Estimativas de emissões associadas a modelos de afectação de tráfego rodoviário

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

http://www.europarl.europa.eu/eplive/expert/photo/20070919PHT10499/pict_20070919PHT10499.jpg

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


Objectivos


Enquadramento

Poluição Local Transportes/Mobilidade


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%


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)


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



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)




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




Tip

os d

e e

mis

sõ

es d

e v

eíc

ulo

s




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)




Esca

la te

mp

ora

l e

esp

acia

l d

o C

OP

ER

TIV

COPERT IV

Fonte: Software Copert IV




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)



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




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




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



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 totais


pesados


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



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 totais


pesados


atmosféricos

Quantidade de GEE

Consumo energético

Dados de Frota


Capítulo III – Estudo de Casos

Áre

a d

e e

stu

do

in

teru

rba

na

Fonte: (Cucoautogas, 2007) Fonte: (Gogglemaps, 2010)


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

do

s d

e M

ob

ilid

ad

e

Fonte: (EP, 2009)


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


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 totais


pesados

Quantidade de

poluentes atmosféricos

Quantidade de GEE

Consumo energético

Da

do

s d

e F

rota



Frota de estudo urbana

Matriz O/D

Estudos de Mobilidade

Frota Nacional

Da

do

s d

e F

rota



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



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



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



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



Co

nsu

mo

de

en

erg

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co

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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



Ind

ica

do

res d

e m

ob

ilid

ad

e e

em

issõ

es



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%



Contibuiç

ão

das e

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



Contr

ibuiç

ão d

e e

mis

sões p

or

cate

goria d

e v

eíc

ulo



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



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

nclu

sõ

es e

Estu

do

s fu

turo

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

FIM

Obrigado

pela vossa

atenção

Documents

Estimativas de emissões associadas a modelos de afectação de tráfego rodoviário