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Apresentação pública da dissertação. O sistema de transportes rodoviário é um dos principais elementos geradores de impactes ambientais. Com esta dissertação pretende-se contribuir para o estudo dos impactos dos transportes sobre o Ambiente, nomeadamente, o estudo dos efeitos relacionados com a poluição atmosférica e efeito de estufa. Face a este problema, é necessário avaliar as condições em que funcionam actualmente as redes rodoviárias e encontrar medidas que contrariem a poluição local e a contribuição de gases de efeito de estufa para o aquecimento global, sendo que o tráfego rodoviário é um dos maiores promotores do seu agravamento.
Citation preview
ISEL – INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
Departamento de Engenharia Civil
Estimativas de emissões associadas a modelos de afectação de
tráfego rodoviário
José Carlos Gaspar Marques
Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na
Área de Especialização de Vias de Comunicação e Transportes
Presidente do júri: Doutora Maria da Graça Alfaro Lopes, Prof. Coordenadora c/ agregação (ISEL)
Vogais: Licenciado e Especialista (O.E.) Jorge da Fonseca Nabais, Director de Inovação (Carris de Ferro de
Lisboa)
Mestre Paulo José Matos Martins, Professor Adjunto (I.S.E.L.)
Mestre Carlos Filipe Nunes Marques, Responsável da Unidade de Transportes, Energia e Ambiente (TIS.PT)
8 de Junho de 2010
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
• Capítulo I – INTRODUÇÃO
Motivação e Objectivos
Enquadramento
• Capítulo II – ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A
MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de transportes
Modelação de emissões
Abordagem metodológica
• Capítulo III – ESTUDO DE CASOS
Estudo Urbano
Estudo Interurbano
• Capítulo IV – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS
Apresentação de resultados
Análise de resultados
• Capítulo V – CONCLUSÕES E ESTUDOS FUTUROS
Conclusões
Estudos Futuros
Análise ao efeito local de emissão de poluentes prejudiciais à
saúde humana
Preocupação global com o aquecimento da terra devido ao
aumento de gases efeito de estufa
Estudo a nível local com o intuito de melhorar a situação actual
e encontrar formas sustentáveis e saudáveis que beneficiem o
local no futuro
Capítulo I – Introdução
Motivação
Quantificar a quantidade de poluentes emitida em meio urbano
e inter-urbano, através de metodologias de integração entre
modelos de transportes e de emissões de gases de escape
Quantificar os impactes ambientais resultantes da actividade
dos transportes rodoviários nas áreas de estudo
Comparação dos resultados obtidos com os dados de outros
estudos feitos na mesma área
Apontar medidas que possam melhorar o desempenho da
metodologia aplicada
Identificar os factores críticos de sucesso
Capítulo I – Introdução
Objectivos
Capítulo I – Introdução
Enquadramento
Poluição Local Transportes/Mobilidade
Capítulo I – Introdução
Enquadramento
Gases Efeito Estufa Aquecimento Global
Fonte: (ecodebate, 2010) Fonte: (Dinamicoweb, 2009)
Fonte: (Environment Canada, 2009) Fonte: (Atniz, 2010)
Lixo 9,4%
Agricultura 9,3%
Uso de solventes 0,4%
Processos industriais 10,5%
Industrias energéticas
24,3%
Industrias e Construção
13,3%
Transportes 23,8%
Outros sectores 7,1%
Fugitiva 1,9%
Energia 70,40%
Capítulo I – Introdução
Enquadramento Emissões de gases de efeito de estufa por sector de
actividade em Portugal
Se
cto
r d
os tra
nsp
ort
es e
m P
ort
ug
al
Fonte : (APA, 2008)
Capítulo I – Introdução
Enquadramento
Se
cto
r d
os tra
nsp
ort
es e
m P
ort
ug
al
Contribuição do sector dos transportes para os GEE
Fonte : (APA, 2008)
Poluente 1990 2007 Var. (%)
CO2 Fóssil (kt) 9.249,4 18.164,8 96,4
CH4 (t) 72.377,4 50.255,7 -30,6
N2O (t) 140.667,6 600.255,7 326,7
CO2 eq. (kt) 9.462,4 18.815,3 98,8
Capítulo II – ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES
ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Abordagem metodológica
Inte
gra
ção
en
tre m
od
elo
s d
e t
ran
sp
ort
es e
de e
mis
sõ
es
de v
eíc
ulo
s
Método de quantificação das emissões
E = e x a
Factores de emissão [g/km] Dados relativos à actividade dos transportes - VKT [veículos*km]
Modelo de transportes - Visum Modelo de emissões – COPERT IV
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de transportes
Mo
de
laçã
o d
e tra
nsp
ort
es
Modelo de transportes Rede rodoviária
Modelo dos 4 passos - Visum Quantidade de actividade de transporte
a = n . L n – número de veículos
L – Comprimento da estrada
Dados fornecidos pelo modelo de transporte
ou Contagens de tráfego
Fonte: Youtube
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões de veículos
Mo
de
laçã
o d
e g
ase
s d
e e
sca
pe
• Tipo de Emissões
Etotal=EQuente+Efrio+Eevaporativas
• Emissões consoante tipo de via
Etotal=Eurbano+Erural+EAE
Fonte: (Aaroads, 2008) Fonte: (Locationworks, 2009) Fonte: (Adoptahighwayusa, 2009)
Sistema de escape Ciclo de Otto (4 tempos)
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões
Gé
ne
se
da
s e
mis
sõ
es d
os g
ase
s d
e e
sca
pe
aaroads.com
fon lll
Fonte: (animatedengines, 2009)
Emissões a quente - emissões que têm lugar em condições termodinâmicas
estabilizadas do motor e condições de temperatura ideal de controlo de emissões
pelo catalisador e escape
Equente;i,j,k = Nj x Mj,k x equente; i, j, k
Emissões a frio – emissões que ocorrem no período inicial do funcionamento do
veículo, onde o motor e/ou os equipamentos de controlo de emissões de poluentes
ainda não atingiram a temperatura óptima de funcionamento
Efrio= βi,j x Nj x Mj x equente; i, j x ((Efrio / Equente; i,j) - 1)
Emissões evaporativas - emissões originadas a partir da evaporação do
combustível, a sua formação tem origem na variação da temperatura ambiente e no
uso dos veículos
Eevap,voc,j = 365 x aj x (ed x Sc x Sfi) + R
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões
Tip
os d
e e
mis
sõ
es d
e v
eíc
ulo
s
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões
Tip
os d
e e
mis
sõ
es d
e v
eíc
ulo
s Reabastecimento
Não
estanquidade do
tanque
Funcionamento
do
veículo
Arrefecimento
do
motor
Fonte: (Phenomveiculos, 2010)
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões
Esca
la te
mp
ora
l e
esp
acia
l d
o C
OP
ER
TIV
COPERT IV
Fonte: Software Copert IV
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelação de emissões
Esca
la te
mp
ora
l e
esp
acia
l d
o C
OP
ER
TIV
• Modelo de quantificação das emissões provenientes do tráfego
nos seguintes níveis temporais e espaciais:
• Nacional/anual
• Urbano (Área 1x1 km2/horário)
Fonte: (Europaturismo, 2010)
Fonte: (Rootforce, 2010)
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelos de emissão de veículos
Po
lue
nte
s c
alc
ula
do
s p
elo
CO
PE
RT
IV
Poluentes baseados em
factores de emissão
específicos
Poluentes baseados no
consumo de
combustíveis
Poluentes baseados em
metodologia simplificada por
falta de informação detalhada
Poluentes baseados na fracção total
de emissões de NMVOC
Fonte: Software Copert IV
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelos de emissão de veículos
Tip
o e
ca
teg
oria
de
ve
ícu
lo
•Tipo de combustível
•Cilindrada
•Tecnologia
•Tipo de combustível
•Cilindrada
•Tecnologia
•Tecnologia
•Peso (> 7,5 t - <32 t)
•Tecnologia
•Urbano/Interurbano
•Tecnologia
•Cilindrada
Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS
A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO
Modelos de emissão de veículos
Tip
o e
ca
teg
oria
de
ve
ícu
lo
Fonte: (Silva R., 2009)l
Capítulo III - Estudo de casos
Esquema metodológico
Me
tod
olo
gia
Parque automóvel
nacional
Idade dos veículos
Tecnologias de
emissão
Categorias de
veículos
Classes de
veículos
Modelo de emissões
Emissões a quente
Emissões a frio
Emissões evaporativas
Emissões totais
Quantidade de metais
pesados
Quantidade de poluentes
atmosféricos
Quantidade de GEE
Consumo energético
Dados de Frota
Fluxos de tráfego
Distância média
percorrida
Quotas de quilometragem
em função do ambiente de
condução
Velocidade média por tipo
de estrada
Quilometragem anual dos
veículos
Dados de
Mobilidade
Temperatura
RVP
Efeito do Combustível
Uso de inspecção
Efeito da degradação por
aumento da quilometragem
Declive
Carga
Consumo de combustível no
país
Dados específicos
do país
Capítulo III - Estudo de casos
Esquema metodológico
Me
tod
olo
gia
Parque automóvel
nacional
Idade dos veículos
Tecnologias de
emissão
Categorias de
veículos
Classes de
veículos
Modelo de emissões
Emissões a quente
Emissões a frio
Emissões evaporativas
Emissões totais
Quantidade de metais
pesados
Quantidade de poluentes
atmosféricos
Quantidade de GEE
Consumo energético
Dados de Frota
Fluxos de tráfego
Distância média
percorrida
Quotas de quilometragem
em função do ambiente de
condução
Velocidade média por tipo
de estrada
Quilometragem anual dos
veículos
Dados de
Mobilidade
Capítulo III - Estudo de casos
Esquema metodológico
Me
tod
olo
gia
Parque automóvel
nacional
Idade dos veículos
Tecnologias de
emissão
Categorias de
veículos
Classes de
veículos
Modelo de emissões
Emissões a quente
Emissões a frio
Emissões evaporativas
Emissões totais
Quantidade de metais
pesados
Quantidade de poluentes
atmosféricos
Quantidade de GEE
Consumo energético
Dados de Frota
Capítulo I – Introdução
Capítulo III – Estudo de Casos
Áre
a d
e e
stu
do
in
teru
rba
na
Fonte: (Cucoautogas, 2007) Fonte: (Gogglemaps, 2010)
Capítulo III – Estudo de Casos
Estudo interurbano
Da
do
s d
e F
rota
ISP
Esquema de geração da frota do estudo de caso interurbano
Dados de tráfego de portagens Frota automóvel nacional
Capítulo III – Estudos de caso
Estudo interurbano
Da
do
s d
e M
ob
ilid
ad
e
Local Distância (km)
Portagem Alverca 12 Km
Portagem V.F.X.
Distância média percorrida
Quilometragem anual
Quilometragem anual (km/ano) = 4380 km/ano
Quotas de quilometragem em função do tipo
de ambiente de condução no estudo
Tipo de via Urbana Rural Auto-estrada
Quotas de quilometragem (%) 0% 0% 100%
Velocidade (DL nº 44/2005)
Limites legais Velocidade (km/h)
Ligeiros Passageiros e motociclos 120
Ligeiros Mercadorias 110
Pesados Mercadorias 90
Pesados Passageiros 100
0
10
20
30
40
50
60
0 a 39 Km/h
40 a 59 km/h
60 a 79 km/h
80 a 99 km/h
100 a 119 km/h
120 a 139 km/h
140 a 159 km/h
160 a 179 km/h
180 a 199 km/h
mais de 200 km/h
% d
e v
olu
me
de
trá
fego
(v
éic
.)
Intervalos de velocidade
Banda de velocidade
Banda de velocidade
Capítulo III – Estudos de caso
Estudo interurbano
Da
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s d
e M
ob
ilid
ad
e
Fonte: (EP, 2009)
Capítulo III – Estudo de Casos
Estudo interurbano
Da
do
s e
sp
ecífic
os d
o p
aís
Outros Parâmetros
Declive (0%)
Carga (Metade da capacidade de carga do veículo)
Factores de degradação derivado ao aumento da
quilometragem
Efeito do combustível (2005)
Temperatura
RVP (Decreto-Lei n.254/2001)
Temperaturas máximas e mínimas mensais
na zona de estudo
Capítulo III – Estudo de Casos
Estudo de caso
Áre
a d
e e
stu
do
urb
an
o
Fonte: (Cucoautogas, 2007)
Fonte: (Gogglemaps, 2010)
Capítulo III – Estudo de casos
Estudo de caso Urbano
Me
tod
olo
gia
usa
da
no
Estu
do
de
Ca
so
urb
an
o
c
Informação estatística
Dados Meteorológicos
RVP
Frota automóvel
Arranques a quente e frio
Dados de Mobilidade
Mapa hipsométrico
Modelo de transportes
Velocidade média nos arcos
Distâncias percorridas na rede
Fluxos de veículos nos arcos
VKT
ArcView
Velocidade média por tipo de
estrada
Partilha de quilometragem na
rede
Modelo de emissões
Emissões a quente
Emissões a frio
Emissões evaporativas
Emissões totais
Quantidade de metais
pesados
Quantidade de
poluentes atmosféricos
Quantidade de GEE
Consumo energético
Da
do
s d
e F
rota
Capítulo III – Estudo de casos
Estudo de caso Urbano
Frota de estudo urbana
Matriz O/D
Estudos de Mobilidade
Frota Nacional
Da
do
s d
e F
rota
Capítulo III – Estudo de casos
Estudo de caso Urbano
ISP
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
6:0
0 -
7:0
0
7:0
0 -
8:0
0
8:0
0 -
9:0
0
9:0
0 -
10:0
0
10:0
0 -
11:0
0
11:0
0 -
12:0
0
12:0
0 -
13:0
0
13:0
0 -
14:0
0
14:0
0 -
15:0
0
15:0
0 -
16:0
0
16:0
0 -
17:0
0
17:0
0 -
18:0
0
18:0
0 -
19:0
0
19:0
0 -
20:0
0
20:0
0 -
21:0
0
21:0
0 -
22:0
0
22:0
0 -
23:0
0 %
de
mo
tivo
s d
e v
iage
m
Horas
Distribuição horária das viagens em função do seu destino
outros
Refeição
Regresso a casa a frio
Regresso a casa Quente
Motivos Profissionais
Saúde
Compras/Lazer
Escola
Fonte: Autor com base em (TIS.PT, 2008)
Fonte: (TIS.PT, 2008)
Da
do
s d
e M
ob
ilid
ad
e
Capítulo III – Estudo de casos
Estudo de caso Urbano
Tipo de ambiente de
condução
Distribuição das viagens por ambiente de
condução nos períodos de pontas (%)
Rural 17%
AE 38%
Urbano 45%
Tipos de vias
Velocidades adoptadas
em períodos de ponta
(km/h)
Velocidades adoptadas em
períodos entre pontas (km/h)
Rural 33 50
A.E. 39 100
Urbano 25 28
Distância média percorrida (km) 3,78
Quilometragem anual (km/ano) 1380
VKT
•Fluxos de veículos
nos arcos
• Distância
percorrida nos arcos
•Arranques a frio
Distâncias
percorridas na rede
Velocidade média
por tipo de estrada
Partilha de
quilometragem na
rede
Dados de
Mobilidade
Da
do
s d
e M
ob
ilid
ad
e
Capítulo III – Estudo de casos
Estudo de caso Urbano
0,00%
1,00%
2,00%
3,00%
4,00%
5,00%
6,00%
7,00%
8,00%
9,00%
01
:00
0
2:0
0
03
:00
0
4:0
0
05
:00
06
:00
07
:00
08
:00
09
:00
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00
00
:00
% d
e t
ipo
de
arr
anq
ue
Horas
Distribuição dos tipos de arranque e função do motivo das viagens
Emissões a Frio
Emissões Quente
Fonte: Autor com base em (TIS.PT, 2008)
Em
issõ
es d
e P
olu
en
tes a
tmo
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rico
s
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
CO NOX NO NO2 NH3 PM escape
Mat. Org.
PM25 PM10
611,9
224,1
193,6
29,6 6,4 7,0
2,4 9,7 11,6
615,28
389,63
336,21
48,4
8,39 14,81 15,79 13,16 3,32
Qu
anti
dad
e (
ton
)
Poluentes Atmosféricos
Emissões de Poluentes Atmosféricos
Estudo Urbano
Estudo interurbano
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Em
issõ
es d
e m
eta
is p
esa
do
s
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
Pb Cd Cu Cr Ni
Se Zn
4,1 1,6
56,7
2,2 1,2
0,2
26,8
1,78 1,28
46,48
1,59 1,49 0,22
32,2
Qu
anti
dad
e (
kg)
Metais Pesados
Emissões de Metais Pesados (kg)
Estudo Urbano
Estudo Interurbano
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Em
issõ
es e
va
po
rativa
s
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
VOC
NMVOC
168,5 155,7
54,88
50,37
Pe
so (
Ton
)
Poluentes atmosféricos
Emissões Evaporativas (Ton)
Estudo Urbano
Estudo Interurbano
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Co
nsu
mo
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en
erg
ia e
co
mb
ustíve
l
0,0
2.000,0
4.000,0
6.000,0
8.000,0
10.000,0
12.000,0
14.000,0
16.000,0
18.000,0
20.000,0
Energia consumida
Consumo de combustível
5,0
13.933,4
9,23
19684,94
Qu
anti
dad
e (
Tj/t
on
)
Estudo Urbano
Estudo Interurbano
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Ind
ica
do
res d
e m
ob
ilid
ad
e e
em
issõ
es
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Estudo de Caso VKm[1000.v.
km]
FECO2
[g/VKm]
FECO
[g/VKm]
FENOx
[g/VKm]
FEPM10
[g/VKm]
FECOV
[g/VKm]
Urbano 206.081 201 2,97 1,09 0,056 0,266
Interurbano 294.678 210 2,09 1,32 0,011 0,186
AML (a) - 250 7,11 1,24 0,044 1,11
Lisboa (a) - 287 9,7 1,15 0,045 1,46
(a) Fonte: (Tchepel O. , 2005)
Ind
ica
do
res a
mb
ien
tais
Indicadores ambientais (urbano) Urbano Interurbano
Total de CO2 eq (ton) 42.028 62.273
Nº Arvores a plantar 38.207 56.612
Preço (1 crédito de carbono = 13€) 148.994€ 220.767 €
Área = Hectares (árvores) 31,8 há 47,2 ha
% das emissões da área em relação ao
universo de emissões de CO2 eq no país 0,12% 0,18%
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Contibuiç
ão
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mis
sões p
or
via
e c
ate
gori
a d
e v
eíc
ulo
Urbano 55%
Rural 15%
AE 30%
Contribuição das emissões por tipo de via na HPM
(URBANO)
67%
13%
11%
8%
0% 1%
Contribuição das emissões de poluentes consoante as categorias
do parque automóvel (Urbano)
Ligeiros Passageiros
Comerciais Ligeiros
Pesados Mercadorias
Pesados Passageiros
Ciclomotores
Motociclos
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Contr
ibuiç
ão d
e e
mis
sões p
or
cate
goria d
e v
eíc
ulo
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Ligeiros Passageiros
58%
Ligeiros Comerciais
20%
Pesados Mercadorias
20%
Pesados Passageiros
0%
Motociclos 2%
Contribuição de Emissões consoante a categoria de veículo (Interurbano)
Va
lida
çã
o
Consumo de combustível determinado
pelo modelo de emissões (ton)
Consumo de combustível obtido
através das estatísticas da DGEG (ton)
13.933 17.120
Validação do estudo urbano
Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados
Resultados e análise de resultados
Co
nclu
sõ
es e
Estu
do
s fu
turo
s
Conclusões:
A integração entre modelo de transportes e modelo de emissões é muito
sensível à velocidade média dos condutores
Foram feitas simplificações, extrapolações e cálculos intermédios
aumentam a incerteza das estimativas
Os veículos ligeiros de passageiros são os maiores responsáveis pelas
emissões de poluentes atmosféricos
Os meios urbanos são zonas sujeitas a grande carga de poluentes.
Melhorias:
Informação acessível
Centros de inspecção como entidades de registo de informação
Equipamentos de telemática em pontos chave da rede
Factores críticos de sucesso:
•Estudo de Mobilidade e Acessibilidade no Concelho de Oeiras
•Colaboração com a TIS.PT
•O modelo de emissões COPERT IV ser freeware.
Capítulo V – Conclusões
Conclusões e Estudos Futuros
Co
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s
Capítulo V – Conclusões
Conclusões e Estudos Futuros
Estudos Futuros
Estudo de análise de emissões de veículos em condições de
congestionamento
Investigação em modelos de integração de modelos de transportes e de
emissões de veículos
Agregação de um modelo de modelação de poluição atmosférica
Uso de modelos de transportes dinâmicos e modelos de emissão
dinâmicos, ligados a uma rede telemática de supervisão do tráfego
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