍVEL

Vapor d’água

EComb

TANQUE DEHIDROGÊNIO

H2

H2

EE

EE

REFTANQUE DE

COMBUSTÍVELH2

CombustívelArResíduos


ELÉTRICO COM PILHA A COMBUSTÍVEL

MO

TO

R E

LÉ

TR

ICO


Perdas

Sistemas auxiliares

Etração

PerdasPerdas

REF

TANQUE DEHIDROGÊNIO

CO

NT

RO

LA

DO

R

H2BANCO DE BATERIAS

TANQUE DECOMBUSTÍVEL

PILHA ACOMBUSTÍVEL

H2

CombustívelVapor d’água

Ar

EComb

H2

C

DEE

EE

EE

Resíduos


ELÉTRICO COM PILHA A COMBUSTÍVEL E BATERIAS

Legenda - T: Mecanismo de tração; ME: Motor elétrico; C: Controlador; G: Gerador; MCI: Motor de combustão interna; UT: Unidade de tração; UEE: Unidade de estocagem de energia; UCE: Unidade de conversão de energia; FR: Freio regenerativo; A: Carga dos acessórios

T ME BateriasMCI

G

TANQUE DECOMBUSTÍVEL

C

UCE

UEE

UT

AFR

UCE

SISTEMA DE PROPULSÃO HÍBRIDO

HÍBRIDO-ELÉTRICO EM SÉRIE

Legenda - T: Mecanismo de tração; AT: Acoplador de torque; ME: Motor elétrico; C: Controlador; MCI: Motor de combustão interna; UT: Unidade de tração; UEE: Unidade de estocagem de energia; UCE: Unidade de conversão de energia; FR: Freio regenerativo; A: Carga dos acessórios

T

MCI Tanque

UEEUCE

UT AFR

BateriasC

CAIXA DE MARCHAS

AT

ME

SISTEMA DE PROPULSÃO HÍBRIDO

HÍBRIDO-ELÉTRICO EM PARALELO

Source: MAN Latin America, 2010

CLEANER TECHNOLOGIES - DIESEL-HYDRAULIC

CLEANER TECHNOLOGIES – DIESEL-BIODIESEL

Source: MAN Latin America, 2010

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