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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.
PROGRAMA DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES (PET)
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
PANORAMA DO TRANSPORTE NO BRASIL
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
PANORAMA DO TRANSPORTE NO BRASIL
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
PANORAMA DO TRANSPORTE NO BRASIL
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
MUDANÇA PARA MODOS MAIS EFICIENTES
Ref.: D´Agosto (2004); D´Agosto e Ribeiro (2009); D´Agosto (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
MUDANÇA PARA MODOS MAIS EFICIENTES
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)
MUDANÇA PARA MODOS MAIS EFICIENTES
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%
USO DE TECNOLOGIAS E COMBUSTÍVEIS MAIS LIMPOS
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
USO DE TECNOLOGIAS E COMBUSTÍVEIS MAIS LIMPOS
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
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
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
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
Sistema de Propulsão Alternativo
Plataforma P5 A_18m
Plataforma P5 A_21m
Plataforma P5 P
26 t 29 t 17,5 t
Suspensão pneumática
Suspensão pneumática
Suspensão pneumática
Caixa de marcha automática
Caixa de marcha automática
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
Caixa de marcha automática
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
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
-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
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
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
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO
30% menos emissão de CO2
TRANSPORTE URBANO DE CARGA
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
TRANSPORTE URBANO DE CARGA
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
TRANSPORTE URBANO DE CARGA
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%)
TRANSPORTE URBANO DE CARGA
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.
PROGRAMA DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES (PET)
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
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
Sistemas auxiliares
Etração
PerdasPerdas
CO
NT
RO
LA
DO
R
Energia elétrica da rede
Consumo
Alimentação
Eelétrica
SISTEMA DE PROPULSÃO ELÉTRICO
ELÉTRICO SEM BATERIAS
MO
TO
R E
LÉ
TR
ICO
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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
SISTEMA DE PROPULSÃO ELÉTRICO
ELÉTRICO COM PILHA A COMBUSTÍVEL
MO
TO
R E
LÉ
TR
ICO
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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
SISTEMA DE PROPULSÃO ELÉTRICO
ELÉTRICO COM PILHA A COMBUSTÍVEL
MO
TO
R E
LÉ
TR
ICO
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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
SISTEMA DE PROPULSÃO ELÉTRICO
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