projeto de dissertação (pd) - LTC

Transcrição

PROGRAMA DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES
PET/COPPE/UFRJ
PROJETO DE DISSERTAÇÃO (PD)
PD: Projeto de Dissertação - Mestrado COPPE/UFRJ
Engenharia de Transporte
ÁREA: Transporte de Cargas
LINHA DE PESQUISA: Análise e Gestão de Sistema de Transporte de Carga
ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS POTENCIAIS PARA A REDUÇÃO DE
IMPACTOS AMBIENTAIS NO TRANSPORTE RODOVIÁRIO DE CARGA
MESTRANDO: Luíza Santana Franca
ORIENTADOR: Marcio de Almeida D’Agosto
PET/COPPE/UFRJ
Resumo:
O setor de transporte de carga brasileiro vem crescendo continuamente, se caracterizando pela
elevada participação do transporte rodoviário na divisão modal. Esse quadro resulta no alto
consumo de combustíveis fósseis e gera altas emissões de poluentes atmosféricos,
especificamente o CO2, acarretando a necessidade de adoção de novas práticas que possam
minimizar este impacto ambiental. Essa dissertação propõe, como objetivo principal, avaliar
as alternativas tecnológicas que vem sendo estudadas e desenvolvidas no setor do transporte
rodoviário de carga no mundo, para que sua aplicação possa ser considerada e avaliada para o
Brasil, considerando os aspectos políticos, financeiros e ambientais. A metodologia proposta
abrange as etapas (1) revisão bibliográfica sistemática, (2) pesquisa de campo e consulta com
especialistas e (3) consolidação dos resultados, que se desenvolverão ao longo de 2014 e 2015
conforme cronograma previsto.
Palavras-chave: Transporte rodoviário de carga, Alternativas tecnológicas, Combustíveis
alternativos, Sistemas de propulsão alternativos.
PET/COPPE/UFRJ
1. INTRODUÇÃO
O setor de transporte de carga é um sistema complexo que depende de múltiplos fatores,
incluindo a infraestrutura e a organização da produção de bens que irão satisfazer as
necessidades da população. O setor desempenha um importante papel, que é o de promover a
chegada de matérias-primas nas fábricas e de produtos finais aos estabelecimentos comerciais.
Em contrapartida, ele é baseado no consumo expressivo de combustíveis fósseis, sendo que a
queima desses é responsável pela expressiva emissão de poluentes atmosféricos e gases de
efeito estufa para o meio ambiente. Sendo assim, o presente trabalho busca apresentar
melhorias para o setor de forma a modificar esse quadro.
O setor de transporte de carga é caracterizado pela combinação dos diferentes modos:
rodoviário, ferroviário, aquaviário, aéreo e dutoviário. O modo rodoviário é o mais utilizado
para o transporte de carga no mundo, apresentando crescimento nos últimos anos. Os países
da OECD (Organização de Cooperação e Desenvolvimento Econômico) e da União Europeia
(UE) apresentaram crescimento de 1% deste setor em 2011, enquanto a China e a Índia
cresceram 18% e 5%, respectivamente (ITF, 2013). A Comissão Europeia afirma ainda que o
transporte de carga deve crescer 50% entre 2000 e 2020 (European Commission, 2006).
Seguindo essa mesma tendência, no Brasil, ele representou 61,10% da divisão modal do
transporte de carga em 2014, com uma movimentação de 485.625 milhões de Tku (ABCR,
2015). Estimativas apontam que em 2014 a frota de veículos de carga foi de 2.067.067 de
veículos, sendo quase 1,5 milhão de caminhões (ABCR, 2015).
Se comparado com os modos dutoviário, ferroviário e aquaviário, o transporte rodoviário de
carga é o que mais consome energia por unidade de carga transportada (MME, 2012). Em
2005, o transporte rodoviário de carga consumiu em torno de 500 Mtoe (21 EJ) do total de
energia, representando 23% de toda a energia consumida pelo setor de transporte mundial
(IEA, 2009). Além disso, o IEA estima que em 2050 o transporte rodoviário de carga deve
apresentar 50% de crescimento do consumo de energia, com quase o dobro da quantidade de
bens movimentados no mundo (IEA, 2009). Já no Brasil, o transporte de carga representa uma
participação de 41,6% do consumo de energia do setor de transporte, sendo que somente o
modo rodoviário de carga teve uma participação de 56,8% deste mesmo total de energia em
2010, de acordo com (MME, 2012).
Além disso, o modo rodoviário é baseado no consumo de combustíveis fósseis e sua
combustão é responsável pela maior parte das emissões de poluentes atmosféricos e
especificamente o CO2, que é o principal gás de efeito estufa, se comparado aos demais
modos de transporte. Segundo o IPCC, as emissões de gases de efeito estufa pelo setor de
transporte no mundo vêm crescendo muito rapidamente e hoje representam mais do dobro das
emissões no ano de 1970, chegando a alcançar 7,0 Gt CO2eq em 2010 (Figura 1). Somente o
modo rodoviário é responsável por mais de 80% dessas emissões (IPCC, 2014). Já no Brasil,
de acordo com as estimativas feitas pelo Plano Decenal de Energia 2021, o uso de
combustíveis fósseis foi responsável pela emissão de 396 milhões de toneladas de CO2 em
2011. O setor de transporte, sozinho, foi responsável pela emissão de 192 milhões de
toneladas de CO2 no mesmo ano, correspondendo a 49% do total (MME, 2012).
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Figura 1. Emissões diretas de gases de efeito estufa por modo de transporte
Fonte: IPCC (2014)
A fim de reduzir os impactos ambientais oriundos do transporte rodoviário de carga,
alternativas tecnológicas potenciais para a redução dos impactos ambientais no transporte
rodoviário de carga têm sido estudadas e implantadas. No Brasil, a implantação de algumas
delas se deu a partir de exigências da legislação ambiental, em particular para os veículos com
tecnologia convencional, que apontam para menores limites de emissão de poluentes
atmosféricos estabelecidos pelo PROCONVE.
Nesse contexto, a metodologia ―ASIF‖ (do inglês – ―Activity, Structure, Intensity and Fuel‖)
pode ser utilizada como diretriz para este trabalho. Ela foi introduzida pelo Painel
Intergovernamental de Mudanças Climáticas em seu primeiro relatório em 1991 e que
considera 4 linhas de atuação para reduzir o consumo de energia fóssil nos transportes e,
consequentemente, reduzir a emissão de CO2 e poluentes atmosféricos locais. Estas linhas de
atuação são: gestão da atividade (A de ―activity‖), infraestrutura (S de ―structure‖),
intensidade energética (I de ―intensity‖) e fonte de energia (F de ―fuel‖) (WMO/UNEP, 1990).
A tendência futura para o transporte rodoviário de carga, segundo o Painel
Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC), é a melhoria do desempenho energético
dos veículos, com a redução do consumo de combustível e, consequentemente, das emissões
de gases de efeito estufa (IPCC, 2014). No longo prazo, é possível que estes veículos passem
a sofrer modificações no seu projeto, motor, sistema de propulsão e combustível. Essas
medidas consideram as linhas de atuação ―intensidade‖ e ―fonte de energia‖, indicadas pelo
método ASIF.
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Desta forma, o presente trabalho estuda essas duas linhas de atuação, indicadas pelo IPCC
como uma tendência mundial de melhoria do transporte rodoviário de carga. A partir dessas
linhas de atuação, são identificadas alternativas tecnológicas, que podem ser baseadas em três
fatores: o aprimoramento de tecnologia convencional, o desenvolvimento de fontes
alternativas de energia e o desenvolvimento de sistemas alternativos de propulsão. Esses
fatores visam a redução do consumo de energia por parte de todo o sistema de propulsão e,
com isso, a redução das emissões de poluentes atmosféricos locais e dos gases de efeito
estufa.
O aprimoramento da tecnologia convencional considera o desenvolvimento de novos projetos
de veículo, como por exemplo, melhorias aerodinâmicas e melhorias tecnológicas para o
motor dos veículos, para a redução do consumo de energia. Já o desenvolvimento de novas
fontes de energia considera o uso de combustíveis alternativos para serem usados no sistema
de propulsão convencional, como o biodiesel e o gás natural. E, por último, o
desenvolvimento de novos sistemas de propulsão é o estudo de sistemas de propulsão
alternativos ao sistema convencional, como sistemas híbridos e elétricos, por exemplo.
Portanto, como objetivo principal do estudo, procura-se avaliar as alternativas tecnológicas
para a o transporte rodoviário de cargas que promovam a minimização dos impactos
ambientais, considerando os aspectos políticos, financeiros e ambientais. A partir deste
objetivo, busca-se avaliar o potencial de implementação dessas alternativas tecnológicas
frente ao atual emprego da tecnologia convencional no transporte rodoviário de carga,
levando em consideração que esta necessita de um investimento adicional ao se aumentar o
custo de capital a partir de sua aquisição. Porém, este aumento do custo de capital pode ser
compensado pelos benefícios que essas alternativas tecnológicas podem trazer, como a
redução de consumo de energia e da emissão de poluentes atmosféricos e gases de efeito
estufa. Ou seja, é possível existir uma compensação entre os benefícios ambientais e
econômicos, o que vai influenciar na sua implementação.
Com isso, os objetivos específicos deste trabalho podem ser assim enumerados:
 Realizar uma revisão bibliográfica sistemática em artigos científicos e publicações
nacionais e internacionais sobre as alternativas tecnológicas para o transporte rodoviário
de carga, que são estudadas e aplicadas no mundo todo;
 Analisar comparativamente essas tecnologias em função de suas características e os
aspectos financeiros (custo de aquisição da unidade ou equipamento e consumo de
combustível) e ambientais (emissão de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa)
para sua implementação e uso;
 Calcular o custo operacional das alternativas tecnológicas em função do custo de
aquisição de uma unidade ou equipamento e do consumo de combustível;
 Analisar a implementação de cada alternativa tecnológica por meio da ponderação dos
ganhos ambientais em contrapartida aos custos operacionais.
2. VEÍCULOS RODOVIÁRIOS DE CARGA NO BRASIL
Nessa seção serão apresentadas as características e descrição das categorias dos veículos
rodoviários de carga considerados no Brasil, e quais os tipos de motor e combustível que eles
utilizam.
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De acordo com o Inventário Nacional de Emissões Atmosféricas por Veículos Automotores
Rodoviários de 2013 (MMA, 2014), existem 11 tipos de categorias de veículos rodoviários,
tanto para o transporte de carga quanto para o transporte de passageiros. Automóveis e
motocicletas, além de ônibus urbanos, rodoviários e microônibus são usados somente para o
transporte de passageiros, enquanto que caminhões semi-leves, leves, médios, semi-pesados e
pesados são utilizados para o transporte de carga. Veículos comerciais leves é uma categoria
que pode ser usada tanto para o transporte de passageiros quanto para o transporte de carga.
A escolha do combustível se dá de acordo com as características do motor de combustão
interna. Existem dois tipos alternativos de motor de combustão interna: o motor do ciclo Otto,
em que é utilizada a ignição por centelhamento e o motor do ciclo Diesel, em que é utilizada a
ignição por compressão. Esses tipos variam de acordo com os combustíveis que são
queimados e por isso o tipo de ignição vai depender das propriedades químicas de cada um.
Considerando os combustíveis convencionais, no Brasil, o motor do ciclo Otto pode funcionar
com gasolina C, etanol hidratado ou CNG, já o motor do ciclo diesel, o diesel ou uma mistura
de diesel com biodiesel pode ser utilizado (CNT, 2012). A Seção 5.1 apresenta uma
explicação mais completa do funcionamento do motor de combustão interna, que é utilizado
hoje no sistema de propulsão convencional.
A Tabela 1 apresenta cada categoria dos veículos de carga e suas definições.
Categorias
Motor
Veículos comerciais
leves
Otto
Diesel
Tabela 1. Categoria dos veículos de carga
Combustível
Definição
Gasolina C
Etanol hidratado Veículo utilizado para o transporte de
Flex
passageiros e carga, como o peso bruto total
(PBT) de no máximo 3,5t
GNC
Diesel
Caminhões
semileves
(3,5t<PBT< 6t)
Veículo utilizado para o transporte de carga,
com peso bruto total de no mínimo 3,5t e
máximo de 6t
Caminhões leves
(6t<PBT<10t)
Caminhões médios
(10t<PBT<15t)
Diesel
Diesel
Caminhões semipesados (PBT≥15t;
PBTC<40t)
Caminhões pesados
(PBT≥15t;
PBTC≥40t)
Fonte: MMA, 2014
com peso bruto total de no mínimo 6t e
máximo de 10t
com peso bruto total de no mínimo 10t e
máximo de 15t
com peso bruto total de no máximo de 15t e
peso bruto total combinado menor que 40 t.
com peso bruto total de no máximo de 15t e
peso bruto total combinado maior ou igual a
40 t.
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Este trabalho possui o foco nos veículos rodoviários de carga, que podem ser, portanto, os
veículos comerciais leves, que carregam uma menor quantidade de carga (até 3,5t); e os
caminhões semi-leves, leves, médios, semi-pesados e pesados, que podem transportar
progressivamente maior quantidade de carga (de 3,5 a 40t), comparando-se com os veículos
comerciais leves.
3. CONTROLE DAS EMISSÕES VEICULARES NO BRASIL
A preocupação acerca dos impactos na qualidade do ar em centro urbanos no Brasil fez com
que o Conselho Nacional do Ambiente (CONAMA) criasse em 1986 o Programa de Controle
da Poluição do Ar para Veículos Automotores (PROCONVE). O PROCONVE objetiva a
redução das emissões de poluentes atmosféricos locais provenientes dos veículos automotores
e seguiu fases progressivas de desenvolvimento e aprimoramento. Ele define diferentes
limites de emissão de acordo com os motores de combustão interna existentes (CNT, 2012).
Vale ressaltar que este programa define os limites de emissão para poluentes atmosféricos
locais. No caso dos gases de efeito estufa, a Política Nacional sobre a Mudança do Clima
(PNMC), por meio da Lei nº 12.187/2009, oficializa o compromisso voluntário do Brasil
junto à Convenção-Quadro da ONU sobre Mudança do Clima. Ela estabelece a redução da
emissão de gases de efeito estufa entre 36,1% e 38,9% em relação às emissões projetadas até
2020, considerando todos os setores econômicos (MMA, 2015).
Atualmente, em relação aos veículos do ciclo Diesel, o Brasil está na fase P7 do PROCONVE
desde Janeiro de 2012. Os limites de emissão estabelecidos nesta fase equivalem aos limites
estabelecidos pelo Euro V da legislação ambiental europeia. A Tabela 2 apresenta a evolução
dos limites de emissão dos poluentes atmosféricos locais para as diferentes fases do
PROCONVE. Podem ser observadas reduções expressivas das emissões, principalmente
devido ao estabelecimento do P7.
Fases do
PROCONVE
Tabela 2. Limites de emissão para os veículos do ciclo Diesel (g/kWh)
Legislação
CO
HC
NOx
EURO
PM (g/kWh)
brasileira
(g/kWh)
(g/kWh)
(g/kWh)
(CONAMA)
P1
-
14,00
3,50
18,00
-
P2
Euro 0
11,20
2,45
14,40
0,60
P3
Euro I
4,90
1,23
9,00
0,40 ou 0,70
P3
Euro II
4,00
1,10
7,00
0,15
P5
Euro III
2,10
0,66
5,00
0,10 ou 0,13
Res. 18/85
Euro IV
1,50
0,46
3,50
0,02
P7
Euro V
1,50
0,46
2,00
0,02
1989 – 1993
1994 – 1995
Res. 08/93
1996 – 1999
2000 – 2005
2006 – 2008
Res. 315/2
P6
Duração
Res. 403/08
2009 – 2012
Desde 2012
Fonte: CNT, 2012
A fase P7 do PROCONVE demanda, portanto, grandes investimentos na produção de
veículos e combustíveis, para que sejam atingidos os limites estabelecidos. Desta forma, é
necessário que se tenha uma associação entre os dois fatores: tipo de combustível e sistema de
propulsão. Neste sentido, os fabricantes dos motores veiculares são livres para decidirem
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quais tecnologias eles devem investir, considerando maior eficiência e menor custo, desde que
atendam aos limites do P7 (CNT, 2012).
4. METODOLOGIA
A metodologia proposta para a elaboração deste estudo considera o objetivo principal que é
avaliar as alternativas tecnológicas para a o transporte rodoviário de carga, de forma a
minimizar os impactos ambientais do setor. Este objetivo busca avaliar o potencial de
implementação dessas alternativas tecnológicas em detrimento do atual emprego da
tecnologia convencional no transporte rodoviário de carga. Para a escolha dessas alternativas
tecnologias será levado em consideração os aspectos políticos, financeiros e ambientais, de
maneira em que possa eleger quais são as mais promissoras.
Assim, este trabalho apresenta um procedimento metodológico que está dividido em três
etapas: Conhecimento do Problema, Pesquisa em Campo e Consulta a Especialistas e
Consolidação dos Resultados. Vale ressaltar que para este Projeto de Dissertação, somente a
primeira etapa foi realizada.
4.1. 1ª Etapa: Conhecimento do Problema
Nesta primeira etapa é analisado o ponto de vista acadêmico e o estado da arte do problema
estudado, através da análise dos conceitos teóricos relacionados ao problema por meio de uma
revisão bibliográfica narrativa.
Posteriormente, será realizada uma revisão bibliográfica a fim de identificar as alternativas
tecnológicas aplicadas no mundo. Esta etapa é considerada uma pesquisa bibliográfica
sistemática e telematizada, sob o ponto de vista dos procedimentos técnicos.
4.1.1. Procedimento da Revisão Bibliográfica Sistemática
O objetivo da revisão bibliográfica sistemática é sumarizar o estado da arte de uma área de
conhecimento específico, segundo (Rowley e Slack, 2004). O uso de procedimentos
sistemáticos aumenta a confiabilidade dos resultados e diminui a possibilidade de erros (Cook
e Mulrow, 1997). Com o intuito de alcançar este fim e de acordo com (Tranfield e Denyer,
2003), a revisão bibliográfica sistemática é composta por três atividades: o planejamento, a
realização e a comunicação e divulgação da pesquisa.
A atividade de Planejamento busca identificar a necessidade da revisão, elaborar a proposta e
desenvolver o protocolo de revisão. Já na atividade de Realização é feita a identificação,
seleção e inclusão dos trabalhos, a avaliação dos trabalhos incluídos, a extração dos dados e
informações e a sintetização dos resultados. Por fim, a atividade de Comunicação permite que
sejam elaborados relatórios e apresentados os resultados. A Figura 2 esquematiza as
atividades do procedimento de revisão bibliográfica sistemática deste trabalho. A Seção 7
apresenta a sua aplicação.
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Atividade 1:
Planejamento
1.1.
Identificar a
necessidade
da revisão
1.2. Elaborar
a proposta da
revisão
1.3.
Desenvolver o
protocolo da
revisão
Não
Atividade 2:
Realização
Atividade 3:
Comunicação
e Divulgação
2.1.
Identificar e
incluir os
trabalhos
2.2. Avaliar
os trabalhos
incluídos
3.1. Elaborar
os relatórios
3.2.
Apresentar os
resultados
Os resultado
atende a
necessidade
de revisão?
Sim
2.3. Extrair
dados e
informações
2.4. Sintetizar
os dados
Figura 2. Procedimento da Revisão Bibliográfica Sistemática
4.2. 2ª Etapa: Análise do custo operacional
Esta etapa pretende calcular o custo operacional de cada alternativa tecnológica em função
dos dados levantados pela revisão bibliográfica sistemática. Esse cálculo será em função do
custo de aquisição de uma dada unidade ou equipamento e em função do consumo de
combustível. Desta forma, será possível analisar, para um dado tipo de operação, as
influências financeiras resultantes da implementação de cada alternativa tecnológica e, assim,
poderá ser avaliado como os ganhos ambientais obtidos por cada uma compensarão esse
investimento.
Considera-se que as mais promissoras para serem investidas no Brasil possam contemplar: (1)
baixo custo de aquisição de cada unidade ou equipamento; (2) alta economia de combustível e
(3) alta redução de emissão de poluentes atmosféricos. Esses três atributos indicam as
potenciais vantagens do uso de alternativas tecnológicas perante o uso de tecnologias
convencionais, justificando, assim, seu estudo e desenvolvimento.
4.3. 3ª Etapa: Consolidação dos resultados
O objetivo desta etapa é identificar as alternativas tecnológicas mais promissoras que possam
ser implantadas no Brasil, considerando cada tipo de operação, em função do que foi
observado nas Etapas 1 e 2. Os resultados da Etapa 1 serão obtidos através da análise
comparativa entre as características levantadas pela revisão bibliográfica sistemática. Já os
resultados das entrevistas com especialistas, que compõem a Etapa 2, serão compilados e
avaliados. A consolidação dos resultados comporá as conclusões da dissertação.
De uma forma geral, a metodologia proposta para a dissertação abrange um tipo de pesquisa
que pode ser classificada como quantitativa e qualitativa, quanto ao ponto de vista da forma
de abordagem do problema, pois a primeira etapa contempla um levantamento de dados
qualitativos do custo de aquisição de cada unidade ou equipamento alternativo, emissão de
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poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa e consumo de combustível, obtidos pela
revisão bibliográfica sistemática. E qualitativa, pois a metodologia abrange a consulta com
especialistas que indicarão seus pontos de vista a cerca das características de cada alternativa
tecnológica.
Do ponto de vista da natureza da pesquisa, essa dissertação pode ser classificada como
pesquisa aplicada, pois pretende gerar conhecimentos acerca das alternativas tecnológicas
para o transporte rodoviário de carga que possam ser aplicados na prática. Os resultados dessa
dissertação proporão soluções para a minimização dos impactos ambientais provenientes do
transporte rodoviário de carga.
Do ponto de vista dos objetivos e fins, esta dissertação pode ser classificada como pesquisa
explicativa ao pretender justificar os motivos para o emprego das alternativas tecnológicas
sugeridas, baseando-se numa pesquisa descritiva para caracterizar as diferentes alternativas
tecnológicas existentes.
5. TECNOLOGIA CONVENCIONAL PARA O TRANSPORTE RODOVIÁRIO DE
CARGA
Nesta seção será apresentada a tecnologia convencional que é utilizada hoje no transporte
rodoviário de carga em função das duas linhas de atuação do ASIF, ―intensidade e
―combustível‖.
A ―intensidade‖ está relacionada com a demanda de energia pelo sistema para fazer com que
o veículo entre em movimento, que será equilibrada pela oferta de energia. A demanda por
energia se dá pelas forças a que um veículo em movimento está submetido, que são: força
aerodinâmica, força de resistência ao rolamento e a inércia. A força aerodinâmica é a que atua
no veículo em função da resistência que o ar impõe ao o seu deslocamento e depende
principalmente da velocidade e da área frontal do veículo. A força de resistência ao rolamento
é a força que age no veículo pelo contato do pneu com o pavimento e depende do peso do
veículo, das características dos pneus e da rugosidade do pavimento. E a inércia é a força que
deve ser vencida para o veículo sair do estado em que está parado, para o estado em
movimento (aceleração), sendo em função da massa do veículo. É importante ressaltar que
por mais que a força de resistência ao rolamento dificulte o movimento, ela é necessária para
a sua realização, pois se não houvesse essa força o veículo patinaria e não sairia da inércia.
A força aerodinâmica é calculada segundo a Equação 1 e a de resistência ao rolamento
segundo a Equação 2. Vale ressaltar que os coeficientes de arrasto aerodinâmico e de
resistência ao rolamento são determinados por testes experimentais através da variação do
formato do projeto do veículo e do tipo de pavimento, respectivamente.
(1)
Sendo:
FA = força aerodinâmica
ρ = massa específica do ar
c = coeficiente de arrasto aerodinâmico
A = área frontal do veículo
v = velocidade do veículo
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(2)
Sendo:
FRR = força de resistência ao rolamento
α = coeficiente de resistência ao rolamento
N = força normal
Já a oferta de energia se dá pelo sistema de propulsão, que faz com que gere energia para o
veículo se movimentar. A energia é proveniente da fonte de energia utilizada,
convencionalmente um combustível derivado do petróleo. Cada combustível apresenta um
determinado poder calorífico, que determina a quantidade de energia liberada na queima.
Desta forma, cada tipo de combustível apresenta certa densidade energética que determina sua
capacidade de liberar uma unidade energia por uma unidade de massa.
Desta forma, os componentes do veículo apresentam uma perda de energia ao longo da
operação, tanto relativas à ineficiência do sistema de propulsão, do sistema de transmissão e
equipamentos auxiliares, quanto em relação às demandas de energia pelo sistema (inércia e
forças aerodinâmica e de resistência ao rolamento). A variação percentual dessas perdas é
indicada na Figura 3, tanto para uma operação urbana quanto para a interurbana.
Sistema de propulsão:
Urbano: 58 – 60%
Interurbano: 58 – 59%
Aerodinâmica:
Urbano: 4 - 10%
Interurbano: 15 - 22%
Inércia:
Urbano: 15 - 20%
Interurbano: 0 - 2%
Resistência ao rolamento:
Urbano: 8 - 12%
Interurbano: 13 - 16%
Sistema de transmissão:
Urbano: 5 - 6%
Interurbano: 2 - 4%
Equipamentos auxiliares:
Urbano: 7 - 8%
Interurbano: 1 - 4%
Figura 3. Perdas de energia no sistema
Fonte: Adaptado de World Bank (2010)
A partir dessas definições conceituais, serão apresentadas as tecnologias convencionais
aplicadas hoje no transporte de carga, de acordo com o tipo de sistema de propulsão e o tipo
de combustível.
5.1. Sistema de Propulsão Convencional
Entende-se por veículos com tecnologia convencional aqueles equipados com motor de
combustão interna, sistema de transmissão mecânico e que utilizam combustível derivado do
petróleo. O motor de combustão interna é o conversor de energia usada com mais frequência
para veículos automotores (Bosch, 2004). Eles geram energia através da conversão de energia
química contida no combustível em energia térmica e esta, por sua vez, em energia mecânica
através da rotação de uma manivela que faz com que o trabalho linear da força oriunda da
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pressão dos gases queimados sobre a cabeça do pistão seja convertido a um trabalho
rotacional do eixo da manivela (Folkson, 2014).
Um motor de combustão interna também pode ser definido conforme os arranjos de ignição.
O projeto de ignição, com formação interna da mistura ar/combustível, se baseia em uma
centelha elétrica ou vela para iniciar a combustão. Na auto-ignição, a mistura se inflama na
medida em que se aquece até a sua temperatura de ignição durante a compressão, ou quando o
combustível é injetado no ar, cujas condições-limites permitem a evaporação e a ignição. O
motor do ciclo Otto é um motor com formação interna da mistura ar/combustível e apresenta
ignição por centelhamento, já motor do ciclo Diesel é um motor com formação interna da
mistura ar/combustível e apresenta auto-ignição por compressão (Bosch, 2004).. O
combustível fica armazenado no tanque de combustível e a queima do combustível ocorre no
interior do motor de combustão interna, indicados na Figura 4.
Um motor de combustão interna pode operar por duas formas: num ciclo de dois tempos (2T)
ou num ciclo de quatro tempos (4T). Os ciclos se diferenciam pela quantidade de rotações que
o eixo de manivelas consegue realizar por cada combustão individual. Cada ciclo envolve a
movimentação vertical do pistão, o que corresponde a uma rotação de 180º do eixo de
manivelas no ciclo 2T e 720º no ciclo de 4T. Desta forma, o ciclo de dois tempos gera quase o
dobro de energia comparado ao ciclo 4T (Folkson, 2014). O ciclo de 4T opera com as etapas
(Figura 4): admissão de ar e combustível para haver a mistura, compressão da mistura pela
subida do pistão, explosão/expansão do combustível e descida do pistão e descarga dos gases
queimados. Já o ciclo de 2T inclui apenas as etapas: compressão, explosão e expansão, de
forma que os fluxos de admissão de ar e exaustão dos gases atravessam a mesma passagem.
Figura 4. Etapas do ciclo de 4T
Fonte: Folkson, 2014
A partir da movimentação do eixo de manivelas presente no sistema de conversão de energia
a energia mecânica será transmitida para as rodas do veículo por meio do sistema de
transmissão de energia. O eixo de manivelas está acoplado a um volante (prato pesado) e este
a uma embreagem que os acopla a uma caixa de pares de engrenagens (caixa de marchas) de
tamanhos diferenciados para cada marcha, de forma que a primeira marcha seja a engrenagem
de maior diâmetro, pois é a marcha que faz com que o veículo saia da inércia e entre em
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movimento. As marchas seguintes estão relacionadas a engrenagens de diâmetros menores,
progressivamente. A caixa de marchas é a responsável pela troca de uma marcha para outra
por meio do funcionamento de uma embreagem acionada pelo condutor, que a acopla ao
motor.
Por fim, a caixa de marchas está ligada ao eixo de transmissão que, por fim, se ligará à
estrutura denominada diferencial, que fará a mudança da direção da rotação que está no eixo
de transmissão (Eeixo indicado na Figura 5) para o eixo perpendicular de tração das rodas
(Etração indicado na Figura 5). O diferencial também é responsável por regular a rotação das
rodas de forma diferenciada ao longo de uma curva. A Figura 5 esquematiza o funcionamento
de um sistema de propulsão convencional.
Figura 5. Sistema de propulsão convencional
Fonte: D‘Agosto, 2004
5.2. Fonte De Energia Convencional
Este trabalho considera que as fontes de energia convencionais são os combustíveis fósseis
derivados do petróleo e que já são largamente usados nos dias de hoje. Desta forma, para o
transporte de carga rodoviário, no Brasil é utilizado o diesel, tanto nos caminhões semi-leves,
leves, médios, semi-pesados e pesados quanto nos veículos comerciais leves, que também
utilizam a gasolina C. Contudo, os veículos comerciais leves também utilizam em menor
escala o etanol hidratado e o gás natural (MMA, 2014), sendo considerado, portanto, fontes
alternativas de energia.
No caso do Brasil, o óleo diesel é o produto oleoso mais abundante obtido a partir do refino
do petróleo bruto. Sua composição apresenta, basicamente, hidrocarbonetos (compostos
orgânicos que contêm átomos de carbono e hidrogênio) e, em baixas concentrações, enxofre,
nitrogênio e oxigênio. É um produto inflamável, com nível médio de toxicidade, pouco
volátil, sem material em suspensão, límpido, com cheiro forte e característico (CNT, 2015).
Ele é produzido durante o refino do petróleo, por meio do processo de destilação fracionada.
São obtidas frações chamadas de óleo diesel leve e pesado, essenciais para a produção do óleo
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diesel comercial especificado. A uma temperatura entre 250°C e 350°C podem ser associadas
outras frações, como a nafta, o querosene e o gasóleo leve. A proporção desses componentes
permite enquadrar o produto final em especificações previamente definidas, a fim de
favorecer o bom desempenho do produto, minimizando o desgaste prematuro dos motores e
manter a emissão de poluentes, gerados na queima do produto, em níveis aceitáveis (CNT,
2015). Desta forma, o diesel é um hidrocarboneto de cadeia longa, apresentando de 13 a 25
carbonos.
No Brasil, conforme a Resolução n. 65, de 09 de dezembro de 2011, da Agência Nacional de
Petróleo, Gás Natural e Bicombustíveis (ANP, 2015), o óleo diesel de uso rodoviário
classifica-se em:
I - óleo diesel A: Combustível produzido por processos de refino de petróleo, centrais de
matérias-primas petroquímicas ou autorizado nos termos do § 1º do art. 1º da Resolução ANP
nº 65,de 9/12/2011, destinado a veículos dotados de motores do ciclo Diesel, de uso
rodoviário, sem adição de biodiesel.
II - óleo diesel B: Óleo diesel A adicionado de biodiesel no teor estabelecido pela legislação
vigente.
O óleo diesel com adição de biodiesel apresenta a denominação BX, sendo X a porcentagem
correspondente à quantidade de biodiesel adicionado à mistura. Por exemplo, B2, B5, B20 e
B100 são combustíveis com uma concentração de 2%, 5%, 20% e 100% de biodiesel,
respectivamente.
Desde 2008, em função da Lei n. 11.097, de 13 de janeiro de 2005, todo óleo diesel nacional
disponível ao consumidor final é acrescido de biodiesel. A partir de 1º de novembro de 2014,
a Lei 13.033 torna definitivo a adoção de 7% de biodiesel. Essa mistura é denominada óleo
diesel B7 que, além de corrigir a lubricidade do óleo diesel, reduz os níveis de emissão de
poluentes atmosféricos pelos veículos. Quanto ao teor de enxofre, os combustíveis
comercializados ao consumidor final possuem 10 mg/kg de enxofre (S10), 50 mg/kg de
enxofre (S50), 500 mg/kg de enxofre (S500) e 1.800 mg/kg de enxofre (S1800).
O óleo diesel para comercialização, além do biodiesel, recebe também aditivos em sua
composição. Esses aditivos aprimoram algumas características, visando maior desempenho do
combustível. Os aditivos, normalmente incorporados aos combustíveis, são antiespumantes,
desmulsificantes, detergentes, dispersantes e inibidores de corrosão. Com esses aditivos,
pretende-se evitar que o diesel forme emulsão com a água, dificultando sua separação do
produto e impedindo a drenagem. Além de permitir um rápido e completo enchimento dos
tanques, que antes eram prejudicados pela formação de espuma, os aditivos mantêm limpa a
câmara de combustão, aumentando a vida útil do motor (CNT, 2015).
Por outro lado, segundo a RESOLUÇÃO ANP Nº 57, de 20/10/2011, as gasolinas
automotivas classificam-se em:
I - gasolina A - combustível produzido por processo de refino de petróleo ou formulado
por meio da mistura de correntes provenientes do refino de petróleo e processamento de gás
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natural, destinado aos veículos automotivos dotados de motores ciclo Otto, isento de
componentes oxigenados;
II - gasolina C - combustível obtido da mistura de gasolina A e etanol anidro
combustível, nas proporções definidas pela legislação em vigor.
Assim, a gasolina C que é a utilizada em veículos comerciais leves. Ela é constituída
basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados. Esses
hidrocarbonetos são, em geral, mais "leves" do que aqueles que compõem o óleo diesel, pois
são formados por moléculas de menor cadeia carbônica (normalmente de 4 a 12 átomos de
carbono). Além deles, a gasolina contém compostos de enxofre, nitrogênio e compostos
metálicos, todos eles em baixas concentrações. A faixa de destilação da gasolina automotiva
varia de 30 a 215ºC (Petrobras, 2015). Atualmente a gasolina C apresenta um teor de enxofre
de 50 ppm desde 1º de janeiro de 2014 (Petrobras, 2015) e a composição obrigatória de 25%
de etanol anidro desde 1º de março de 2013, segundo a Portaria MAPA Nº 105, conforme a
Resolução CIMA Nº 1, de 28 de fevereiro de 2013 (Petrobras, 2015).
6. ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS PARA O TRANSPORTE RODOVIÁRIO
DE CARGA
A partir do entendimento da tecnologia convencional para o transporte rodoviário de carga,
serão apresentadas as alternativas tecnológicas para este setor, considerando as possibilidades
de aprimoramento da tecnologia convencional, o desenvolvimento de novas fontes energia e
novos sistemas de propulsão. Os conceitos foram levantados por meio de uma revisão
bibliográfica narrativa.
6.1. Aprimoramento de Tecnologia Convencional
O motor de combustão interna é um modo primário de geração de energia para os veículos e,
por isso, é a tecnologia mais usada atualmente e, possivelmente, nas próximas décadas que
virão. Desta forma, é necessário que ela continue se desenvolvendo de forma a se adaptar às
novas legislações ambientais que existem hoje e às alternativas tecnológicas que vêm se
desenvolvendo, a fim de que o consumo de energia possa ser reduzido e, consequentemente,
as emissões de gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos. Assim, serão apresentadas
diferentes oportunidades de melhoria da tecnologia convencional, de forma a melhorar tanto a
eficiência do sistema de propulsão como em relação à melhoria do projeto dos veículos de
forma as forças que atuam sob o veículo para que ele se movimente.
6.1.1. Mudanças no projeto dos veículos
Existem muitos estudos que indicam melhorias no projeto dos veículos de forma que o
consumo de combustível possa ser reduzido. Elas atuam na demanda por energia que o
veículo precisa vencer para se movimentar. Desta forma, as melhorias podem atuar na
redução da força aerodinâmica ou na redução da força de resistência ao rolamento. Para
reduzir a primeira, é possível reduzir a área frontal do veículo ou reduzir o coeficiente de
arrasto aerodinâmico, por meio de um novo projeto de veículo, que tenha um formato mais
parecido com uma gota d´água (Figura 6).
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Figura 6. Novo projeto de veículo com formato de gota
Para que o veículo tenha mais aparência de gota d´agua, pode-se adicionar os seguintes itens,
ilustradas pela Figura 6 (Folkson, 2014):
 Defletores superiores dianteiro e traseiro;
 Pára-choque aerodinâmico;
 Espelhos aerodinâmicos;
 Fechamento do espaço entre a cabine e a carroceria;
 Defletores inferiores laterais;
 Defletores traseiros.
Em relação às melhorias que possam reduzir a força de resistência ao rolamento, é possível
reduzir o coeficiente de resistência ao rolamento, por meio de um novo projeto do conjunto
rodas e pneus, ou então reduzir o peso do veículo. Para reduzir o coeficiente de resistência ao
rolamento, existem as seguintes possibilidades:
 Rodas e pneus de baixa resistência ao rolamento;
 Rodas únicas ao invés de rodas duplas;
 Sistema automático de controle da calibragem dos pneus.
Tanto às melhorias relacionadas à força de resistência aerodinâmica, quanto às relacionadas à
força de resistência ao rolamento são ilustradas pela Figura 7.
Defletores
inferiores
laterais
Fechamento do espaço
entre a cabine e a
carroceria
Defletor
superior
dianteiro
Pára-choque
aerodinâmico
Defletor
traseiro
Rodas e
pneus de
baixa
resistência ao
rolamento
Defletor lateral
para o tanque
de combustível
Figura 7. Melhorias no projeto do veículo convencional
Fonte: Adaptado de CAI Asia Center, 2011
Espelhos
aerodinâmicos
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6.1.2. Mudanças no projeto do motor
Segundo Folkson (2014), existem três possíveis formas de alterar o motor para que tenha um
menor consumo de combustível, que pode levar à redução da emissão de poluentes
atmosféricos. Uma delas é a redução da velocidade por meio da redução da velocidade do
pistão e da válvula de admissão de combustível. Essa medida, também chamada de downspeeding, é capaz de reduzir o consumo específico de combustível pela redução da fricção
entre as peças dos equipamentos. É possível aumentar a taxa de compressão para que se tenha
uma maior eficiência termodinâmica.
Outra forma de alterar o motor é reduzir a admissão de ar e combustível para a câmara de
combustão, também chamado de down-breathing. Essa medida reduz a eficiência volumétrica
da combustão ao utilizar um ciclo termodinâmico avançado e uma pressão muito alta de
admissão. Desta forma, o tempo de abertura das válvulas é otimizado, fazendo com que se
reduza o consumo específico de combustível e a razão ar/combustível, ao reduzir as perdas de
combustível durante a aspiração.
Por fim, é possível também fazer um down-sizing, ou seja, reduzir o tamanho do motor por
meio de duas formas, sendo que para ambos deve-se reforçar a atuação do turbocompressor e
aumentar a pressão no tubo de admissão. A primeira é pela potência constante, ou seja,
manter a pressão constante e carga completa no torque enquanto reduz a rotação do motor. E
pela segunda é possível manter a rotação do motor com o aumento da potência ou
modificação do torque. O primeiro tipo é capaz de atingir maior redução do consumo de
combustível.
6.1.3. Sistemas de redução das emissões de poluentes atmosféricos locais
Devido à necessidade de reduzir as emissões de poluentes atmosféricos locais, imposta pela
legislação ambiental tanto no Brasil quanto no mundo, novas tecnologias vêm se
desenvolvendo e tem sido testadas, entre elas as tecnologias de pós-tratamento, como o
sistema de redução catalítica seletiva (selective catalytic reduction - SRC), sistema de
recirculação dos gases de exaustão (exhaust gas recirculation - EGR), catalisador diesel de
oxigênio (diesel oxidation catalyst - DOC) e a tecnologia de captura de NOx (lean NOx trap LNT). Também é possível desenvolver um sistema de combustão de baixa temperatura. Vale
ressaltar que as emissões de NOx são uma grande preocupação pois, diferente dos outros
poluentes, eles são emitidos a altas temperaturas e, por isso, deve ter um tratamento
diferenciado.
Primeiramente, o SCR é um sistema que injeta um agente redutor a base de ureia nos gases de
exaustão, antes deles passarem pelo catalisador. Quando a mistura rica em amônia reage com
os gases NO (óxido nítrico) e NO2 (dióxido de nitrogênio), ela gera nitrogênio e água,
reduzindo assim a formação de NOx na atmosfera. Esse sistema também pode promover uma
redução do consumo de combustível, ao antecipar o tempo de injeção de combustível.
Contudo, ele apresenta algumas desvantagens como alto custo e elevado peso, possibilidade
de formação de um depósito de ureia no motor, a possibilidade de emissão de poluentes
secundários e a necessidade de um tanque de ureia (Folkson, 2014).
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Outra forma de atuar nos gases de exaustão é implementar um sistema EGR, que promove a
recirculação dos gases, com um sistema de resfriamento a alta ou a baixa pressão. Os gases de
exaustão são novamente direcionados para a entrada do motor de combustão interna, de forma
que os gases sejam reintroduzidos em conjunto com o sistema de injeção de ar. Por meio
desse sistema é possível reduzir as emissões de NOx reduzindo a temperatura de combustão e
a concentração de oxigênio no coletor de admissão. Ele provoca também a redução da razão
ar/combustível e retarda o tempo de injeção de combustível (Folkson, 2014).
Adicionalmente, o DOC é um catalisador de malha metálica ou cerâmica que é capaz de
oxidar as emissões de HC e CO por meio da presença de oxigênio no fluxo dos gases de
exaustão, convertendo-os em CO2 e vapor d‘água. É necessário manter esse catalisador abaixo
de uma determinada temperatura não muito alta de forma a ter uma boa eficiência. Frações
orgânicas e hidrocarbonetos aromáticos podem ser consumidos no DOC, por outro lado, ele
pode gerar ácido sulfúrico e ureia (Folkson, 2014).
Em relação às emissões de MP, pode-se usar o DOC ou então um filtro de material
particulado (diesel particulate filter - DPF). O DOC é capaz de controlar as emissões das
partículas líquidas e o DPF da fumaça e fuligem, por meio de um filtro.
Já, o LNT é uma tecnologia que absorve NOx dos gases de exaustão durante a combustão
pobre, o armazena e libera o gás resultante. Durante o armazenamento, o NO é oxidado por
um catalisador metálico para formar NO2, que posteriormente reage com um material
absorvente para formar nitrato inorgânico, sendo liberado como nitrogênio. Ele só libera os
produtos quando o sistema está saturado. Esse sistema também é pode reduzir as emissões de
HC e CO (Folkson, 2014).
Por fim, no caso de um sistema de combustão a baixa temperatura, é possível controlar as
emissões de NOx e material particulado, além de reduzir o consumo específico de
combustível. Ele comporta diferentes mecanismos em conjunto e provoca uma combustão de
curta duração. Normalmente utiliza alta taxa de recirculação dos gases de exaustão, alta taxa
de compressão do pistão e baixa razão ar/combustível.
6.1.4. Mudanças no sistema de admissão de ar
O sistema de admissão de ar de um motor convencional é composto pelo filtro, canais de
entrada e saída, coletor de admissão, sistema de válvulas, turbocompressor e refrigerador. O
turbocompressor atua na relação ar/combustível e, para aumentar sua eficiência, pode-se
promover mudanças em sua geometria a fim de reduzir desperdícios de energia (Folkson,
2014).
Desta forma, o objetivo das mudanças no sistema de admissão de ar é balancear os
componentes em relação à restrição do fluxo de ar e a eficiência termodinâmica, de forma a
reduzir as emissões de gases de efeito estufa e de NOx.
6.1.5. Mudanças do sistema de válvulas
A eficiência do motor é afetada pelo tempo de abertura das válvulas e pelo fluxo do ar através
de restrições ao longo das válvulas e orifícios de admissão e exaustão de gases. Essas válvulas
funcionam para a regulagem da entrada de ar e saída de gases pela câmara de combustão.
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Desta forma, a atuação das válvulas interfere diretamente no consumo de combustível e,
consequentemente, nas emissões de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa (Folkson,
2014).
É possível ter uma atuação variável das válvulas, de forma que se possa regular o processo de
combustão e controlar o funcionamento do motor para diferentes características de operação.
6.1.6. Sistemas de recuperação de calor
Sistemas de recuperação de calor representam uma oportunidade de aproveitar o calor perdido
durante a combustão, que é liberado junto com os gases de exaustão, de forma a aumentar a
eficiência térmica do motor. Existem dois tipos de sistemas de recuperação de calor (Folkson,
2014):
 Recuperação do calor como energia mecânica ou elétrica: turbocomposição (ou
turbocompounding), ciclo orgânico Rankine e ciclos termodinâmicos (ou thermodynamic
bottoming cycles);
 Recuperação do calor como energia térmica: cogeração e aquecimento da cabine dos
veículos.
É possível que esses sistemas possam ser aplicados em conjunto com o EGR. A tendência
para veículos pesados é o uso de sistemas de turbocomposição elétrica e ciclo Rankine ou
Brayton em conjunto com a hibridização elétrica ou mecânica.
O sistema de ciclo Rankine normalmente opera junto com o sistema EGR, de forma a
aproveitar o calor quando o gás passa pelo processo de recirculação. Ele é composto por um
evaporador, um expansor, um condensador e uma bomba. O evaporador possui uma alta
eficiência de troca de calor e é capaz de absorver o calor e transferi-lo para um fluido de
trabalho, que no caso é o etanol. O expansor, que pode ser uma turbina axial, um expansor de
pistão, um parafuso ou um expansor de rolagem, é responsável por produzir energia mecânica
ou elétrica pela expansão do fluido de trabalho. Por fim, o condensador rejeita o calor não
aproveitado para a atmosfera.
Já para o caso da turbocomposição, existem quatro tipos possíveis: turbocomposição
mecânica ou elétrica pelo uso de uma turbina de energia e turbocomposição mecânica ou
elétrica pelo uso da turbina do turbocompressor. Quando é utilizada uma turbina, ela pode ter
um fluxo axial ou radial e seu eixo está conectado ao eixo de manivelas do motor de forma a
gerar energia para o sistema. Em contrapartida, esse tipo de equipamento é normalmente
pesado, complexo e caro. Para o tipo de turbocomposição sem turbina, um sistema de
engrenagens é acoplado ao eixo de manivelas do motor de forma a controlar sua velocidade
de rotação, sendo necessário fazer um balanceamento de energia no turbocompressor e o
compressor. Ele representa uma forma flexível de equilibrar as duas gerações de energia. E no
caso da geração de energia elétrica, pode ser acoplado um gerador à turbina ou então um
equipamento elétrico acoplado ao turbocompressor para gerar energia ou alimentar um motor
elétrico. O gerador deve estar localizado próximo ao compressor.
6.1.7. Tecnologias de redução da fricção
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No motor de combustão interna existem perdas de energia ao longo do sistema devido,
principalmente, ao atrito entre as unidades do motor, como o conjunto de êmbolos (45 – 50%
de perda), os rolamentos (20 – 30% de perda) e acessórios do motor (20 – 25% de perda) e as
válvulas (7 – 15% de perda) (Folkson, 2014).
Para reduzir essas perdas é possível atuar no formato das superfícies de contato, em materiais
e revestimentos e em lubrificantes e aditivos. Para o formato das superfícies de contato,
podem ser desenvolvidos novos projetos para reduzir a área de contato e otimizar os
componentes de superfície, promovendo uma lubrificação hidrodinâmica. Materiais
resistentes ao desgaste, revestimentos e aditivos anti-desgaste também podem ser
considerados. E no caso de lubrificantes, a tendência é o uso daqueles com baixa viscosidade.
6.1.8. Controle eletrônico de otimização da performance do motor
Modernos sistemas de propulsão convencional têm adotado sofisticados sistemas de controle
eletrônico, sendo responsáveis por otimizar a performance do motor e garantir sua
durabilidade, além de promover a redução do consumo e das emissões de poluentes
atmosféricos locais e gases de efeito estufa (Folkson, 2014).
Esses sistemas podem usar sensores, atuadores, algoritmos de controle ou modelos preditivos
que lidam com as diferentes interações dos subsistemas. As tendências para seu
desenvolvimento possuem enfoque na redução do consumo de combustível e em atender aos
limites de emissão estabelecidos por lei. Também é possível que os controles eletrônicos
possam se tornar instrumentos de previsão e não de mitigação. Por fim, existe uma tendência
também para o desenvolvimento de controles dinâmicos em tempo real.
6.1.9. Redução da ociosidade do veículo
O transporte rodoviário de carga utiliza uma quantidade expressiva de energia quando o
veículo está ocioso. A ociosidade do veículo pode ocorrer de duas formas: não-discricionária
e dicricionária. O tipo não-discricionária está relacionado à operação do veículo ao longo de
congestionamentos, em que o veículo anda e pára constantemente. Já o tipo discricionário
ocorre durante a operação de carga e descarga, para manter o funcionamento de elementos
como o elevador para carga e descarga da carroceria e a caçamba; e nos períodos de espera,
em que o veículo fica ligado aguardando alguma atividade (como carregar ou descarregar)
(Jain, Chen e Schwank, 2006).
Desta forma, o veículo gasta muita energia que não será usada para movimentá-lo, e sim com
operações de serviço necessárias, porém que não são muito eficientes e dispõem de elevado
consumo de energia. Esse comportamento resulta no aumento das emissões de poluentes
atmosféricos locais devido ao alto consumo de combustível.
A fim de reduzir esse consumo excessivo de energia, é possível instalar no veículo pequenas
unidades de energia. Existem vários tipos de unidades de energia, como os aquecedores
diretos (DFH), que fornecem calor a partir da chama da combustão e o transferem para um
pequeno trocador de calor; os sistemas de armazenamento térmico (TSS), que são dispositivos
de um material especial que permite transferir e armazenar a energia térmica proveniente do
motor e dos sistemas de ar condicionado, quando o veículo está em movimento e as unidades
auxiliares de energia (APU), que são dispositivos contendo um pequeno motor de combustão
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interna, movido normalmente a diesel, que está ligado a um gerador e a um recuperador de
calor, para gerar eletricidade e calor. Vale ressaltar que as APUs também podem apresentar
um dispositivo de célula-combustível, ao invés de um motor de combustão interna, que
podem ser do tipo óxido sólido (SOFC) ou do tipo membrana (PEMFC) (Jain, Chen e
Schwank, 2006).
Por outro lado, é possível adotar outra medida, diferente do acoplamento de uma unidade de
energia, que é a parada para eletrificação do veículo (TSE). Em certas paradas ao longo da
operação pode-se colocar um dispositivo de plug-in, que fornecerá energia ao veículo para
seus sistemas auxiliares, não relacionados ao sistema de propulsão.
6.2. Desenvolvimento de Fontes Alternativas de Energia
Este trabalho considera como fonte alternativa de energia aquela proveniente de fonte
renovável de energia e/ou que não é utilizado em grande escala. São eles: biodiesel, gás
natural, biogás, álcoois (metanol, etanol e butanol), dimetil éter, diesel sintético (CTL, GTL,
BTL, HVO e diesel de cana) e hidrogênio. Especificamente no caso do diesel sintético, ele
pode ser proveniente de um processo de produção derivado do petróleo ou então de uma fonte
renovável de energia. Vale ressaltar que as fontes alternativas de energia são utilizadas em
sistemas de propulsão convencional, sendo necessárias apenas algumas modificações no
motor, dependendo do caso.
Também é possível adotar aditivos para melhorar o desempenho da combustão. Eles podem
ser de dois tipos: para combustíveis acabados e para o desempenho do combustível. O
primeiro está relacionado a garantir que o combustível esteja apto para uso e em
conformidade com os padrões locais e o segundo tipo ajuda a melhorar o desempenho durante
a queima do combustível (Folkson, 2014).
A Agência Internacional de Energia (IEA) aponta que a principal oportunidade para a redução
das emissões de CO2 do transporte rodoviário de carga é o uso de combustíveis alternativos
(IEA, 2009). Aqueles com maior participação mundial são apresentados na Figura 8,
considerando uma porcentagem baseado no consumo de energia anual em milhões de
toneladas de petróleo equivalente (Mtoe). Nas subseções seguintes serão apresentadas as
características relacionadas a cada um.
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35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
etanol
metanol biodiesel diesel
renovável
GTL
CTL
gás
natural e
biogás
LPG
GLP
Legenda:
diesel renovável – diesel sintético produzido a partir de uma fonte renovável
GTL – diesel sintético produzido a partir do gás natural, pelo processo de Fischer-Tropsch
CTL - diesel sintético produzido a partir do carvão, pelo processo de Fischer-Tropsch
GLP – gás liquefeito do petróleo
Figura 8. Participação dos combustíveis alternativos no suprimento de energia mundial
Fonte: Folkson, 2014
6.2.1. Biodiesel
O biodiesel é um combustível produzido a partir do processo de transesterificação que utiliza
óleos vegetais, como óleo de soja, de girassol e de palma; gorduras animais, como o sebo
bovino; ou óleos residuais, como o óleo de fritura.
O processo de transesterificação (também chamado alcoólise) é a reação de trigicerídeo ou
ácido graxo com álcool para formar éster e glicerina. Um catalisador é geralmente utilizado
para melhorar o rendimento da reação. Para se evitar a possibilidade, mesmo que remota, de
reversão da reação, o excesso de álcool é reintroduzido no processo. Entre os alcoóis que
podem ser utilizados na transesterificação estão o metanol, etanol, propanol, butanol e álcool
amílico (Ma e Hanna, 1999). Quando o processo utiliza o metanol, ele é chamado
transesterificação por rota metílica, e quando utiliza o etanol, por rota etílica.
A reação pode ser catalisada por bases, ácidos ou enzimas, podendo ser o hidróxido de sódio
(NaOH), o hidróxido de potássio (KOH), os carbonatos e correspondentes de sódio e os
alcóxidos de potássio, tais como o metóxido de sódio, etóxido de sódio, propóxido de sódio e
butóxido de sódio. Ácido sulfúrico, ácidos sulfónicos e ácido clorídrico são geralmente
utilizados como catalisadores ácidos. As lípases também podem ser utilizadas como
biocatalisadores (Ma e Hanna, 1999).
O biodiesel pode ser usado em motores à combustão interna do ciclo Diesel, podendo
substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil (Knothe et al, 2006). Além
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disso, ele é não-tóxico, não contém compostos aromáticos, possui maior biodegradabilidade
que o diesel de petróleo, é menos poluente para a água e para o solo e não contém enxofre.
Ele oferece um manuseio seguro na forma pura e mostra reduzida toxicidade oral e dérmica
de compostos mutagênicos e carcinogênicos (Kalligeros et at, 2003.)
Desta forma, ele pode ser utilizado em uma mistura percentual com o diesel, sendo a mistura
queimada no motor de combustão interna, ou então pode ser utilizado na tecnologia duplo
combustível, onde o veículo comporta dois tanques de combustível (um para o diesel e outro
para o biodiesel B100), para uma queima diferenciada no motor de combustão interna. Essa
tecnologia possui um tanque para o biodiesel com aquecimento por meio de uma serpentina
conectada com o sistema de água quente do motor a fim de permitir sua utilização em locais
com baixas temperaturas. Além disso, o sistema de alimentação possuem borrachas sintéticas
e componentes de alumínio, aço carbono e/ou aço inox, para evitar a corrosão pelo
combustível. O uso de cada combustível vai depender da carga e da condição de operação do
motor (MAN, 2010).
6.2.2. Gás Natural
O gás natural é composto principalmente pelo metano, cerca de 80% a 90%, além do etano,
propano e outros hidrocarbonetos e gases. Ele pode estar disponível na natureza sob a forma
associada, quando está associado ao petróleo, e sob a forma não-associada, quando existe uma
reserva apenas de gás. No caso associado, o gás é extraído em conjunto com a extração do
petróleo.
Tanto o gás natural associado quanto o não-associado recebem um processamento para
separar o metano dos outros gases para comercializá-lo. Após o processamento do gás, ele
pode ser comprimido ou liquefeito. O gás natural comprimido (GNC) é o que é
comercializado hoje nos dispositivos de abastecimento de veículos e, por isso, também é
chamado de gás natural veicular (GNV).
Devido às suas características, o GNV pode ser utilizado no veículo de carga de duas formas:
num motor de combustão interna de ignição por centelhamento, sendo um motor dedicado
aouso do GNV e num motor de combustão interna de ignição por compressão, sendo um
veículo dual-fuel. No primeiro caso, é fabricado um veículo equipado com motor de
combustão interna de ignição por centelhamento que possa queimar o gás natural, não sendo
utilizado outro combustível. Ou então o veículo pode ser adaptado com o ―kit gás‖ e
funcionará como duplo combustível. Já no segundo caso, é colocado um dispositivo de
conversão no veículo de forma a utilizar tanto o diesel como o GNV, possuindo um tanque
para cada combustível. Neste caso, em marcha lenta, após ser acionado, o motor utiliza diesel
posteriormente passa a usar GNV quando aumenta a carga e rotação do motor, passando o
diesel a funcionar como um precursor para a combustão do gás.
6.2.3. GLP
O gás liquefeito de petróleo é um gás derivado do petróleo. Este é extraído a partir da sua
destilação, a uma faixa de até 40ºC.
No Brasil esse gás é comercializado apenas para uso doméstico, comercial e industrial, não
sendo possível utilizá-lo em veículos. Mas em países europeus, norte-americanos e asiáticos é
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possível utilizar em veículos, sendo visto como um combustível alternativo pois não é
comercializado em larga escala (Folkson, 2014).
6.2.4. Biogás
O biogás é um composto obtido a partir da decomposição da matéria orgânica, como o esgoto
sanitário, resíduos sólidos, resíduo natural da poda de plantas e culturas vegetais. Ele pode ser
liberado naturalmente para a atmosférica a partir da decomposição de resíduos sólidos em
aterros sanitários, ou então pode ser produzido a partir da digestão anaeróbia do esgoto,
excrementos de animais ou outro material orgânico (Folkson, 2014).
Diferentemente do gás natural, o biogás apresenta em sua composição menor quantidade de
metano, além da presença de outros gases como o CO2. Assim, ele também passa por uma
processo de purificação para retirar o metano e poder ser comercializado em conjunto com o
gás natural, sendo utilizado nos veículos da mesma forma.
6.2.5. Álcoois
Embora sejam utilizados atualmente para o abastecimento de veículos leves no transporte de
passageiros, os álcoois estão recebendo cada vez mais atenção no transporte de carga devido à
promoção da redução da emissão de gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos. O
metanol, etanol e o butanol podem ser produzidos a partir da matéria orgânica e estudos como
os de Merritt et al (2005), Xiaoyan et al (2008), Xiaoyan et al (2006), Giakoumis e Rakopoulo
(2013), Sarjovaara et al (2013), Lindfeldt et al (2010), McKinnon et al (2010), Willkrans
(2005) e Kroon (2005) mostram a sua utilização em veículos de carga, podendo ser da forma
pura ou misturada ao diesel.
O metanol é produzido a partir da gasificação da biomassa (Lindfeldt et al, 2010), ou a partir
do carvão e do petróleo (Rakopoulos et al, 2011), pela reforma a vapor do gás natural
(Champagne, 2008), apresentando uma cadeia química menor e, com isso, uma maior
miscibilidade com o diesel (Rakopoulos et al, 2011). Já o etanol é um biocombustível
produzido a partir da fermentação do açúcar de vegetais como a cana-de-açúcar, a beterraba,
cevada, sendo considerado um combustível de primeira geração, ou então a partir de resíduos
naturais da planta, como bagaço e palha, sendo considerado de segunda geração. Apesar de
ser utilizado em veículos com motores do ciclo Otto, o etanol também pode ser usado em
veículo do ciclo diesel, podendo ser adicionado ao diesel ou ser utilizado puro.
Existem três formas possíveis de utilizar o etanol em motores do ciclo diesel: fumigação do
etanol para a entrada em conjunto com a admissão do ar por meio da carburação ou injeção no
coletor por sistema de injeção dupla, sendo requerida uma alta pressão de injeção e a mistura
do etanol com diesel por meio de um emulsificador para misturar os dois combustíveis
evitando que eles se separem. Porém, existem alguns desafios para a mistura do etanol com o
diesel. A sua adição ao diesel pode reduzir a lubricidade da mistura, além de ser processado a
um menor ponto de inflamação e criar um desgaste da bomba de combustível, particularmente
durante a partida. Além disso, o etanol apresenta menor viscosidade, poder calorífico e um
menor número cetano que o diesel, podendo interferir na eficiência da combustão. Ele ainda
possui um menor ponto de inflamação e um alto potencial de formação de vapor em espaços
confinados se comparado ao diesel, necessitando de maiores precauções para estocagem e
manuseio (Giakoumis e Rakopoulo, 2013).
PET/COPPE/UFRJ
Por fim, o butanol também é produzido a partir da biomassa da mesma forma que o etanol,
sendo possível produzi-lo também a partir do petróleo. Ele é um composto de quatro carbonos
e apresenta uma maior cadeia que o etanol, apresentando, por isso, maiores conteúdo
energético, número cetano, viscosidade, ponto de inflamação, miscibilidade com o diesel e
menor pressão de vapor que o etanol (Giakoumis e Rakopoulo, 2013). Por isso, ele se
apresenta como uma importante alternativa, podendo também ser usado puro ou misturado ao
diesel.
6.2.6. DME
O dimetil éter (DME) é um composto produzido a partir da gasificação da biomassa, sendo
considerado um biocombustível de segunda geração, pois é produzido a partir da celulose de
resíduos vegetais (Lindfeldt et al, 2010). Ele apresenta a mesma fórmula química que o
etanol, porém o etanol apresenta uma associação molecular mais forte, pela ligação com
hidrogênio (Giakoumis e Rakopoulo, 2013).
Ele pode ser usado em um motor de combustão interna de ignição por compressão, podendo
ser um substituto do GNV. Ele apresenta baixa lubricidade e viscosidade, sendo necessário
adicionar um aditivo para seu uso. Além disso, é possível que um veículo abastecido com
DME possa dispor do mesmo conteúdo calorífico e do mesmo período de injeção que do
motor a diesel (Goto, Oguma e Suzuki, 2005).
6.2.7. Diesel Sintético
O diesel sintético é um composto que apresenta características químicas semelhantes ao diesel
de petróleo, apresentando diferentes formas de produção. Este trabalho considera como diesel
sintético, aqueles sintetizados a partir de um gás sintético obtido do gás natural (GTL), do
carvão (CTL) ou da biomassa (BTL); aquele produzido a partir do hidrotratamento de óleos
vegetais (HVO); e o diesel de cana-de-açúcar.
A produção de GTL, CTL e BTL, consiste em três etapas: geração de um gás sintético,
conversão do gás pelo processo Fischer-Tropsch e geração do produto. No caso do GTL o gás
sintético é produzido pela reação entre metano, vapor e/ou oxigênio para a reforma de CO,
CO2 e H2. Para o CTL, é o carvão, ao invés do metano, que reage com vapor e oxigênio para a
formação do gás sintético (Vosloo, 2008). Por outro lado, no caso do BTL, o gás sintético é
produzido pela gasificação da celulose da biomassa (Champagne, 2008).
Já para o HVO, o diesel sintético é composto de hidrocarbonetos parafínicos e são livres de
enxofre e compostos aromáticos. É produzido a partir do hidrotatamento de óleos vegetais
provenientes da canola, girassol, soja ou palma, ou ainda de óleo alternativos como o de
jatropha, alga e gorduras animais, de forma a não competir com o setor alimentício. O
processo de hidrotratamento consiste no uso do hidrogênio para a remoção do oxigênio do
triglicerídeo (óleo vegetal) e posterior refinamento para a formação do composto. O processo
gera GLP, que é usado para suprir a energia do processo, gasolina e diesel (Aatola et al,
2008). O HVO apresenta número de cetano muito alto e características parecidas com o GTL
e o BTL.
PET/COPPE/UFRJ
Por fim, o diesel de cana-de-açúcar é um hidrocarboneto com uma cadeia de 15 carbonos
produzido a partir da fermentação do extrato da cana-de-açúcar por uma levedura
geneticamente modificada, que libera a substância ―farnesene‖ para a conversão do açúcar em
combustível. O processo é completo pela separação e finalização química do diesel, que
substituem os processos de destilação e desidratação para a produção de etanol (Amyris,
2008).
6.2.8. Hidrogênio
O hidrogênio é considerado um combustível de queima limpa, por gerar apenas vapor d‘água,
sendo, por isso, uma alternativa potencial aos combustíveis fósseis que são responsáveis pela
emissão de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa. Em contrapartida, é importante
avaliar todo o ciclo de vida do combustível, que no caso do hidrogênio pode aumentar as
emissões de poluentes atmosféricos no seu suprimento, dependendo do processo químico de
produção que é utilizado.
Ele pode ser produzido pelo processo de gasificação termoquímica em conjunto com uma
transformação do gás, por uma rápida pirólise seguida de uma reforma das frações de hidrato
de carbono do bio-óleo, pela conversão do gás sintético produzido pela biomassa, pela
conversão supercrítica ou microbial da biomassa ou ainda pela fermentação de hidrogênio
escuro. Também pode ser produzido a partir de compostos líquidos, como etanol, metanol e
amônia (Champagne, 2008).
A oportunidade de uso deste combustível no transporte rodoviário é aplicá-lo em um motor
elétrico alimentado a uma pilha a combustível, onde o hidrogênio alimenta uma célula a
combustível para gerar energia elétrica para a movimentação do veículo. Outra forma de
utilização do hidrogênio é numa mistura com gás natural com aplicação num motor de
combustão interna a gás, ou seja, um motor com ignição por centelhamento (Park et al, 2011).
6.3. Desenvolvimento de Sistemas de Propulsão Alternativos
Os veículos com sistemas de propulsão alternativos são aqueles que apresentam um sistema
diferenciado em relação aos veículos equipados com motor de combustão interna e sistema de
transmissão mecânico, como é o caso dos veículos híbridos, elétricos a bateria e elétricos a
pilha-combustível, por exemplo A seguir serão apresentadas as características de cada um
individualmente.
6.3.1. Veículos Híbridos
Nos veículos com propulsão híbrida é usada mais de uma fonte de propulsão. Propulsões
híbridas podem incorporar vários acumuladores e/ou conversores de energia, similares ou
diferentes. O objetivo do desenvolvimento da propulsão híbrida é combinar diversos
propulsores de modo a aproveitar as vantagens de cada um sob diferentes condições
operacionais, fazendo com que a soma das vantagens compense os altos custos associados à
propulsão híbrida. Em muitas configurações de propulsões híbridas o motor de combustão
interna é dimensionado para uma dada faixa de potência necessária, que é suplementada por
acumuladores de energia mecânicos ou elétricos (Bosch, 2004).
Existem propulsões híbridas que não possuem motor de combustão interna e usam somente
componentes de propulsão elétrica alimentadas a partir de baterias ou de uma rede de
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transmissão elétrica externa. Outros possuem duas fontes diferentes de energia eletroquímica
combinadas de modo a obter uma fonte de alta potência e uma fonte de alta capacidade de
armazenamento. Propulsões híbridas que combinam um motor de combustão interna com um
propulsor elétrico são as mais utilizadas atualmente (Bosch, 2004).
Existem duas configurações possíveis para um sistema de propulsão híbrido elétrico: em série
ou em paralelo. Na configuração em série, o motor de combustão interna é ligado diretamente
a um gerador que transformará a energia mecânica em elétrica. Este, por sua vez, está
acoplado a um controlador, que permite a troca de energia com o banco de baterias e com o
motor elétrico, liberando energia quando necessária para o funcionamento do motor e
armazenando energia excedente no banco de baterias. Por fim, destaca-se o motor elétrico que
está acoplado ao eixo de tração das rodas e será responsável pelo movimento do veículo.
Desta forma, ambos os motores de combustão interna e elétrico são responsáveis por gerar
energia e essa configuração permite uma melhor eficiência térmica do motor de combustão
interna e, com isso, reduzir as emissões atmosféricas (Folkson, 2014). A Figura 9 apresenta
esquematicamente esse tipo de sistema de propulsão.
Figura 9. Esquema do sistema de propulsão híbrido em série
Por outro lado, na configuração em paralelo o motor de combustão interna e o motor elétrico
são independentes e ambos podem tracionar o veículo. A decisão de qual motor será usado é
feita por meio de controle automático, que faz com que o motor elétrico seja acionado durante
a partida e movimentação do veículo a baixas velocidades, sendo o motor de combustão
interna utilizado para maiores velocidades. O motor elétrico está conectado a um controlador
e ao banco de baterias, que também podem armazenar a energia cinética regenerada durante a
frenagem. A Figura 10 apresenta esquematicamente esse tipo de sistema de propulsão híbrido
em paralelo.
PET/COPPE/UFRJ
Figura 10. Esquema do sistema de propulsão híbrido em paralelo
Ainda é possível utilizar um sistema misto, que incorpora os sistemas em série e paralelo em
conjunto. É possível aproveitar os melhores recursos que ambos os sistemas podem oferecer,
no caso do sistema em série com o seu melhor índice de autonomia para longos percursos e o
paralelo a possibilidade de mover o veículo com o motor de combustão desligado (Rodrigues,
2009).
Em contrapartida, é possível ter outra configuração híbrida diesel-mecânica que não apresenta
um sistema de conversão e nem de transmissão de energia: é a chamada tecnologia flywheel.
Ela é composta por um sistema de engrenagens com rotação livre (flywheel), um sistema de
transmissão variável contínuo (CVT) e uma conexão linear. Nesta tecnologia, a energia
cinética proveniente da frenagem é recuperada e armazenada na flywheel pelo CVT.
Conforme a energia vai sendo transferida na conexão linear para a flywheel, essa própria ajuda
a desacelerar o veículo. Quando o veículo é novamente acelerado, a energia armazenada é
novamente transferida para as rodas pelo CVT. Essa tecnologia vem ganhando força
atualmente em função da necessidade de se reduzir a emissão de poluentes (Folkson, 2014).
Adicionalmente, existe ainda outro tipo de sistema híbrido, o sistema de propulsão híbrido
diesel-hidráulico. Neste caso, ao invés de ser usado um motor elétrico e um controlador em
conjunto com o motor de combustão interna, é utilizado um motor hidráulica e um
acumulador hidráulico, que armazena energia cinética liberada pela frenagem das rodas por
meio de um fluido.
Da mesma forma que o sistema de propulsão híbrido diesel-elétrico, o híbrido dieselhidráulico também podem ter as configurações em série e em paralelo. No sistema hibrido
hidráulico em série, toda a transferência de potência mecânica do motor a combustão é
transmitido diretamente para as rodas por meio de uma transmissão hidráulica. A estratégia de
funcionamento deste sistema é carregar o acumulador durante os eventos de frenagem e usar
esta energia hidráulica armazenada para movimentar o veículo. Durante a frenagem, o motor
hidráulico funciona como uma bomba, succionando um fluido do reservatório de baixa
pressão e carregando o acumulador de alta pressão (Rodrigues, 2010).
Já a configuração em paralelo, a movimentação das rodas pode consumir somente a energia
hidráulica armazenada no acumulador, não sendo necessária a utilização do motor de
combustão interna. Durante a desaceleração, o motor succiona o fluido do reservatório
hidráulico transmitindo o mesmo para o acumulador, realizando o trabalho de pressurização
do fluido. No momento em que o veículo necessita realizar a aceleração, o fluido pressurizado
PET/COPPE/UFRJ
no acumulador é descarregado para o motor que por sua vez, irá, através da pressão e vazão
de fluido recebido, transmitir torque para a caixa de marchas conectada ao sistema de tração
do veículo (Rodrigues, 2010). O motor de combustão interna, por sua vez, segue o mesmo
princípio do sistema híbrido diesel-elétrico em paralelo, sendo acionado quando o veículo
atinge maiores velocidades.
Desta forma, as diferenças entre os sistemas de propulsão híbrido diesel-elétrico e o híbrido
diesel-hidráulico podem ser resumidas da forma apresentada na Tabela 3.
Tabela 3. Comparação dos sistemas híbridos diesel-elétrico e diesel-hidráulico
Sistema de propulsão híbrido diesel-elétrico
Sistema de propulsão híbrido diesel-hidráulico
O excesso de potência do motor é continuamente
A energia cinética da frenagem é armazenada em um
acumulado em uma bateria durante um período mais
acumulador hidráulico e imediatamente reutilizada
longo e utilizado conforme necessidade
para a partida
Alta densidade energética e baixa densidade de
Alta densidade de potência e baixa densidade
potência: A bateria pode absorver uma grande
energética: Há limites para a quantidade de energia
quantidade de energia, mas o tempo de carga é
que o sistema pode acumular. Porém, demora menos
relativamente longo, não sendo possível recuperar
coletar e armazenar esta energia, sendo utilizada à
integralmente a energia de frenagem
medida que for requerida
A energia é armazenada em baterias.
A energia total de frenagem é alimentada em um
acumulador hidráulico e armazenada.
Fonte: Adaptado de Bosh, 2011
6.3.2. Veículos Elétricos
Os veículos elétricos são aqueles que apresentam somente o motor elétrico para tração, por
isso, não emitem poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa, além de serem mais
eficientes em comparação aos veículos equipados com sistema de propulsão convencional.
Neles o responsável pela regulagem da potência de tração é geralmente o controlador,
convertendo a posição do acelerador nos respectivos valores de corrente e tensão para serem
transmitidas ao motor elétrico (Bosch, 2004).
O fornecimento de energia para o controlador pode ser de duas formas: pela energia elétrica
da rede, pulg-in ou por uma célula-combustível. No primeiro caso, o veículo é conectado
diretamente a uma rede externa, fazendo o abastecimento direto de energia elétrica para o
funcionamento do motor via controlador. Já no caso dos veículos plug-in, eles apresentam um
banco de baterias que é conectado a uma ligação pulg-in, para que ele seja abastecido por uma
rede externa. A energia elétrica será armazenada no bando de baterias, que fornecerá essa
energia ao motor pelo controlador. O esquema de funcionamento desse sistema está
esquematizado na Figura 11.
PET/COPPE/UFRJ
Figura 11. Esquema do sistema de propulsão elétrico
Fonte: D‘Agosto, 2004.
Por fim, a célula-combustível é uma célula eletroquímica que utiliza a energia química de um
combustível apropriado para transformar continuamente em energia elétrica usando o
oxigênio atmosférico. Os combustíveis mais comuns para esta finalidade são o hidrogênio, o
metanol, e, em menor escala, o metano (a temperaturas muito altas). Como os combustíveis
convencionais não podem ser usados diretamente, eles devem ser convertidos em H2 através
de uma reação química de reforma gasosa. Um sistema a pilha combustível opera com
elevada eficiência e baixa emissão de poluentes.
Embora há muito tempo se tente fazer com que as pilhas combustível funcionem diretamente
com diversos combustíveis, as atuais necessitam de H2 como fonte de energia. Para uma
aplicação no transporte rodoviário, o H2 precisa ser armazenado no veículo ou extraído de
outra fonte de energia a bordo por meio de um processo de reforma química (Bosch, 2004). A
Figura 12 apresenta esquematicamente esse sistema de propulsão.
Figura 12. Esquema do sistema de propulsão a célula-combustível
Fonte: D‘Agosto, 2004.
PET/COPPE/UFRJ
A partir da definição das tecnologias convencionais e da apresentação das alternativas
tecnológicas para o transporte rodoviário de carga, serão caracterizados e contabilizados na
próxima seção os trabalhos encontrados pela revisão bibliográfica sistemática, de acordo com
a metodologia apresentada na Seção 4.
7. APLICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
SISTEMÁTICA E RESULTADOS ENCONTRADOS
Seguindo a metodologia de revisão bibliográfica sistemática apresentada na Seção 4 deste
trabalho será apresentada a aplicação do procedimento utilizado e serão apresentados os
resultados encontrados nas atividades.
7.1. Atividade 1: Planejamento
Esta atividade consiste em identificar a necessidade deste trabalho adotar a revisão
bibliográfica sistemática e, a partir daí, elaborar a proposta e protocolo que será utilizado
neste processo.
7.1.1. Identificar a necessidade da revisão
Conforme exposto nas Seções 1 e 5 deste trabalho, o transporte rodoviário de carga é o mais
utilizado atualmente e consome uma expressiva quantidade de energia proveniente do
petróleo, o que faz com que ele seja responsável por grande parte das emissões de poluentes
atmosféricos e gases de efeito estufa. Desta forma, faz-se necessário identificar as alternativas
tecnológicas existentes para o este setor, de forma que modifique este quadro.
Sendo assim, é necessária a elaboração de uma revisão bibliográfica sistemática das
alternativas tecnológicas existentes no mundo para verificar quais são as mais expressivas e
levantar os dados do custo de aquisição por unidade ou equipamento, o consumo de
combustível e as emissões de gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos. A partir daí,
será possível avaliar quais são as oportunidades de investimento, tendo em vista que as
redução das emissões de gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos podem compensar o
aumento do custo operacional pelo investimento.
7.1.2. Elaborar a proposta da revisão
A proposta deste trabalho é analisar as alternativas tecnológicas para o transporte rodoviário
de carga que fazem parte das duas linhas de atuação do ASIF, ―intensidade e ―combustível‖.
Desta forma, foi realizada uma revisão bibliográfica sistemática a fim de caracterizar as
alternativas tecnológicas em função de três fatores: o aprimoramento de tecnologia
convencional, o desenvolvimento de novas fontes de energia e o desenvolvimento de novos
sistemas de propulsão. Será feita uma comparação destas alternativas tecnológicas em função
dos aspectos financeiro (avaliado pelo atributo custo de aquisição de cada unidade ou
equipamento), econômico (avaliado pelo atributo consumo de combustível) e ambiental
(avaliado pelo atributo emissão de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa).
7.1.3. Desenvolver o protocolo da revisão
PET/COPPE/UFRJ
O protocolo de revisão bibliográfica sistemática segue as etapas de Identificação, Seleção e
Inclusão dos trabalhos. Por meio da etapa de Identificação dos trabalhos, foi possível
selecionar aqueles que se relacionavam com a temática direcionada pelas palavras-chave, de
modo que pudesse encontrar as referências que indicassem uma redução do impacto
ambiental de veículos rodoviários de carga movidos por motor diesel. Assim, a base de dados
compôs artigos científicos de periódicos internacionais encontrados na base Science Direct,
artigos científicos de congressos, relatórios técnicos elaborados por instituições
internacionais, relatórios empresariais de fabricantes de veículos de carga, guias de boas
práticas, feitos por instituições internacionais para uma boa prática da logística e transporte de
carga e, por fim, livros didáticos sobre a temática em questão. Para o caso das referências que
não foram buscadas pela Base de Dados Science Direct, optou-se por fazer um levantamento
por meio de uma pesquisa na internet de instituições internacionais que atuam na área de
energia e transporte de carga e empresas fabricantes de veículos de carga que atuam no Brasil.
Nesta etapa, também foi feita uma delimitação temporal considerando os 10 últimos anos. A
Figura 13 ilustra essa etapa.
IDENTIFICAÇÃO DOS TRABALHOS
Base de dados: Science
Direct, instituições
internacionais, fabricantes
de veículos, congressos na
área
Operador
Boleano:
―e‖
―ou‖
Delimitação
temporal: 2004 - 2014
Operador
Boleano:
―e‖
Objeto de estudo:
veículos rodoviários de
carga com motor do
ciclo Diesel
Pavaras-chave: alternative fuels for freight
transport; alternative fuels for heavy-duty vehicles;
alternative fuels for trucks; alternative propulsion
system for freight transport; green freight transport;
green technologies for freight transport; hybrid
electric heavy-duty vehicles; low carbon freight
transport; sustainable freight transport
―ou‖
Tipos de trabalho:
periódicos científicos,
relatórios técnicos,
―ou‖
relatórios empresariais,
guias de boas práticas,
livros
Abordagem
geográfica: não
delimitada
Figura 13. Etapa de Identificação dos trabalhos
Posteriormente foi feita a etapa de Seleção dos trabalhos, com o objetivo de selecionar
aqueles que apresentam alguma alternativa tecnológica como melhoria para o transporte de
carga. Desta forma, estudos que indicassem alguma melhoria não tecnológica ou alguma
melhoria na gestão do sistema foram excluídos.
PET/COPPE/UFRJ
Por fim, a etapa de Inclusão dos trabalhos permitiu selecionar apenas aqueles que apresentam
uma quantificação dos resultados do estudo de alternativas tecnológicas para o transporte
rodoviário de carga. Tanto artigos que apresentam uma aplicação quanto artigos que sejam
apenas uma revisão na literatura puderam ser selecionados, desde que apresentassem a
quantificação dos resultados. Desta forma, trabalhos que apenas apresentassem uma solução
ou indicassem uma avaliação qualitativa das alternativas tecnológicas não foram incluídos. Os
resultados quantitativos buscados estão relacionados com os aspectos econômico, financeiro e
ambiental, por meio da quantificação dos indicadores consumo de combustível, custo de
aquisição de cada unidade ou equipamento e emissão de poluentes atmosféricos e gases de
efeito estufa, respectivamente. Estes são medidos quando se compara a alternativa tecnológica
com a tecnologia convencional, ou seja, o quanto a alternativa é melhor ou pior em relação à
tecnologia convencional. A Figura 14 ilustra as etapas de Seleção e Inclusão dos trabalhos.
SELEÇÃO DOS TRABALHOS
Abordagem temática:
alternativas
tecnológicas para o
transporte rodoviário
de carga
INCLUSÃO DOS TRABALHOS
Inclusão: trabalhos
que apresentam uma
aplicação com
quantificação de
resultados
Inclusão: trabalhos
que apresentam uma
revisão na literatura
com quantificação de
resultados
Exclusão: trabalhos
que apresentam uma
aplicação, porém sem
quantificação dos
resultados
Figura 14. Etapas de Seleção e Inclusão dos trabalhos
7.2. Atividade 2: Realização
Esta atividade consiste em apresentar os resultados encontrados pela revisão bibliográfica
sistemática e identificar e avaliar os trabalhos incluídos no processo. Posteriormente serão
apresentados os dados extraídos deste processo.
7.2.1. Identificar e incluir os trabalhos
Seguindo a metodologia apresentada na Seção 4 para a revisão bibliográfica sistemática,
foram reunidos 148 trabalhos, sendo identificados 135 que abordam soluções para a redução
dos impactos ambientais do transporte rodoviário de carga. Dentre eles, 123 trabalhos
puderam ser selecionados, onde apresentam um estudo sobre alternativas tecnológicas. Por
PET/COPPE/UFRJ
fim, foram incluídos 79 trabalhos que realmente apresentam uma quantificação dos resultados
ao se adotar certa alternativa tecnológica para o transporte rodoviário de carga. Desta forma,
foram excluídos 13 trabalhos na etapa de Identificação, 12 trabalhos na etapa de Seleção e 44
trabalhos na etapa de Inclusão, resultando num total de 69 trabalhos excluídos, que
representam 51,1% dos trabalhos reunidos pela revisão bibliográfica sistemática (Figura 15).
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Identificados
Selecionados
Incluídos
Figura 15. Quantidade de trabalhos reunidos em cada etapa da revisão sistemática
Dentre os trabalhos identificados pela revisão, a maioria apresenta um estudo de aplicação de
uma determinada alternativa tecnológica para o transporte rodoviário de carga (83,9%) e
apresentam os resultados quantificados (56,4%). Poucos apresentam somente um estudo de
revisão na literatura (Figura 16).
140
120
100
80
Sim
60
Não
40
20
0
Apresentam revisão de
literatura
Apresentam aplicação
Quantificam resultados
individuais
Figura 16. Características dos trabalhos identificados pela revisão sistemática
7.2.2. Avaliar os trabalhos incluídos
PET/COPPE/UFRJ
A revisão bibliográfica sistemática permitiu incluir 79 trabalhos, sejam artigos científicos,
relatórios técnicos ou empresariais, guias de boas práticas e livros didáticos. A partir da
Figura 17 é possível observar que 45,6% dos trabalhos foram obtidos por meio de revistas
científicas internacionais. Publicações de instituições internacionais também tiveram destaque
no processo de revisão sistemática.
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Artigos
científicos de
periódicos
internacionais
Artigos
Relatórios
Guias de boas
científicos de empresariais de
práticas
congressos
fabricantes de
veículos de
carga
Relatórios
Livros didáticos
técnicos de
instituições
internacionais
Figura 17. Distribuição dos trabalhos por tipo de referência
Os artigos científicos também foram reunidos de acordo com o local de estudo. A partir da
Figura 18 é possível observar que a Europa e a Ásia são os dois continentes que mais tiveram
artigos publicados, ambos representando 21,5% do total de artigos reunidos respectivamente.
35
30
25
20
15
10
5
0
América do
Norte
América do Sul
Ásia
Europa
Oceania
Não
especificado
Figura 18. Distribuição da quantidade de artigos por local de estudo
As publicações incluídas pela revisão bibliográfica sistemática tiveram a distribuição
temporal indicada pela Figura 19. A maior parte deles foi publicada em 2005 e 2013.
PET/COPPE/UFRJ
16
14
12
10
8
6
4
2
0
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Figura 19. Distribuição da quantidade de artigos por ano de publicação
Em relação aos artigos científicos pesquisados na base de dados Science Direct pela revisão
bibliográfica sistemática, foram incluídos 36 artigos por meio de dez palavras-chave, sendo
que a maior quantidade de artigos reunidos foi a partir das palavras-chave alternative fuels for
heavy-duty vehicles e alternative fuels for trucks. A distribuição da quantidade de artigos por
palavra-chave é indicada na Figura 20.
low carbon freight transport
hybrid hydraulic heavy-duty vehicles
green freight transport
alternative propulsion system for freight transport
alternative fuels for trucks
alternative fuels for heavy-duty vehicles
alternative fuels for freight transport
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Figura 20. Distribuição da quantidade de artigos reunidos por palavra-chave
Por fim, considerando apenas os artigos científicos publicados em periódicos internacionais,
foram levantados 17 periódicos diferentes pela revisão bibliográfica sistemática. A maior
quantidade de artigos científicos foi publicada nos periódicos Energy e Energy Policy,
representando 27,8% do total de artigos reunidos. Porém a grande parte dos artigos é
proveniente de diferentes revistas, como é possível observar pela Figura 21.
PET/COPPE/UFRJ
Energy Policy
Energy
Transportation Research Part D
Fuel
Fuel Processing Technology
Renewable and Sustainable Energy Reviews
Procedia - Social and Behavioral Sciences
Atmospheric Environment
Waste Management
Transportation Research Part E
Journal of Scientific and Industrial Research
Journal of Power Sources
Journal of Environmental Sciences
Journal of Cleaner Production
International journal o f hydrogen energy
Energy Conversion and Management
Applied Energy
0
1
2
3
4
5
6
Figura 21. Distribuição da quantidade de artigos publicados por revista internacional
7.2.3. Extrair dados e informações
A revisão bibliográfica sistemática permitiu levantar 79 trabalhos que puderam fornecer
resultados quantitativos de estudos sobre as alternativas tecnológicas para o transporte
rodoviário de carga. Desta forma, foram agrupados os resultados dos indicadores consumo de
combustível, custo de aquisição de cada unidade ou equipamento e emissão de poluentes
atmosféricos e gases de efeito estufa, indicados pelos trabalhos. O consumo de combustível é
medido em porcentagem de redução ou aumento, o de aquisição de cada unidade ou
equipamento da alternativa tecnológica é medido em US$/unidade e as emissões em
porcentagem de redução ou aumento. No caso de haver o custo em euros ou libras, foi feita a
conversão para dólar considerando a conversão de € 1 corresponder a US$ 1,13, e £ 1 a US$
1,50 (indicada pelo Banco Central em 30/01/15).
Após selecionar os resultados apresentados pelos trabalhos, foi feito o agrupamento dos
resultados de cada alternativa tecnológica, respeitando as características de operação
(distribuição, coleta ou transferência) e tipo de veículo de cada estudo (veículo comercial leve
e caminhão semi-leve, leve, médio, semi-pesado ou pesado), quando indicava.
Os resultados são apresentados no ANEXO I deste trabalho, sob a forma de uma tabela, onde
as alternativas tecnológicas são separadas em Desenvolvimento de Novos Sistemas de
Propulsão, Desenvolvimento de Novas Fontes de Energia e Aprimoramento de Tecnologia
Convencional. A análise dos resultados está descrita na sub-seção a seguir.
7.2.4. Sintetizar os dados
A partir dos dados organizados pela tabela apresentada no ANEXO I, foi possível identificar
os intervalos de variação dos valores dos aspectos observados pelo presente trabalho. Esses
intervalos foram obtidos pelo levantamento da amplitude total (Governo do Estado do
PET/COPPE/UFRJ
Amazonas, 2004) dos dados obtidos para cada alternativa tecnológica, determinando os
valores mínimo e máximo, para que fosse definido o intervalo. Esse procedimento foi seguido
para a obtenção dos resultados dos aspectos financeiro e ambiental de cada alternativa
tecnológica, levando em consideração as especificidades de cada estudo.
Cél
ula
co
mb
ustí
vel
a
hid
rog
Elétrico a êni
bateria o
Assim, as Figuras 22, 23 e 24 apresentam as variações de consumo de combustível, custo de
aquisição da alternativa tecnológica e emissão de CO2 para o desenvolvimento de novos
sistemas de propulsão.
não especificado
caminhão pesado, distribuição
distribuição
não especificado
Híbrido dieselhidráulico
caminhão pesado, transferência
caminhão pesado, coleta
caminhão pesado
caminhão médio, coleta
em paralelo: caminhão médio
em série, caminhão médio
Híbrido diesel-elétrico
caminhão pesado, transferência
caminhão médio, distribuição
caminhão leve, distribuição
caminhão pesado
veículo comercial leve
não especificado
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Elétrico a bateria
não especificado
Híbrido dieselelétrico
Célul
acomb
ustív
el a
hidro
gênio
Figura 22. Consumo de combustível para novos sistemas de propulsão
caminhão médio
não especificado
não especificado
$-
$20.000,00 $40.000,00 $60.000,00 $80.000,00$100.000,00$120.000,00$140.000,00$160.000,00
custo de aquisição (US$/unidade)
Figura 23. Custo de aquisição de novos sistemas de propulsão
PET/COPPE/UFRJ
Elétrico a bateria
distribuição
veículo comercial leve
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
emissão de CO2 (%)
Figura 24. Emissão de CO2 para novos sistemas de propulsão
É possível observar que a maioria dos trabalhos incluídos a partir da revisão bibliográfica
sistemática citam as alternativas tecnológicas: sistemas de propulsão híbridos, biodiesel e
melhorias no projeto e nos sistemas de propulsão e transmissão convencionais dos veículos.
Em relação aos veículos híbridos, eles podem promover uma redução do consumo de
combustível que pode variar entre 6,3% e 50%, com redução de no máximo 30% das
emissões de CO2, 62,3% de CO e 222,7% de HC (Walkowicz, Lammert e Curran, 2012),
podendo variar seu custo de aquisição de cada veículo (unidade) de US$5.650,00 a 56.500,00.
Em contrapartida, Walkowicz, Lammert e Curran, 2012 e Burton et al, 2013 afirmam que essa
alternativa tecnológica pode aumentar as emissões de NOx.
Já as Figuras 25, 26, 27, 28, 29 e 30 apresentam as variações de consumo de combustível e
emissões de CO2, NOx, HC, CO e MP para o desenvolvimento de novas fontes de energia,
respectivamente.
0
PET/COPPE/UFRJ
Biodiesel
Outras fontes de energia
-100
-80
-60
GLP em veículo comercial leve
GLP com veículo mais eficiente
hidrogênio
DME (biomassa)
DME
biogás
gás natural em caminhão médio, com coleta
gás natural em caminhão pesado
gás natural em caminhão médio
gás natural (GNC)
gás natural
etanol
óleo de soja (B5 e B20)
óleo residual (B5 e B20)
gordura animal (B5 e B20)
gordura animal
óleo de girassol ou colza
óleo de soja (B20)
óleo de soja
óleo de colza
caminhão pesado
B20, B50
sem especificação
-40
-20
0
20
consumo de combustível (%)
Mistu Gás
ra natura
butan l
Mistura etanol- ol- (GNL
diesel
diesel ) GLP
Figura 25. Consumo de combustível para novas fontes de energia
sem especificação
sem especificação
B40
E20
E10
E7
óleo de soja (B20): caminhão pesado, transferência
Biodiesel
óleo de palma parafínico
óleo de soja
óleo residual
gordura animal
sem especificação
-20
-10
0
10
20
30
emissão de CO2 (%)
Figura 26. Emissão de CO2 para novas fontes de energia
40
50
60
70
PET/COPPE/UFRJ
Biodiesel
-100
diesel sintético (GTL)
DME em caminhão médio
duplo combustível (gás + diesel)
gás natural (GNL)
gás natural em veículo comercial leve
gás natural
mistura butanol-diesel
mistura butanol-diesel (B40)
mistura etanol-diesel (E20)
mistura etanol-diesel
mistura etanol-diesel com sistema SCR
biodiesel de óleo de colza, com SCR (B30 e B100)
biodiesel de soja (B20) em caminhão pesado, transferência
biodiesel de óleo de palma parafínico (B5 e B20)
óleo de gordura animal (B5 e B20)
biodiesel de óleo de colza e residual de fritura (B100) em…
biodiesel de óleo de soja, canola, óleo residual de fritura,…
diesel da pirólise do pneu (B20)
biodiesel (B100)
biodiesel (B80)
biodiesel (B40)
biodiesel (B20 e B50)
óleo de soja
caminhão pesado
óleo de colza
-80
-60
-40
-20
0
20
40
emissão de NOx (%)
Figura 27. Emissão de NOx para novas fontes de energia
60
80
100
PET/COPPE/UFRJ
Biodiesel
-400
gás natural
mistura etanol-diesel com sistema SCR
biodiesel de óleo de colza e residual de fritura (B100) em caminhão…
biodiesel (B80)
biodiesel (B40)
óleo de soja
caminhão pesado
óleo de colza
-300
-200
-100
emissão de HC (%)0
100
200
300
Biodiesel
Outras fontes de
energia
Figura 28. Emissão de HC para novas fontes de energia
gás natural
biodiesel de óleo de colza e residual de fritura (B100) em caminhão…
biodiesel (B80)
biodiesel (B40)
óleo de soja
caminhão pesado
óleo de colza
-150
-100
-50
0
50
emissão
de CO (%)
Figura 29. Emissão de CO para novas fontes de energia
100
150
200
PET/COPPE/UFRJ
Biodiesel
Redução de 100 ppm de enfre no diesel: caminhão pesado
Redução de 100 ppm de enxofre no diesel: veículo comercial leve
Diesel de baixo teor de enxofre: caminhão pesado
Diesel de baixo teor de enxofre: veículo comercial leve
gás natural
mistura etanol-diesel
biodiesel de óleo de soja, canola, óleo residual de fritura, sebo…
biodiesel (B100)
biodiesel (B80)
biodiesel (B40)
óleo de soja
caminhão pesado
óleo de colza
-150
-100
-50
0
50
emissão
de MP (%)
100
150
200
Figura 30. Emissão de MP para novas fontes de energia
A partir dos gráficos apresentados para os intervalos dos resultados das fontes alternativas de
energia, é possível observar que certas fontes podem reduzir expressivamente o consumo de
combustível como é o caso do DME que apresenta uma variação de 51% a 82% (Lindfeldt et
al, 2010, Willkran, 2005 e Kroon, 2005) de redução, e o gás natural, que varia entre 25% a
71% segundo Machado et al (2005), Windecker e Ruder (2013), Ribeiro et al (2010),
Willkrans (2005) e Kroon (2005). Essas fontes alternativas também podem alcançar reduções
de 14,9% das emissões de CO2 (Cheenkachorn, Poompipatpong e Ho, 2013) e 90% das
emissões de NOx (GTZ, 2005 e 2006) pelo uso de gás natural e 74 % das emissões de HC,
95% das emissões de CO e 94% das emissões de MP pelo uso de DME, segundo Goto,
Oguma e Suzuki (2005).
Quanto ao biodiesel, esse combustível alternativo pode promover uma redução do consumo
de combustível em alguns casos, podendo atingir o máximo 58% de redução para uma mistura
com 20% de biodiesel de soja (Heck. 2010 e Heck, 2013). Por outro lado, a grande maioria
dos estudos aponta para o aumento do consumo de combustível, que pode ser explicado pelo
menor poder calorífico inferior (PCI) do biodiesel, ou seja, para fornecer a mesma quantidade
de energia fornecida pelo diesel o biodiesel necessita de maior quantidade de massa, o que
aumenta o consumo específico do combustível (Puquevicz et al, 2008). Foi observado que o
aumento do consumo pode variar entre o mínimo de 0,6% e no máximo de 13,47%, se
comparado com o diesel (Xiaoming et al, 2005, Soltic et al, 2009, Yu et al, 2014, López et al,
2009, McKinnon et al, 2010, Volvo, 1998, Willkrans, 2005 e Kroon, 2005).
PET/COPPE/UFRJ
Mas a grande atenção que os estudos têm dado ao biodiesel se deve ao fato dele promover a
redução das emissões de poluentes atmosféricos locais, em particular o HC, MP e CO,
podendo chegar a 60%, 50% e 97,94% pelo uso de biodiesel numa mistura B80 (McKinnon
eta al, 2010), B100 (Salvi, Subramanian, e Panwar, 2013) e pelo emprego do biodiesel em
caminhão pesado (Soltic et al, 2009 e Yu et al, 2014), respectivamente. Em contrapartida, a
maior parte dos estudos afirma que especialmente as emissões de NOx podem aumentar em
torno de 3,19%.
Por fim, as Figuras 31, 32 e 33 indicam as variações de consumo de combustível, custo de
aquisição da alternativa tecnológica e emissão de CO2 para o aprimoramento de tecnologia
convencional.
Conjunto de melhorias para a redução do arrasto aerodinâmico em…
Conjunto de melhorias para a redução do arrasto aerodinâmico
Pneu único de base larga: caminhão pesado, transferência
Redução da resistência ao rolamento: caminhão pesado, coleta
Redução da resistência ao rolamento: caminhão pesado
Redução da resistência ao rolamento
Uso de defletores inferiores laterais na cabine em caminhão pesado
Uso de defletores traseiros e dianteiros em caminhão pesado
Uso de defletores traseiros em caminhão pesado
Redução de 25% do coeficiente de arrasto: caminhão pesado, transferência
Unidade auxiliar de energia (membrana APU): caminhão pesado
Unidade auxiliar de energia (aquecedores diretos): distribuição
Unidade auxiliar de energia (célula-combustível a bateria)
Unidade auxiliar de energia (célula-combustível): caminhão pesado,…
Melhoria da eficiência nos sistemas de propulsão e transmissão em…
Melhoria da eficiência nos sistemas de propulsão e transmissão
Lubrificantes de baixa viscosidade
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
consumo de combustível (%)
Figura 31. Consumo de combustível para o aprimoramento de tecnologia convencional
60
PET/COPPE/UFRJ
Conjunto de melhorias para a redução do arrasto aerodinâmico em…
Pneu único de base larga
Redução da resistência ao rolamento: caminhão pesado
Uso de defletores superiores dianteiros na cabine em caminhão pesado
Uso de defletores inferiores laterais na carroceria em caminhão pesado
Uso de defletores traseiros em caminhão pesado
Redução do peso do motor
Eixo de alumínio
Unidade auxiliar de energia (membrana APU): caminhão pesado
Unidade auxiliar de energia (célula-combustível a óxido sólido)
Unidade auxiliar de energia (célula-combustível diesel)
Sistema avançado de resfriamento e bombeamento
Redução das perdas de fricção no sistema de transmissão em…
Sistema EGR
$-
$10.000,00 $20.000,00 $30.000,00 $40.000,00 $50.000,00 $60.000,00
Custo de aquisição (US$/umidade)
Figura 32. Custo de aquisição de equipamentos para o aprimoramento de tecnologia convencional
Unidade auxiliar de energia (aquecedores diretos): distribuição
Unidade auxiliar de energia (célula-combustível): distribuição
Sistema avançado de resfriamento e bombeamento
Sistema homogêneo de compressão por ignição
Redução das perdas de fricção no sistema de transmissão em caminhão
pesado
Melhoria da eficiência nos sistemas de propulsão e transmissão
Sistema EGR
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
emissão de CO2 (%)
Figura 33. Emissão de CO2 para o aprimoramento de tecnologia convencional
Uma parte dos estudos relacionados à mudanças da tecnologia convencional especifica o tipo
de melhoria a ser adotado e indica os benefícios que ela pode trazer. Outros indicam os
benefícios de um conjunto de melhorias aplicadas num veículo convencional. No caso de
melhorias específicas para reduzir o arrasto aerodinâmico, como o uso de defletores traseiros,
dianteiros, superiores e inferiores, tanto na cabine quanto na carroceria do veículo, por
PET/COPPE/UFRJ
exemplo, podem reduzir o consumo de combustível em torno de 4,8% e ter um custo de
aquisição de cada unidade ou equipamento médio de US$1.677,00 e de no máximo
US$3.150,00 (Baseley et al, 2007, McKinnon et al, 2010, IEA, 2009 e CAI Asia Center,
2011).
Existem melhorias que podem atuar na redução da resistência ao rolamento e na redução do
peso do veículo, por meio do desenvolvimento de rodas mais leves, pneus com
monitoramento da pressão interna e até o uso de um pneu único de base mais larga, ao invés
de pares de pneus nos eixos traseiros dos veículos de carga. Nesse caso, a redução do
consumo de combustível pode chegar a 11%, com média de 4,9% e de aquisição de cada
unidade ou equipamento de no máximo US$3.556,80 (média US$1.610,63) (Bartholomeu e
Caixeta-Filho, 2010, Liimatainen et al, 2012, Ozen e Tuydes-Yaman, 2013, McKinnon et al,
2010, C2ES, 2010, EPA, 2009, IEA, 2009, ICCT, 2012, NACFE, 2010, World Bank, 2010,
CAI Asia Center, 2010 e CAI Asia Center, 2011).
Enfim, para um conjunto de melhorias na aerodinâmica do veículo, é possível observar
resultados melhores, como a redução do consumo de combustível em torno de 20,05%, porém
com um custo de aquisição de cada unidade ou equipamento em torno de US$15.602,67
(Liimatainen, 2012, Litscke e Knitschky, 2012, Lindfeldt et al, 2010, McKinnon et al, 2010,
Zanni e Bristow, 2010, Liimatainen et al, 2014, Miralbes, 2012, C2ES, 2010, IEA, 2009,
ICCT, 2012, World Bank, 2010, CAI Asia Center, 2010, CAI Asia Center, 2011 e Marques,
2010).
Vale ressaltar que foi observado também que alguns estudos indicam duas alternativas
tecnológicas sendo aplicadas em conjunto. Gilpin (2005) e Xiaoyan et al (2008) estudam o
uso de combustíveis alternativos com a incorporação de sistema SCR para reduzir
principalmente as emissões de NOx que, como mencionado anteriormente, pode aumentar em
alguns casos. Xiaoyan et al (2008) estuda a mistura etanol-diesel e afirma que pode chegar a
uma redução das emissões de NOx de no máximo 71,3%. Gilpin et al (2014) e Uekusa et al
(2005) também estudam melhorias na aerodinâmica do veículo em conjunto com a
incorporação de um sistema EGR, que pode reduzir até 60% das emissões de NOx, além de
no máximo 90% das emissões de MP e 83% de CO. Por fim, IEA (2009) aborda a questão da
melhoria na aerodinâmica em conjunto com a melhoria da eficiência do sistema de propulsão,
que pode promover 40% de redução do consumo de combustível.
7.3.1. Elaborar os relatórios
O cronograma desta dissertação, apresentado na Seção 8, contempla a elaboração de um
artigo científico da revisão bibliográfica sistemática que foi desenvolvida, como parte da
divulgação deste trabalho. Esse artigo deve ser publicado em periódico internacional.
7.3.2. Apresentar os resultados
Os resultados encontrados pela revisão sistemática foram comparados com os resultados
indicados pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Este prevê que
medidas mitigadoras sejam tomadas para que haja a redução as emissões de poluentes
atmosféricos e gases de efeito estufa e, com isso, possa reverter o quadro de mudanças
climáticas que é vivido pela população mundial hoje.
PET/COPPE/UFRJ
Segundo 8º capítulo do Quinto Relatório de Avaliação do IPCC, que indica ações mitigadoras
dos impactos ambientais para o setor de transporte, a tendência futura é a melhoria do
desempenho energético dos veículos, com a redução do consumo de combustível por meio do
aumento da eficiência energética dos sistemas de propulsão e de transmissão convencionais
(IPCC, 2014).
Atualmente, as alternativas tecnológicas que são mais indicadas para emprego no transporte
de carga já são aplicadas atualmente nos países da OECD (Organização para a Cooperação e
Desenvolvimento Econômico). Dentre elas estão as melhorias na aerodinâmica dos veículos, a
redução da resistência ao rolamento, a melhoria da eficiência do sistema de propulsão
convencional, uso do gás natural e biocombustíveis e o uso de veículos híbridos.
A modernização do design dos caminhões leves e pesados por meio de melhorias na
aerodinâmica tem permitido a redução de 10% do consumo de combustível. Além disso,
veículos híbridos diesel-elétricos ou diesel-hidráulicos, usados na maioria das vezes em
operações com paradas rápidas, podem alcançar de 20 a 30% de redução do consumo de
combustível, segundo o IPCC (2014).
A partir daí, é possível verificar que os resultados encontrados pela revisão sistemática, que
refletem o que o mundo estuda e aplica hoje, se aproximam dos indicados pelo IPCC. Pela
revisão foi possível encontrar uma média de redução do consumo de combustível de 23,02%
em relação aos veículos híbridos e uma redução em torno de 5% para melhorias individuais na
aerodinâmica e 20% num conjunto de melhorias na aerodinâmica.
Também segundo Folkson (2014), a redução da resistência ao rolamento, a melhoria da
eficiência no sistema de transmissão do motor, o uso de unidades auxiliares de energia para a
redução da ociosidade do veículo e a redução do peso do motor e da tara do veículo podem
promover uma redução do consumo de combustível de 4%, 4%, 9% e 5% respectivamente.
Ainda indica uma redução de 14% do consumo de combustível pela redução do coeficiente de
arrasto aerodinâmico por meio de melhorias no projeto do veículo. Esses valores se
aproximam do que foi apontado por CAI Asia Center (2011), que estuda o uso de uma
unidade auxiliar de energia que é capaz de economizar cerca de 8% de combustível e por
Liimatainen et al (2012) e World Bank (2010), que indicam que a redução da tara do veículo
pode promover um ganho de economia de combustível de 2 a 5%.
Desta forma, por meio da revisão bibliográfica sistemática foi possível avaliar quais
alternativas tecnológicas podem ser aplicadas para o transporte de carga, a fim de minimizar
os impactos ambientais do setor. Também foi possível verificar que os estudos seguem a
tendência do que está sendo priorizado hoje na política mundial, que é sustentada pelo IPCC.
Sendo assim, busca-se, por meio dessa dissertação, avaliar as atuais oportunidades de
implementação no Brasil das alternativas tecnológicas que mais tem se desenvolvido no
mundo. Para isso, somente com o respaldo econômico, que garanta uma viabilidade
econômica, é que essas alternativas poderão ter alguma oportunidade de investimento. Por
isso, é tão importante que estudos como esse possam apresentar os ganhos econômicos e
ambientais que essas alternativas podem alcançar, para que seja justificada o seu emprego.
PET/COPPE/UFRJ
8. CRONOGRAMA
Tabela 4. Cronograma de elaboração da dissertação
ANO
Tarefa / Mês
Revisão bibliográfica preliminar de alternativas tecnológicas no Brasil e no mundo.
Elaboração artigo de revisão bibliográfica narrativa com enfoque preliminar para o
Congresso XXVIII ANPET.
Reunião com orientador para revisar o artigo e submetê-lo ao Congresso XXVIII
ANPET.
Participação do Congresso XXVIII ANPET.
Revisão bibliográfica sistemática de alternativas tecnológicas no Brasil e no mundo.
Elaboração artigo de revisão bibliográfica sistemática para revista internacional.
Elaboração do Relatórios de Andamento da Dissertação e apresentação para o
orientador.
Reunião com orientador para revisar o artigo e fazer as devidas modificações.
Submissão do artigo de revisão bibliográfica sistemática à revista internacional.
Reunião com orientador para definir como será o cálculo do custo operacional das
alternativas tecnológicas.
Cálculo do custo operacional de cada alternativa tecnológica.
Reunião com orientador para análise dos resultados.
Análise da compensação dos ganhos ambientais em função dos custos operacionais
de cada alternativa tecnológica.
Comparação das alternativas tecnológicas entre si em função dos aspectos
financeiros e ambientais.
Reunião com orientador para concluir os resultados da análise.
Elaboração do Relatórios de Andamento da Dissertação e apresentação para o
orientador.
Elaboração da dissertação de Mestrado.
Elaboração da apresentação para a defesa da dissertação de Mestrado.
Elaboração de uma publicação com os resultados da dissertação, para ser submetida
em periódico científico
m
ar
a
br
m
ai
ju
n
2014
j
ag s o no de ja fe
u
o et ut v z n v
l
m
ar
a
br
m
ai
2015
j
ju
u
n
l
2016
ag s o no de ja fe
o et ut v z n v
m
ar
PET/COPPE/UFRJ
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O resultado esperado para a dissertação é a identificação das alternativas tecnológicas para o
transporte rodoviário de cargas. Busca-se a compreensão de suas características, vantagens e
desvantagens a fim de definir aquelas que são as mais promissoras para investimento no
Brasil, considerando os aspectos financeiros, tecnológicos, políticos e ambientais. A partir dos
resultados encontrados, espera-se obter uma justificativa para o emprego destas alternativas
tecnológicas de forma a fundamentar o diálogo com as partes interessadas no
desenvolvimento das mesmas.
Os resultados preliminares das atividades desenvolvidas de acordo com o cronograma da
dissertação são os seguintes:
 revisão bibliográfica sistemática;
 visitas técnicas realizadas: laboratório de biodiesel do IVIG, Laboratório de Bioetanol;
 publicação de artigo de revisão bibliográfica preliminar para o Congresso XXVIII
ANPET.
A partir da revisão bibliográfica sistemática foi possível identificar que as alternativas
tecnológicas que se mostram as mais promissoras são as melhorias aerodinâmicas no projeto
do veículo, o sistema EGR e a unidade auxiliar de energia, como formas de aprimorar a
tecnologia convencional dos veículos atuais. Em relação às fontes alternativas de energia, as
referências apontam para o biodiesel, o diesel sintético, o DME e o biogás como as mais
promissoras. Por fim, em relação aos sistemas de propulsão alternativos, tem destaque o
veículo híbrido diesel-elétrico ou diesel-hidráulico e o veículo elétrico. Essas tendências
foram corroboradas por Folkson (2014) e apontadas pelo 8º capítulo do Quinto Relatório de
Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas.
Portanto, a partir dessas alternativas tecnológicas levantadas pretende-se calcular o custo
operacional de cada alternativa tecnológica e analisar, para um dado tipo de operação, como
os ganhos ambientais podem compensar o aumento do custo operacional pelo investimento.
10. AGRADECIMENTOS
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), à Confederação
Nacional do Transporte (CNT), ao Serviço Social do Transporte (SEST), ao Serviço Nacional
de Aprendizagem do Transporte (SENAT), e também para o Instituto de Transporte e
Logística (ITL) pelo suporte financeiro para elaboração deste trabalho.
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Resolução
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PET/COPPE/UFRJ
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Petrobras.
Informações
sobre
a
gasolina
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SzPy8xBz9CP0os3hLf0N_P293QwP3YE9nAyNTD5egIEcnQ4MgQ6B8JJK8v7nK1DewNXVw9gcqNyYgG4_j_zcVP2C3IhyAN4kKGk!/dl3/d3/L0lDU0lKSWdra0EhIS9JTlJBQUlpQ2dBek1
5cUEhL1lCSlAxTkMxTktfMjd3ISEvN185TzFPTktHMTBHU0lDMDI1SERSUkFCMTBGNA!!/?PC_7_9O1O
NKG10GSIC025HDRRAB10F4000000_WCM_CONTEXT=/wps/wcm/connect/portal+de+conteudo/produtos/a
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5cUEhL1lCSlAxTkMxTktfMjd3ISEvN185TzFPTktHMTBHU0lDMDI1SERSUkFCMTBGNA!!/?PC_7_9O1O
NKG10GSIC025HDRRAB10F4000000_WCM_CONTEXT=/wps/wcm/connect/portal+de+conteudo/produtos/a
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[184] Governo do Estado do Amazonas. Curso de Qualificação Profissional – Estatística Básica. Brasil, 2004.
PET/COPPE/UFRJ
PET/COPPE/UFRJ
ANEXO I
Fatores
Características
Desenvolvi
mento de
Novos
Sistemas de
Propulsão
Sistema de
propulsão
híbrido
Tipo de
Veículo
Alternativa Tecnológica
Híbrido dieselhidráulico em série
Híbrido dieselhidráulico em paralelo
Veículo
comercial
leve
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
leve
Caminhão
médio
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
médio
Caminhão
médio
Caminhão
médio
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Tipo de
Aplicação
Custo de
Consumo
aquisição de
de
cada unidade ou
Combustíve
equipamento
l (%)
(US$/unidade)
-
(-) 15 - 20
-
(-) 30
-
(-) 5 - 39
Coleta
(-) 15 - 25
Distribuiç
ão
Distribuiç
ão
Distribuiç
ão
Transferê
ncia
(-) 23
$
32.653,00
CO2
-
NOx
-
MP
-
HC
-
CO
-
(-) 18 22
Referências
16, 56, 60, 67
84
$ 42900 55300
58, 49
(-) 13,04
- 20
64
$
43.326,00
93
(-) 16 - 37
(+) 46 - 77
(-) 7 - 50
$
56.500,00
(-) 23,3 18,1
(+) 5,1 - 29,1
(-) 6
-
-
-
92, 94
-
(-) 222,7 - 147,5
(-) 62,3 - 3,6
16, 18, 56, 85,
90
-
-
33
-
(-) 25 - 50
64
-
(-) 15 - 30
64
Coleta
(-) 12
89
-
(-) 15
Coleta
(-) 25 - 30
Coleta
(-) 19,2
-
-
-
-
-
-
39
Transferê
ncia
(-) 22,2
-
-
-
-
-
-
39
-
66
-
13, 70, 71
PET/COPPE/UFRJ
Sistema de
propulsão
elétrico
Elétrico a bateria
-
Elétrico a bateria
-
(-) 5
$
28.917,00
Caminhão
leve
Caminhão
pesado
Distribuiç
ão
Distribuiç
ão
Distribuiç
ão
-
-
(-) 31 - 33,6
-
-
(+) 10
-
-
(-) 49; (+) 5
-6
-
-
(+) 1 - 4
-
-
-
(+) 1,5 - 4,5
Caminhão
médio
Coleta
(+) 13,17
-
-
B20: (+) 8,
B50: (+) 3
Biodiesel (B40)2
-
2
Elétrico a bateria
Elétrico a bateria
Célula-combustível a
hidrogênio
1
Biodiesel
Biodiesel de óleo de
colza1
1
Biodiesel
soja1
girassol ou colza1
Biodiesel (B20 e B50)
Desenvolvi
mento de
Novas
Fontes de
Energia
-
Biodiesel (B80)
2
Biocombustíve Biodiesel (B100)2
is
soja (B20)
Biodiesel de gordura
animal (B20)
soja, canola, óleo
residual de fritura, sebo
bovino (B20)
colza e residual de
fritura (B100)
Biodiesel de óleo
residual de fritura (B5,
B10, B20 e B30)
(-) 15 30
(-) 40
(-) 70
55, 60
$ 50000 150000
$
113.000,00
$
117.654,00
-
56
-
-
-
-
47
85
60
(+) 10
56
(+) 10 - 30
(-) 25 - 30
(-) 35 - 51
(-) 51 - 52
19, 72, 73, 74
-
(-) 3,5 - 25
(+) 0 - 69,21
(-) 33,48 - 59,29
(-) 19,97 - 97,94
19, 22
-
-
(+) 10 - 45
(-) 10 - 30
(-) 25 - 51
(-) 50 - 56
19
-
-
-
-
-
-
45
-
B20: (-) 6,8, B50: (-) B20: (-) 13, B50: (-)
27,4
12
B20: (-) 7,1, B50:
(-) 29,4
B20: (-) 8, B50: () 11
6
-
(+) 4
(-) 22
(-) 36
(-) 22
56
-
-
(+) 9
(-) 40
(-) 60
(-) 40
56
-
-
-
(+) 13
(-) 50
-
-
123
-
-
(-) 1 - 58
75, 76
-
-
(-) 16
76
-
-
-
Caminhão
médio
-
-
-
-
-
-
-
-
(+) 3
(-)25
-
-
7
-
-
(-) 3,5 - 7
-
(-) 25 - 33,3
(-) 23,7 - 27
8
(+) 0,136 3,42
-
-
-
(-) 5,29 - 8,32
(-) 10,5 - 36
(-) 3,33 - 13,1
25
(+) 1 - 2
-
(+) 0,3 -
-0,5 - 0,1 (gordura
(-) 4,2 - 5,9 (gordura
-4,8 - 2,4 (gordura (-) 0,3 - 5,9
29
PET/COPPE/UFRJ
soja, residual de fritura
e gordura animal (B5 e
B20)
0,8
animal; 1,0 - 1,2
(gordura (residual); 1,2 - 5,1
animal;
(soja)
(+) 0,1 0,9
(residual)
; (+) 0,2 1,2 (soja)
animal; (-) 3,8 - 7
(residual); (-) 4,2 24,7 (soja)
animal; (-)2,1 8,8 (residual); 16,8 - 4,3 (soja)
(gordura animal; 1,8 - 3,8
(residual); -15,9 1,1 (soja)
palma com diesel
parafínico (B5 e B20)
-
-
-
-
(-) 7,6
(-) 24,3
(-) 11,1
(-) 39
(-) 34
32
Biodiesel de soja (B20)
Caminhão
pesado
Transferê
ncia
-
-
(+) 60
(veículo
carregad
o)
(+) 40 (veículo
carregado)
(-) 20, (+) 50
(veículo carregado)
(-) 29, (+) 30 - 40
(veículo
carregado)
(-) 21, (+) 30 - 40
(veículo
carregado)
46
(+) 14,1 - 50,5
(+) 5,9 - 19,9
(-) 10,1 - 32,1
(+) 1,9 - 12,4
63
colza, com SCR6 (B30 e B100)
-
Etanol12
-
-
(-) 34 - 55
Mistura etanol-diesel
com sistema SCR6
-
-
-
-
-
(-) 71,3 - 5,5
-
(-) 35,9 - 328,2
(-) 3,1 - 1193,7
30
Mistura etanol-diesel1
-
-
-
-
-
(+) 5,6 - 11,4
(-) 30
-
-
31
-
E7: (+)
1,6 - 2,2 /
E10: (-)
8,6 - (+)
4,8 / E20:
(-) 1,8
E7: (-) 1,8 - 5,3 /
E10: (-) 13,6 - (+)
36,4 / E15: (-) 5 /
E20: (-) 21,9 - (+) 60
E7: (-) 7,1 - 47 /
E7: (+) 40 / E10:
E10: (-) 57 - (+) 20,7
(-) 17,5 - (+) 100 /
/ E15: (-) 29 - 60 /
E20: (+) 3,5 - 108
E20: (-) 14,5 - 50
E7: (-) 6,3 - (+) 32
/ E10: (-) 20 - (+) 34
100 / E15: (-) 27
B10: (-) 8,5 - (+) 7 /
B25: (+) 12,9 - (+)
36,2 / B40: (-) 15 (+) 25
B10: (-) 14 - 25 /
B25: (-) 38,9 - 73
B10: (+) 45
B40: (+) 76
34
(-) 74
-
-
-
35
Mistura etanol-diesel
(E7, E10 e E20)
-
-
-
56, 73, 74
Mistura butanol-diesel
(B10, B25 e B40)
-
-
-
-
B40: (+)
6-8
Mistura butanol-diesel1
-
-
-
-
-
Biogás (esgoto)
-
-
(-) 73
73, 74
(-) 51 - 78
54, 73, 74
73, 74
DME
Fontes
renováveis de
energia
(gordura
animal; (+)
0,6 - 1,4
(residual);
(+) 0,6 - 2,1
(soja)
23
DME (biomassa)
DME
23
-
-
(-) 82
Caminhão
médio
-
-
-
-
(-) 27
(-) 94
(-) 74
(-) 95
5
PET/COPPE/UFRJ
Hidrogênio
-
Mistura hidrogênio-gás
Natural1
-
-
Gás Natural4
-
-
Gás Natural (GNC)
-
-
Gás Natural4
Gás Natural4
Gás Natural4
Gás Natural (GNL)
Gás Natural (GNC)
Gás Natural (GNC)
Combustíveis
fósseis mais
limpos
-
Veículo
comercial
leve
Caminhão
médio
Caminhão
pesado
Caminhão
médio
(-) 53 - 70
(-) 23,7
(30% H2) e
(-) 35,4
(40% H2)
(-) 19,76 35,29
-
-
-
-
-
18, 54
-
(-) 2 - 4, (-) 67 (30%
H2) e (-) 84 (40%
H2)
-
-
(-) 15,17 (30%
H2) e (-) 16,2
(40% H2)
24, 26
-
-
-
-
-
3
-
-
-
-
73, 74
(-) 71
Distribuiç
ão
(-) 75
(-) 26
$
1.750,00
-
98
(-) 6,1 14,9
67
(-) 80 - 90
(-) 90 - 95
(-) 40 - 60
(-) 70 - 90
98, 99
(+) 33 - (-) 78
-
(+) 5000 - 6000
(+) 886 - 2700
27
-
-
-
-
(-) 25
$
70.300,00
Coleta
(+) 4,27
-
-
-
-
-
-
45
-
-
-
(-) 60
(-) 55
(-) 40
(-) 30
35, 68
49
Dual-fuel
-
-
Dual-fuel
Caminhão
pesado
Distribuiç
ão
GLP (B95) com
veículo mais eficiente
-
-
(-) 45
-
-
-
-
GLP8
-
-
-
-
(-) 12
-
-
GLP8
Veículo
comercial
leve
-
(-) 27
$
9.800,00
Diesel sintético2
-
-
(-) 65
Diesel sintético (GTL)
-
-
(+) 0 - 3
Diesel da pirólise do
pneu (B20)
-
-
Diesel de baixo teor de
enxofre
Veículo
comercial
leve
$
30.510,00
85
8
-
-
28
51
49
73, 74
-
-
(-) 0 - 20
-
(-) 20 - 24
(+) 0 -70
19
-
(+) 11
(+) 17
-
(+) 29
(+) 50
2
(-) 2,4
98
PET/COPPE/UFRJ
Veículo
Redução de 100 ppm de
comercial
enxofre no diesel
leve
Diesel de baixo teor de Caminhão
enxofre
pesado
Redução de 100 ppm de Caminhão
enfre no diesel
pesado
Aprimorament
o dos sistemas
de propulsão e
transmissão
convencionais
98
(-) 13
98
(-) 0,87
98
Uso de aditivos
-
-
(-) 2
-
-
-
-
-
-
16
Lubrificantes de baixa
viscosidade
-
-
(-) 3 - 5
-
-
-
-
-
-
12
Sistema EGR5
-
-
-
$
50,85
(-) 1,5
(+) 60
-
-
-
11, 83
-
-
(+) 31,1 39,9 (baixas
misturas), () 3,2 - 10,5
(altas
misturas)
-
-
(-) 18,5 - 80,6 (7%
H2)
(+) 8,2 (2% H2)
(+) 9 (4% H2)
20, 21
Caminhão
médio
-
(-) 25
(-) 90
-
-
(-) 50
(-) 30 - 35
-
-
-
-
-
(-) 60
(-) 90
-
-
(-) 5 - 25
$ 135,6 423,75
(-) 3 - 10
(-) 25,4
(-) 40,8
(-) 1 - 2
$ 45,2 - 67,8
(-) 3 - 5
83, 95
-
$ 875,75 1.316,5
(-) 18 21
83
-
$ 39,55 - 135,6
(-) 1,5 - 3
83
Injeção de H2 com
sistema EGR
Aprimorame
nto de
Tecnologia
Convenciona
l
(-) 0,16
Sistema EGR5 e Diesel
com baixo teor de
enxofre
Melhoria da eficiência
nos sistemas de
propulsão e transmissão
e Sistema EGR5
nos sistemas de
e Sistema EGR5
nos sistemas de
Redução das perdas de
fricção no sistema de
transmissão
Sistema homogêneo de
compressão por ignição
Sistema avançado de
resfriamento e
bombeamento
nos sistemas de
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
-
(-) 20 - 50
$
9.000,00
(-) 69 - 85
(-) 83 - 85
89
(-) 83
63
-
-
10
-
-
16, 17, 18, 55,
57, 83
(-) 75
(-) 82
56, 95, 97
PET/COPPE/UFRJ
Unidade auxiliar de
energia (célulacombustível)
Unidade auxiliar de
energia (célulacombustível)
Unidade auxiliar de
energia (célulacombustível diesel)
Unidade auxiliar de
energia (célulacombustível a bateria)
Unidade auxiliar de
energia (célulacombustível a óxido
sólido)
Unidade auxiliar de
energia (aquecedores
diretos)
Unidade auxiliar de
energia (membrana
APU7)
Unidade auxiliar de
energia (membrana
APU7)
Redução da
massa do
veículo
Redução da
resistência ao
rolamento
-
Distribuiç
ão
(-) 60 - (-)
87
Caminhão
pesado
Distribuiç
ão
(-) 15 - 40
-
-
(-) 30 - (-)
45
$
50.000,00
44
-
-
(-) 16,5 - (-)
21
$ 6000 - 20000
44
-
-
(-) 4 - (-) 48
$ 0 - 2000
-
Distribuiç
ão
(-) 94 - (-)
96
-
-
(-) 30 - (-)
92
$ 3932 - 10000
44, 81
(-) 8
$ 6000 - 15000
97
Caminhão
pesado
Rodas de liga leve
-
-
-
Eixo de alumínio
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
(-) 2 - 5
Caminhão
pesado
Transferê
ncia
(-) 5
Redução do peso da
caixa de marchas
Redução do peso do
motor
Redução do peso do
reboque
Redução da tara dos
veículos
Redução de 13% da
resistência ao rolamento
e de 12% do arrasto
aerodinâmico
(-) 18 60
(-) 27 - 97
(-) 45 - 56
(-) 23 - 97
(-) 34 - 97
(-) 5 - 19
(-) 94 - () 96
$
60,00
$
180,00
$
75,00
$
1.050,00
$
3.000,00
42
41
(-) 6 - 62
50, 95
(-) 99
42
-
-
-
-
-
12
-
-
-
-
-
12
-
-
-
-
-
12
-
-
-
-
-
12
-
-
-
-
-
12
-
-
-
-
-
16, 95
33
PET/COPPE/UFRJ
Redução do
arrasto
aerodinâmico
Redução da resistência
ao rolamento
ao rolamento e Redução
da tara do veículo
ao rolamento
ao rolamento
ao rolamento
Pneu único de base
larga
Pneu único de base
larga
Sistema de controle do
enchimento dos pneus
Redução de 25% do
coeficiente de arrasto
Uso de defletores
traseiros
Uso de defletores
dianteiros
Uso de defletores
traseiros e dianteiros
Uso de defletores
inferiores laterais na
carroceria
Uso de defletores
inferiores laterais na
cabine
Uso de defletores
superiores dianteiros na
cabine
Conjunto de melhorias
para a redução do
arrasto aerodinâmico
para a redução do
para a redução do
-
-
(-) 1,5 - 9
$ 55 - 262
-
-
-
-
-
12, 16, 79, 81,
95
-
-
(-) 7,6
-
-
-
-
-
-
17
-
(-) 2 - 8
$ 2500 - 3556,8
Transferê
ncia
(-) 3 - 11
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Coleta
(-) 9,25
-
-
(-) 2 - 6
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Caminhão
pesado
Transferê
ncia
Transferê
ncia
Transferê
ncia
Caminhão
pesado
56, 81, 96, 97
86, 78
$
3.160,00
$
130,00
96
-
12, 88
(-) 2 - 9
86
(-) 0,5 - 1,2
86
(-) 10 - 15
-
-
-
-
-
-
12, 95
-
(-) 0,8 - 6
$ 891 - 3150
-
-
-
-
-
13, 81, 97
-
(-) 2
$
325,00
-
-
-
-
-
13, 56, 97
(-) 10
-
56
(-) 1,5 - 7
$ 1450 - 2500
Caminhão
pesado
(-) 1
$ 1700 - 2100
97
Caminhão
pesado
(-) 5 - 10
$
1.300,00
97
-
-
(-) 0,8 - 30
$
1.050,00
Caminhão
pesado
-
(-) 1,59 - 57
$ 16333 29425
Caminhão
pesado
Transferê
ncia
(-) 6 - 25
-
-
-
-
-
-
13, 81, 97
16, 54, 57, 58,
81, 95
18, 65, 96, 97,
124
56, 78, 86
PET/COPPE/UFRJ
para a redução do
arrasto aerodinâmico e
(-) 40
no sistema de propulsão
1
Não foi informado a porcentagem de mistura do biodiesel ao
diesel
2
Não foi informado o tipo de matéria-prima
utilizada
3
DME - dimetil éter
4
Não foi informada a forma de utilização do gás
natural
5
EGR - sistema de recirculação dos gases de
exaustão
6
SCR - tipo de sistema de pós-tratamento dos gases de exaustão
7
APU - tipo de unidade auxiliar de
energia
8
GLP - gás liquefeito do petróleo
81
PET/COPPE/UFRJ

projeto de dissertação (pd) - LTC

Transcrição

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