PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL

FACULDADE DE ENGENHARIA

ESTUDO PRELIMINAR DA VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA

NA SUBSTITUIÇÃO DE UM ÔNIBUS A ÓLEO DIESEL POR UM

ÔNIBUS COM PROPULSÃO ELÉTRICA NA EMPRESA VIAMÃO

Porto Alegre, 05 de dezembro de 2017.

Autor: Luciano Barcelos de Souza

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Curso de Engenharia Elétrica

Av. Ipiranga 6681, - Prédio 30 - CEP: 90619-900 - Porto Alegre - RS - Brasil

Email: luciano.souza.002@acad.pucrs.br

Orientador: Vicente Mariano Canalli, Dr. Eng.

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Av. Ipiranga 6681, - Prédio 30 - Sala S01.02 - CEP: 90619-900 - Porto Alegre - RS- Brasil

Email: vicente.canalli@pucrs.br

RESUMO

A preocupação com o meio ambiente é uma questão defendida mundialmente. Os

veículos de tração elétrica para transporte em massa vieram contribuir com a sustentabilidade

e a redução de gases expelidos por milhares motores a óleo diesel que jogam diariamente

toneladas de CO2 para a atmosfera em todo o mundo. Este trabalho propõe uma avaliação

técnica e econômica envolvendo um ônibus elétrico puro, também chamado de plug-in e um

ônibus a óleo diesel. Embasam o trabalho dados do veículo diesel, fornecidos pela Empresa

de Transporte Coletivo Viamão Ltda. e dados do veículo elétrico, cedidos por fabricantes e

por empresas que realizaram test-drive ou que já adquiriram estes veículos. O foco principal é

o estudo preliminar da viabilidade da utilização de um ônibus elétrico pela Empresa Viamão.

Esta empresa opera linhas que ligam Viamão a Porto Alegre na região metropolitana. Serão

avaliados os custos de aquisição e operação do veículo plug-in, comparando com os mesmos

dados de um veículo convencional movido com motor a óleo diesel.

Palavras-chave: Ônibus Elétrico, Transporte em massa, Sustentabilidade, Consumo elétrico.

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ABSTRACT

PRELIMINARY STUDY OF THE TECHNICAL AND FINANCIAL

VIABILITY IN THE REPLACEMENT OF A DIESEL OIL BUS BY A

BUS WITH ELECTRICAL PROPULSION IN THE COMPANY

VIAMÃO

SUMMARY

Concern about the environment is a matter defended worldwide. Electric traction

vehicles for mass transportation have contributed to the sustainability and reduction of

exhaust gases by thousands of diesel engines that daily discharge tons of CO2 into the

atmosphere around the world. This work proposes a technical and economic evaluation

involving a pure electric bus, also called a plug-in and a diesel oil bus. They base the work

data of the diesel vehicle, provided by the Company of Transport Collective Viamão Ltda.

and data from the electric vehicle, provided by manufacturers and test-drive companies or

who have already purchased these vehicles. The main focus is the preliminary study of the

feasibility of using an electric bus by Empresa Viamão. This company operates lines linking

Viamão to Porto Alegre in the metropolitan region. The acquisition and operation costs of the

plug-in vehicle will be assessed, comparing with the same data of a conventional diesel-

powered vehicle

Keywords: Electric Bus, Mass Transit, Sustainability, Electric Consumption.

1 INTRODUÇÃO

O aquecimento global é preocupação constante de vários órgãos mundiais. Muito se

houve falar sobre acontecimentos inéditos envolvendo fenômenos da natureza, que muitas

vezes são referenciados como consequência do aquecimento do planeta, chamado de efeito

estufa.

O sistema de transporte coletivo está entre os maiores vilões responsáveis por tal

agressão ao meio ambiente, pois estes veículos impulsionados por motores à combustão

interna expelem pelo seu escapamento muitos gases tóxicos. Entre os gases expelidos estão o

monóxido de carbono (CO) que é asfixiante e causa dor de cabeça, os hidrocarbonetos (HC)

que são cancerígenos e o óxido de nitrogênio (NOx) que entre outras coisas provoca a acidez

da atmosfera. O gás carbônico (CO2) não é extremamente tóxico, mas provoca o efeito estufa,

o que potencializa todos estes problemas (ALVARES, 2016).

Vários países espalhados pelo mundo estão propondo políticas de migração dos

sistemas de transportes à combustão para um sistema alternativo, que polua menos e seja

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sustentável, utilizando várias formas de energia limpa. Muitos desses países já têm datas pré-

determinadas para o fim da utilização de veículos à combustão. De acordo com a revista

alemã Der Spiegel (2016), a Alemanha quer o fim do registro de novos veículos à combustão

a partir do ano de 2030 e tem como meta reduzir em 95% os níveis de emissão de gás

carbônico até o ano de 2050.

1.1 Tema de Pesquisa

O tema da pesquisa envolve a análise e levantamento dos custos de aquisição e

operação do modelo de ônibus elétrico puro disponível no mercado brasileiro, e sua

comparação com custos equivalentes de um ônibus movido a óleo diesel.

1.2 Justificativa do Tema

O veículo puramente elétrico, alimentado somente com baterias, é um conceito novo

no mercado brasileiro.

A maneira viável de se fazer uma análise preliminar com baixo custo, é através de um

estudo baseado em informações técnicas e algumas amostras com dados disponibilizados por

fabricantes. Este trabalho contempla um conjunto de análises, que foram reunidas e trazidas

para o cenário de equipamento e serviço prestado na região metropolitana de Porto Alegre.

1.3 Objetivo do Trabalho

Este trabalho tem o objetivo de verificar, mediante dados disponibilizados e

pesquisados, a viabilidade técnica e financeira da migração de um veículo convencional com

propulsor a óleo diesel para um veículo com propulsor elétrico, movido a baterias. A

tecnologia puramente elétrico traz uma nova perspectiva para o ônibus eletrificado, porém

seus custos são significativamente elevados quando comparados a um modelo convencional.

Uma análise detalhada faz-se necessária para justificar ou não a migração para a essa nova

tecnologia.

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1.4 Delimitações do Trabalho

A maior dificuldade deste trabalho foi a de obter informações detalhadas de

fabricantes, porém com dados adicionais adquiridos em artigos técnicos de outros autores, foi

possível realizar um levantamento dos custos operacionais de um ônibus elétrico puro. Não

serão analisadas, além das questões ambientais, outras ligadas ao licenciamento pelo

Conselho Nacional de Transito (CONTRAN). O foco deste estudo está na viabilidade

operacional e financeira. Também não serão avaliados outros modais de transporte como o

Metrô ou o Veículo Leve Sobre Trilhos (VLT).

Para referência do modelo operacional atual, foi escolhido um modelo de veículo

convencional, padrão metropolitano definido pelo órgão gestor que regulamenta o transporte

na região metropolitana de Porto Alegre, que é a Fundação Estadual de Planejamento

Metropolitano e Regional (METROPLAN).

2 REFERENCIAL TEÓRICO

O conceito de ônibus vem mudando ao longo dos anos, inicialmente o objetivo era só

transportar pessoas, posteriormente investiu-se no aprimoramento desses projetos para

oferecer maior conforto aos usuários. Atualmente o objetivo é deixar o ônibus menos

poluente, mantendo os mesmos atributos de ser um transporte seguro, confortável e versátil.

Neste item é apresentada a evolução do sistema de transporte de passageiros por

ônibus no mundo e posteriormente no Brasil. Na sequência são apresentados os principais

tipos de propulsores elétricos utilizados nestes veículos atualmente.

Também serão apresentados neste item alguns cases envolvendo ônibus elétricos pelo

mundo, a escolha do modelo de veículo que vai ser trabalhado no estudo, alguns aspectos

sobre motores elétricos de tração, uma revisão potências trifásicas e por fim uma passagem

sobre as perdas nos circuitos eletrônicos de potência.

2.1 A história do ônibus

No ano de 1662 surgiu na França a primeira ideia de um transporte coletivo de pessoas

criado por Blaise Pascal, que consistia de simples carruagens com tração animal que tinha

capacidade para transportar oito passageiros mais dois tripulantes. Nesta época o nome ônibus

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ainda não era conhecido. Essas carruagens eram chamadas de carroces à cinc sous, em

referência ao valor da tarifa que era cobrada no valor de cinco sous, segundo Hussey (2011),

Sou era o nome da moeda utilizada na época. Este serviço não foi adiante por muito tempo,

talvez por ter tarifa muito elevada para a época e por ser realizado por carruagens

extremamente grosseiras e sem nenhum conforto, acabou sendo abandonado em 1678

(FIGURA 1) (Museu Virtual do Transporte Urbano NTU, 2017 e STIEL, 2001).

Figura 1 – Miniatura de carruagem utilizada na época

Fonte: Museu Virtual do Transporte Urbano NTU (2017)

Em 1826 conforme Hussey (2011), nasceu um novo conceito de transporte público. Na

cidade de Nantes, também na França, Stanislas Baudry então empresário dono de uma casa de

banhos, enfrentava certa dificuldade nos negócios devido à distância de seu comércio até a

cidade e isso dificultava o deslocamento de seus clientes. Foi então que implantou um sistema

de transporte coletivo urbano que anteriormente foi abandonado por Pascal. O seu objetivo

inicial era levar e trazer as pessoas até sua casa de banho, mas com o passar do tempo, as

pessoas utilizavam o transporte para se deslocar com outras finalidades, foi então que

Stanislas abandonou o seu negócio anterior e passou a se dedicar somente ao transporte de

passageiros (Museu Virtual do Transporte Urbano NTU, 2017).

Na cidade havia uma espécie de rodoviária onde seus veículos estacionavam que

ficava em frente a uma loja de um chapeleiro muito conhecido na cidade chamado Sr. Omnes.

Observando o movimento de pessoas que circulavam neste local o chapeleiro colocou uma

placa em frente a sua loja com a escrita Omnes Omnibus, que em latin significa tudo para

todos. Esta loja virou um referencial para o local de embarque e desembarque de passageiros.

Com o passar do tempo foi-se associando o nome da loja ao veículo e assim nasceu o nome

ônibus.

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Nos anos seguintes as carruagens começaram a ser equipadas com motor a vapor,

entre estes se destacam os modelos Autopsy (FIGURA 2) e o Era criados por Hancock, que

foi um dos pioneiros a realizar este desenvolvimento. Suas carruagens eram dotadas de

motores a vapor com muita potência, pesavam em torno de 3,5 toneladas e atingiam a

velocidade de 16 km/h. Nesta velocidade seu motor trabalhava a 70 rpm (rotações por minuto)

(Museu Virtual do Transporte Urbano NTU, 2017).

Figura 2 – Ilustração da carruagem com motor a vapor Autopsy

Fonte: Museu Virtual do Transporte Urbano NTU (2017)

Na década de 1890 o transporte em massa era dominado pelos trens e as ferrovias

eram muito bem desenvolvidas, porém havia dificuldades para o transporte de pequeno curso,

as opções eram escassas. O ônibus movido com motor à combustão (FIGURA 3) chegou

ainda nessa década, em 1895. Criado por Carl Benz que já atuava na indústria automobilística.

Derivado de um chassi do automóvel Landau este ônibus tinha capacidade para transportar

oito passageiros e seu motor à gasolina tinha a potência de cinco cavalo-vapor (CV)

(Mercedes Benz, História do ônibus, 2017).

Figura 3 – Primeiro ônibus movido à gasolina

Fonte: Mercedes Benz, História do ônibus (2017)

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A partir deste veículo o conceito ônibus já estava lançado. Vários modelos foram

criados posteriores a este, com maior potência e maior capacidade de passageiros. Alguns

segmentos do transporte coletivo da época eram mais valorizados e primavam por conforto.

Estes veículos já contavam com bancos estofados, janelas basculantes e calefação no piso

(Mercedes Benz, História do ônibus, 2017).

Na revolução do ônibus, o advento da Primeira Guerra Mundial representa um obstáculo, pois

os fabricantes de veículos se concentram na produção de caminhões. No entanto, com o fim do conflito

esse panorama começa a mudar. E na década de 20 surgem importantes novidades. O motor diesel é a

principal. Mas também são introduzidos o freio a ar comprimido e o chassi de estrutura baixa, com

vigas apoiadas sobre o eixo traseiro. Cada aperfeiçoamento melhora a dirigibilidade, o conforto e a

segurança dos veículos. As estradas também são melhoradas. E o ônibus conquista adeptos em escala

crescente. Dissociado do conceito de caminhão, base para os primeiros modelos, ele atinge sua

configuração específica e ingressa na idade adulta (Mercedes Benz, História do ônibus, 2017).

2.2 O ônibus no Brasil

O transporte de passageiros iniciou no Rio de Janeiro em 1817, eram feitos por

diligências que eram puxadas por quatro cavalos (SALDANHA, 2008). Em 1837 o sistema

Omnibus foi implantado pelo Visconde de Sepetiba. Apesar de o modelo ônibus estar

presente, o transporte era dominado pelos trens, e posteriormente pelos bondes que eram

tracionados por cavalos. Já em 1862 a tração animal passou a ser substituída pelo vapor. O

primeiro bonde elétrico surgiu em 1892 (Museu Virtual do Transporte Urbano NTU, 2017).

O primeiro ônibus movido à gasolina começou a circular no Brasil em 1908. A

Daimler fabricava a parte mecânica e a carroceria era de origem francesa. Aos poucos os

ônibus foram conquistando o público, por serem mais confortáveis que os bondes. A primeira

carroceria fabricada no Brasil equipou um modelo também da Daimler, em 1930 que era o

popular jacaré, nome dado por ter o motor na parte dianteira deslocado da carroceria,

semelhante a um caminhão (FIGURA 4).

Figura 4 – Ônibus Jacaré

Fonte: Museu Virtual do Transporte Urbano NTU (2017)

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A evolução dos modelos de ônibus seguiu nos anos subsequentes. Cada fabricante

construía o seu modelo como considerava melhor, muitas vezes utilizando estrutura de

caminhões como no modelo jacaré. No final da década de 1970 foi criado o Projeto Padron,

este projeto criado pela Empresa Brasileira de Planejamento de Transporte (GEIPOT), que

estabelecia uma série de regras e normatizações onde deveriam ser seguidas nos próximos

projetos. A partir de 1980 as principais encarroçadoras da época apresentaram os modelos

padron que tiveram de ser homologados para a liberação da fabricação. Este conjunto de

regras foi substituído posteriormente pelas normas do CONMETRO em 1993, que rege essas

regras até os dias de hoje (EBINA, 2015).

2.3 Principais tipos de propulsores utilizados atualmente

O principal propulsor para ônibus na atualidade é o motor a óleo diesel, porém nas

últimas décadas novas alternativas estão sendo desenvolvidas. Os principais objetivos dessas

novas alternativas são a sustentabilidade e a redução das emissões de elementos nocivos ao

meio ambiente. A viabilidade da proposta é sempre levada em conta, pois um equipamento

extremamente caro não vai sair do protótipo. O custo do transporte está ligado diretamente ao

valor da tarifa e o objetivo do sistema de transporte moderno é procurar baratear o custo

operacional para que isso se reflita em uma tarifa mais acessível.

2.3.1 Ônibus híbrido elétrico/combustão

Estes veículos podem operar na configuração série ou paralela. Na série o veículo é

tracionado somente pelo motor elétrico enquanto o motor a combustão é conectado a um

alternador (gerador) (ELETRA, 2017).

Uma Corrente Alternada (CA) é produzida nos terminais do gerador conectado a um

retificador que vai transformar a Corrente CA em Corrente Contínua (CC). Após este

retificador, se utiliza um conversor CC/CC, que vai realizar a transformação da tensão para os

níveis do banco de baterias.

O controlador de carga é responsável por receber a demanda de torque solicitada pelo

condutor através do pedal do acelerador e entregar a energia necessária para o motor elétrico

tracionar o veículo. Este controlador trabalha em duas vias, quando o veículo desacelera o

motor elétrico se transforma em gerador. Neste caso as baterias são carregadas pelo motor de

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tração através da frenagem regenerativa. Este sistema é mais eficiente que o sistema a

combustão tradicional, pois o motor a combustão utilizado tem menor potência em relação ao

que seria necessário para o tamanho do veículo. Este motor a combustão trabalha com rotação

estável, podendo operar sempre na faixa de economia, o que traz um bom resultado no

consumo de combustível (PEREIRA, 2007).

Quando o sistema está totalmente carregado e a demanda de consumo é baixa, o motor

a combustão é desligado, permanecendo o veículo alimentado somente pelo banco de baterias.

O motor a combustão volta a ser acionado quando a tensão das baterias chegar a um nível

mínimo operacional.

Na configuração paralela tanto o motor elétrico quanto o motor a combustão estão

ligados simultaneamente ao sistema de tração mecânica do veículo através de um controlador

de torque. Ao iniciar o deslocamento é acionado somente o motor elétrico, até o veículo

atingir determinada velocidade. Quando o veículo atinge 20 km/h o motor à combustão é

acionado e este passa a tracionar o veículo (MALUF, 2013). Este ponto de entrada pode variar

de acordo com a configuração do fabricante (PEREIRA, 2007).

2.3.2 Ônibus híbrido elétrico/célula de combustível

A célula de combustível foi descoberta em 1839 por Sir William Robert Grove

(LARMINIE J., 2003). O cientista descobriu que através de um eletrodo de platina aquecido

poderia ser feita a dissociação do hidrogênio e oxigênio. Essa técnica foi utilizada na nave

Gemini IV que possuía células de combustível que geravam até 12 kW de energia elétrica.

Vários protótipos utilizando essa tecnologia foram desenvolvidos no mundo inteiro,

entretanto problemas como o custo e espaço para armazenamento seguro do hidrogênio, ainda

são desafios para os desenvolvedores (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2008).

No Brasil uma parceria de empresas nacionais lançaram o primeiro ônibus a

hidrogênio do país em 2009, os testes foram finalizados em 2011 com resultados satisfatórios

(EBINA, 2015).

2.3.3 Ônibus híbrido elétrico/trólebus

Os trólebus estão em operação há muitos anos no Brasil. Entre as décadas de 80 a 90

houve uma grande expansão da sua utilização, mas devido aos custos operacionais e a falta de

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mobilidade operacional a sua utilização recuou muito nas décadas seguintes. Atualmente estes

veículos estão retornando ao mercado, novas tecnologias estão sendo aplicadas e estão

permitindo que o trólebus não dependa somente da alimentação da rede externa. Os novos

modelos tem autonomia própria e podem se desconectar temporariamente de rede, passando a

se locomover com energia armazenada nas baterias ou supercapacitores (INSTITUTO DE

ENGENHARIA, 2011).

Os novos trólebus também contam com a frenagem regenerativa, o que contribui para

a economia no consumo de energia elétrica e para recarregar as baterias. O conceito de tração

é de um híbrido série, porém o sistema é puramente elétrico. Alguns destes veículos podem

percorrer até 5 km com a carga das baterias, distância suficiente para se reconectar entre uma

subestação e outra que normalmente ficam a 1,5 km de distância (ELETRA, 2017).

A Empresa Eletra, fabricante de vários modelos de ônibus elétricos, trólebus e

híbridos, lançou em 2015 o modelo Híbrido Dual. Este modelo tem três possíveis

combinações de operação, podendo operar como trólebus, híbrido/combustão ou puramente

elétrico, combinações que permitem total flexibilidade operacional (ELETRA, 2017).

2.3.4 Ônibus híbrido elétrico/combustão/supercapacitor

Esta é uma modelagem nova. Este veículo segue o mesmo conceito do

híbrido/combustão série, porém a energia fornecida pelo gerador é armazenada em

supercapacitores e não em baterias como no híbrido comum. Essa forma de armazenamento

otimiza a velocidade de carregamento, pois os capacitores carregam extremamente rápido,

bastam alguns minutos ou segundos do motor diesel ligado que a tensão nos capacitores

estabiliza, voltando a desligar o motor, além de carregar também via frenagem regenerativa.

Um fabricante de Xangai na China está produzindo estes veículos. Em 2014 duas

unidades estiveram em testes em uma operadora aqui no Brasil na cidade de São José dos

Pinhais, no estado do Paraná. Os testes foram muito positivos em relação aos demais híbridos

testados pela operadora. Segundo informações da operadora, o consumo reduziu cerca de 30%

em relação aos híbridos com baterias (BAZANI, 2014).

O uso de supercapacitores traz várias vantagens, entre essas estão o custo menor e a

maior durabilidade, sem a necessidade de substituição durante a vida útil do veículo, a relação

de peso que fica em torno de 1/3 do peso das baterias também contribui para a economia dos

veículos, o volume de armazenamento diminui, aumentando a área útil dentro do veículo e

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consequentemente disponibilizando uma maior capacidade de lotação de passageiros

(BAZANI, 2014).

2.3.5 Elétrico puro ou Plug-in

Este é o conceito mais moderno de ônibus sustentável. Opera exclusivamente com

energia armazenada nas baterias. São tracionados por um ou mais motores elétricos, que

podem ser conectados a um eixo diferencial ou acoplados diretamente nas rodas. Alguns

modelos possuem sistema de recarga rápida de 5 minutos que pode ser realizado nos terminais

de paradas. Essas recargas aumentam a autonomia em cerca de 11 km (ELETRA, 2017). Estes

veículos também possuem o sistema de frenagem regenerativa, mas o recarregamento

completo das baterias é realizado através de uma fonte externa. Essa recarga é feita

normalmente nas garagens durante a noite, pois demoram de 3 a 5 horas para completar o

ciclo de recarga completo (MALUF, 2013).

2.4 Cases de sucesso

Segundo relatório divulgado pela Agência Internacional de Energia (AIE), em Paris,

denominado Global EV Outlook 2017, em um levantamento realizado em 2016, o número de

ônibus elétricos no mundo inteiro era de aproximadamente 345 mil unidades. Este número é o

dobro do levantamento realizado em 2015. A China é o país que se destaca no cenário de

ônibus elétricos no mundo, sendo Shenzhen a cidade que tem a maior quantidade de ônibus

eletrificados em operação (AIE, 2017).

2.4.1 Suíça - trólebus

A cidade de Zurique na Suíça opera com o sistema Trólebus desde 1939, apesar de ser

uma tecnologia antiga ainda é muito valorizada pelos operadores, mesmo tendo custos

elevados com as linhas de transmissão e subestações no final das contas o ônibus elétrico sai

custando 80% menos que o sistema a diesel. Entre os fatores para essa diferença está a vida

útil dos trólebus que pode durar o dobro dos veículos convencionais (VIATRÓLEBUS,

2014).

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2.4.2 Israel - Carregamento sem fio

A startup israelense Electroad está desenvolvendo um sistema de carregamento sem

fio, trata-se de bobinas enterradas no asfalto para carregar os veículos através da indução. Os

testes realizados em um trecho de 20 metros foram produtivos, o próximo passo da startup

será aplicar a tecnologia em uma rota de ônibus na cidade de Tel Aviv. Uma das vantagens

deste sistema de carregamento é a possibilidade da redução do banco de baterias o que reduz

consideravelmente o peso do veículo, proporcionando um melhor rendimento no consumo de

energia para o deslocamento do veículo (ENGENHARIAE, 2017).

2.4.3 Estados Unidos - Proterra

Um ônibus puramente elétrico atingiu a marca de 1.772,2 km rodados com uma carga

de baterias de íon de lítio de 660 kWh, o modelo é o Catalyst E2 Max, fabricado pela empresa

americana Proterra. Este experimento foi realizado em uma pista de testes, mas segundo a

fabricante em um trânsito pesado essa autonomia deverá ser um pouco menor, porém garante

que será superior aos modelos atuais existentes no mercado.

O Catalyst E2 Max é fabricado com compósitos avançados e fibra de carbono, o que

lhe proporciona um menor peso e consequentemente menor consumo de energia para o

deslocamento. Este modelo vem equipado com um sistema de recarga rápida que completa a

carga das baterias entre uma e duas horas, muito rápido em relação aos modelos equivalentes

que levam de quatro a cinco horas para a carga completa (PROTERRA, 2017).

2.5 Definição do modelo de veículo elétrico para o estudo

O ônibus elétrico puro foi escolhido para este estudo por ser a alternativa que vem se

destacando no transporte sustentável de passageiros. A presença de fornecedores no Brasil foi

outro ponto importante. Atualmente existem dois fabricantes desse tipo de veículo no país.

Em São Bernardo do Campo a empresa Eletra foi pioneira, lançando um ônibus

híbrido no Brasil em 1988. Posteriormente passou a fabricar trólebus e novos híbridos com

tecnologias atualizadas. Em 2013 a Empresa lançou o modelo movido 100% a baterias que é

o E-Bus, um articulado com 18m, capacidade para 150 passageiros e autonomia de 200 km. Já

em 2016 lançou um novo modelo, este com tamanho de 12,7 m. O projeto Ônibus Elétrico

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Assistido por Energia Solar Fotovoltaica é uma parceria da Eletra e outras empresas com a

Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) que desenvolveram um sistema de estações

de recarga através de energia fotovoltaica (ELETRA, 2017).

A outra Empresa fabricante de ônibus elétricos puros no Brasil é a Build Your

Dreames (BYD), de origem chinesa que fundou sua fábrica em 2015 na cidade de Campinas,

também em São Paulo. A empresa, que entre outros produtos fabrica as próprias baterias, é

muito forte no mercado de ônibus elétrico. Presente em diversos países, tem como mercado

chefe e referência em seu portfólio de veículos elétricos a cidade de Shenzhen na China. Em

2017 foram concluídas as primeiras unidades fabricadas no Brasil, com possibilidades de

utilizar carrocerias de fabricantes nacionais, como a Marcopolo e a Caio. Outro lançamento

também em 2017 foi de um modelo Volare, um micro-ônibus voltado para o sistema de

alimentador para linhas troncais, atualmente operando na cidade de Santos, em São Paulo

(BYD, 2017).

Ambas as fabricantes têm veículos adequados para a operação no transporte urbano,

tendo um bom rendimento quando operam no trânsito congestionado ou com grande número

de semáforos. Estes veículos contam com frenagem regenerativa, que realiza um

carregamento nas baterias sempre que o freio é acionado, essa tecnologia contribui para um

maior rendimento da carga das baterias (BYD, et al., ELETRA, 2017).

A autonomia dos elétricos puros fica em torno de 300 km, sendo que essa autonomia

pode variar para mais ou para menos de acordo com o tipo de operação, linhas com muitos

aclives podem reduzir consideravelmente este número. A possibilidade da configuração do

veículo com carrocerias comuns no mercado brasileiro é um fator muito relevante para as

empresas operadoras do transporte. Carrocerias importadas poderiam trazer sérios problemas

de reposição de peças no decorrer da vida útil do veículo.

2.6 Alguns aspectos relevantes relacionados aos motores elétricos de tração

Um dos elementos fundamentais para o funcionamento dos veículos elétricos são os

motores elétricos, que são responsáveis em transformar a energia elétrica em energia

mecânica e assim movimentar o veículo. Vários tipos de motores podem ser utilizados para

esta aplicação, porém é necessário que se tenha um controlador de torque e de velocidade

(PEREIRA, 2007).

Estes motores de tração precisam atender a algumas características básicas como

(ZHU, 2007):

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Densidade de torque e potência elevada;

O torque deve ser alto em baixas velocidades, e a potência deve ser elevada na

velocidade de cruzeiro;

Eficiência elevada quando opera em altas velocidades, incluindo operações de

baixo torque;

Capacidade de sobrecarga intermitente, normalmente duas vezes o torque

nominal para curtas durações;

Confiabilidade e robustez;

Baixo custo;

Para que esses motores consigam fornecer alto torque e potência é necessário

fortalecer o campo magnético através das bobinas e isso exige um grande fluxo de corrente.

Com toda essa corrente circulando cria-se um problema, que é o controle da temperatura. Há

várias formas de realizar a dissipação da temperatura em motores, os mais novos projetos de

refrigeração fazem com que a água circule ao lado dos enrolamentos, realizando assim uma

troca de calor mais eficiente (DOPPELBAUER, et al., WINZER, 2017).

Dentre os motores utilizados no sistema de tração de veículos elétricos está o motor

CA de ímãs permanentes. Os seus ímãs permanentes são geralmente feitos de terras

raras, exemplos notáveis são os imãs de neodímio muito poderosos desenvolvidos em 1982

pela General Motors e Sumitomo (DOPPELBAUER , et al., WINZER, 2017). Estes motores

tem um custo muito elevado, um dos motivos para este alto custo é o uso de elementos de

terras raras presente em materiais magnéticos permanentes. Estudos estão sendo feitos

tentando eliminar ou diminuir o uso deste tipo de material, mas mantendo as mesmas

características e eficiência. O objetivo é diminuir o custo de produção deste tipo de motor

(EL-REFAIE, 2017).

Os enrolamentos do rotor são substituídos por imãs de alto produto energético.

Também não possuem escovas, proporcionando uma redução significativa em manutenções.

Uma fonte de corrente alternada é conectada aos enrolamentos do estator e um campo

rotativo é produzido. Em operação, os pólos dos ímãs permanentes do rotor são bloqueados

no campo magnético rotativo do estator, o que faz girar o rotor. Devido a sua operação

síncrona, oferecem controle de velocidade mais preciso com a manutenção do torque através

de sistemas eletrônicos de acionamento. A velocidade também pode ser controlada através de

uma fonte de alimentação variável, ou um inversor de frequência. Também proporcionam

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maior densidade de potência devido ao fluxo magnético mais elevado, em comparação com as

máquinas de indução (DIAS, 2005).

2.7 Revisão sobre tensões, correntes e potências trifásicas

O sistema trifásico possui três tensões defasadas de 120º entre si. O gerador trifásico é

composto por três enrolamentos fixos denominados fases. Os enrolamentos são dispostos

geometricamente de forma que a tensão induzida esteja 120º atrasada em relação a uma fase e

120º adiantada em relação à outra fase (MARKUS, 2004). Os sistemas de transmissão na sua

maioria utilizam os circuitos trifásicos. Entre as vantagens deste sistema está facilidade de

conversão da energia elétrica em energia mecânica devido ao campo girante, sendo a

construção deste tipo de motores simples. Outra facilidade é a possibilidade de obter

diferentes tensões a partir das três fases e também a redução do peso nos condutores, pois é

possível transportar as mesmas potências em condutores de menor capacidade em relação ao

sistema monofásico (SCHAUM, 2009).

As fases de um sistema trifásico são frequentemente conectadas na ligação estrela ou

ligação triângulo, além dessas também é possível fazer a conexão zig-zag.

Figura 5 - Conexão estrela e triângulo

a) Ligação estrela b) Ligação triângulo

Fonte: PUCRS - Apostila de conversão de energia, prof. Canalli (2017)

A potência aparente trifásica 𝑆3𝐹 em função de 𝑉𝐹 e de 𝐼𝐹

é dada por:

𝑆3𝐹 = 3 ∙ 𝑆𝐹 = 3 ∙ 𝑉𝐹 ∙ 𝐼𝐹 (2.1)

Agora a potência aparente trifásica 𝑆3𝐹 em função de 𝑉𝐿

e de 𝐼𝐿 de acordo com o

tipo de ligação:

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a) Na ligação estrela a tensão de linha é:

𝑉𝐿𝐼𝑁𝐻𝐴 = √3 ∙ 𝑉𝐹𝐴𝑆𝐸 (2.2)

E a corrente de linha é igual a corrente de fase.

𝐼𝐿𝐼𝑁𝐻𝐴 = 𝐼𝐹𝐴𝑆𝐸 (2.3)

Substituindo 𝑉𝐹 por 𝑉𝐿 na equação 2.1:

𝑆3𝐹 = 3 ∙ [𝑉𝐿

√3] ∙ 𝐼𝐹 (2.4)

b) Na ligação triângulo a tensão de linha é igual a tensão de fase, então:

𝑉𝐿𝐼𝑁𝐻𝐴 = 𝑉𝐹𝐴𝑆𝐸 (2.5)

E a corrente de linha é dada por:

𝐼𝐿𝐼𝑁𝐻𝐴 = √3 ∙ 𝐼𝐹𝐴𝑆𝐸 (2.6)

Substituindo 𝑉𝐹 por 𝑉𝐿 e 𝐼𝐹 por 𝐼𝐿 na equação 2.1:

𝑆3𝐹 = 3 ∙ 𝑉𝐿 ∙ [𝐼𝐿

√3] (2.7)

Juntando as equações 2.4 e 2.7 tem-se a potência aparente em função de 𝑉𝐿 e de 𝐼𝐿:

𝑆3𝐹 = √3 ∙ 𝑉𝐿 ∙ 𝐼𝐿 (2.8)

Pode-se perceber que as potências nas cargas balanceadas nas ligações estrela e

triângulo são idênticas, o que pode variar é o ângulo entre a tensão e a impedância da carga,

então o ângulo 𝜙 do triângulo das potências (FIGURA 6) é o fator de potência da carga

(SCHAUM, 2009).

Figura 6 - Triângulo das potências

Fonte: PUCRS - Apostila de conversão de energia, prof. Canalli (2017)

17

A potência reativa trifásica Q3F é representada por:

𝑄3𝐹 = 𝑆3𝐹 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝜙 = 3 ∙ 𝑉𝐹 ∙ 𝐼𝐹 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝜙 = √3 ∙ 𝑉𝐿 ∙ 𝐼𝐿 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝜙 (2.9)

E por fim a potência ativa trifásica:

𝑃3𝐹 = 𝑆3𝐹 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜙 = 3 ∙ 𝑉𝐹 ∙ 𝐼𝐹 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜙 = √3 ∙ 𝑉𝐿 ∙ 𝐼𝐿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜙 (2.10)

2.8 Perdas nos circuitos eletrônicos de potência

A Eletrônica de Potência é responsável por controlar a demanda do fluxo de potência,

processando as energias das fontes de alimentação externas através de semicondutores de

potência para alimentar as cargas.

O circuito de potência é composto também por elementos passivos (indutores,

capacitores e resistores). Este conjunto de conversores estáticos podem constituir conversores

CA – CC (Retificadores), Conversores CC – CA (Inversores), Conversores CC – CC

(Choppers) e Conversores CA – CA (Cicloconversores e Controladores CA).

Estes componentes trabalham como interruptores estáticos, podendo ser classificados

como controlados, semicontrolados ou não controlados. Outro tipo de classificação é quanto a

sua tensão de trabalho, corrente e velocidade de comutação (ZAGO, 2017).

Quando operam como interruptor, o semicondutor apresenta perdas de energia, que

geram dissipação de calor sobre o mesmo que são as perdas em condução e as perdas em

comutação (FIGURA 7).

Figura 7 - Perdas nos semicondutores

Fonte: (Zago, 2017)

O calor gerado pelos semicondutores deve ser retirado através de dissipadores. Em

geral estes dissipadores são fabricados em alumínio, devido a sua boa condutividade térmica,

18

baixo peso e baixo custo. Também podem ser construídos em cobre, porém o custo fica maior

e há um aumento de peso.

Os dissipadores podem ser divididos em três conjuntos: Resfriadores por convecção,

resfriadores por ventilação forçada e resfriadores com líquidos. Os modelos de resfriamento

por convecção são os mais comuns, tratam de blocos com várias aletas distribuídas e essas

aletas fazem a troca de calor com o ar. Já nos sistemas de alta potência pode ser utilizado o

resfriamento com líquido refrigerante, normalmente utiliza-se a água, por ter uma boa

condutividade e viscosidade (MORITZ, 2014).

Os índices de perdas variam de acordo com a aplicação em que estão submetidos.

Questões como a tensão e corrente de trabalho, assim como a temperatura, podem influenciar

nos índices de perdas. A folha de dados do fabricante traz sempre informações básicas sobre

essas perdas (LIRIO, 2013).

3 METODOLOGIA

A metodologia utilizada neste estudo é descrita através de um fluxograma, onde são

apresentadas as etapas seguidas para a coleta de dados teóricos e medições operacionais.

3.1 Fluxograma descrevendo a metodologia utilizada

O fluxograma da figura 8 apresenta como foi realizado o estudo teórico e a coleta de

dados operacionais para a elaboração do estudo de viabilidade proposto.

19

Figura 8 – Fluxograma das atividades realizadas

Fonte: Autoria própria (2017)

3.2 Breve descrição da metodologia

Neste item é apresentada a sequencia de atividades do fluxograma com uma breve

descrição de cada uma das etapas.

3.2.1 Definição do tema

A escolha do tema, abordada na parte inicial do trabalho, foi baseada na ascensão dos

veículos elétricos nos últimos anos e na necessidade de um estudo direcionado. Alguns

estudos semelhantes foram realizados, mas abordam mercados onde o custo operacional é alto

devido ao tipo de veículo diesel utilizado, por exemplo modelos de chassi extrapesados acima

de 260 CV e equipados com câmbio automático, piso baixo, ar condicionado e motor traseiro.

Já o sistema de transporte metropolitano de Porto Alegre tem características mais econômicas,

são veículos equipados com carroceria de piso alto, com câmbio manual, sem ar condicionado

e com motor dianteiro, a potência dos motores fica na faixa dos 210 CV, estes veículos tem

um custo operacional menor, por isso faz-se necessário este estudo.

20

3.2.2 Pesquisas sobre o ônibus elétrico

As pesquisas foram realizadas em fontes voltadas às tecnologias no transporte coletivo

de passageiros. Artigos e trabalhos científicos também serviram como base teórica de

qualidade para enriquecer a pesquisa. Informações obtidas nessas pesquisas são destacadas no

referencial teórico.

3.2.3 Levantamento dos dados da operação atual

Os dados da operação atual, fornecidos pela Empresa Viamão, foram levantados para

se obter cenário em que vai ser aplicado o estudo. Informações de quilometragem das linhas,

número de viagens realizadas nos dias úteis, sábados e domingos compõe a rodagem mensal.

O tempo de percurso das viagens também foi considerado, para poder calcular a velocidade

média operacional.

3.2.4 Levantamento dos dados do ônibus a óleo diesel

Os custos referentes ao veículo movido a óleo diesel também foram fornecidos pela

Empresa Viamão. Foi apurado o consumo de combustível e as manutenções preventivas de

acordo com o cronograma do fabricante ou adaptados ao cronograma praticado pela empresa.

Todas essas variáveis compõem o custo por km do veículo.

3.2.5 Levantamento dos dados do ônibus elétrico plug-in

Através dos dados fornecidos pela fabricante BYD foram realizados os cálculos do

custo de aquisição e operação. Foi considerada a mesma quilometragem média mensal

percorrida pelo veículo a óleo diesel atual. Foram estimados os custos com energia elétrica e

manutenções preventivas conforme indicações do fabricante. As planilhas foram adaptadas

para serem iguais para ambos os modelos, a fim de avaliar cada item de forma similar para os

dois tipos de veículo. Todas essas variáveis compõem o custo por km do veículo.

21

3.2.6 Análise técnica e financeira

Com base nos resultados analisados foi possível montar várias tabelas comparativas

entre os modelos. Os custos de aquisição através de financiamentos também foram

comparados, formando gráficos que mostram as curvas destes custos durante toda a vida útil

dos veículos.

3.2.7 Conclusão

Com a realização de todas as análises pode-se definir, para o cenário do trabalho, se o

veículo elétrico é ou não viável, visando a parte técnica e econômica, para a operação da

linha, considerando todas as variáveis, desde a aquisição até o fim da vida útil do veículo.

4 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA

As características operacionais são muito distintas em diferentes regiões do Brasil.

Essas características são regradas através de licitações, concessões ou autorizações, expedidas

pelos órgãos gestores de cada município ou estado que determinam as especificações dos

veículos que estão homologados a operar na sua região.

O modelo de ônibus que predomina no serviço metropolitano de Porto Alegre é o que

representa o menor custo operacional, são veículos com piso alto, motor dianteiro, duas ou

três portas sendo que uma delas deve ser equipada com plataforma elevatória para acesso à

cadeirante. Quanto à motorização a grande parte dos veículos é equipada com motores na

faixa de 210 CV (Empresa Viamão, 2017).

4.1 Levantamento dos dados da operação atual

A empresa de transporte considerada neste estudo opera diversas linhas metropolitanas

que ligam o município de Viamão à Porto Alegre. Para este trabalho foi considerado uma

linha padrão chamada Viamão – POA / Bento Rodoviária. Esta linha tem origem no terminal

garagem no centro de Viamão e o terminal de fim de linha é na Rua Voluntários da Pátria no

centro de Porto Alegre. Conforme a descrição da linha, o seu eixo de operação é via Av.

22

Bento Gonçalves passando pela Estação Rodoviária de Porto Alegre com extensão total de

25,6 km, conforme ilustrado no seu mapa de itinerário (FIGURA 9).

Figura 9– Linha Viamão – Poa via Av. Bento Gonçalves

Fonte: Empresa Viamão (2017)

O tempo médio de percurso dessa linha é de 80 minutos, resultando em uma

velocidade média de 19,2 km/h. Por se tratar de uma linha metropolitana, o número de

paradas é grande, pois os passageiros embarcam em um município e desembarcam em outro,

não havendo renovações de passageiros durante do percurso. Essa linha tem 61 paradas entre

o terminal de partida e o terminal final, além de um grande número de semáforos ao longo do

trajeto, tudo isso contribui e justifica a baixa velocidade operacional.

Cada veículo realiza cerca de dez viagens por dia, a rodagem mensal fica em torno de

8.000 km por veículo, nessa quilometragem estão incluídas as viagens efetivas e as viagens

expressas ou de deslocamento entre terminal e garagem.

4.2 Levantamento dos dados do ônibus a óleo diesel

Os dados referentes ao ônibus que representa o veículo a óleo diesel foram coletados

de um veículo em operação. Trata-se de um chassi Mercedes Benz OF 1721, ano 2014,

equipado com motor Euro V. Este motor tem a tecnologia BlueTec5 que realiza o tratamento

dos gases pós-combustão. O tratamento é realizado no sistema de escapamento por redução

catalítica. Esta medida atende às exigências de legislação brasileira através do Programa de

Controle de Poluição do Ar por Veículos Automotores (PROCONVE) fase P7 que

regulamenta os níveis máximos de matérias particulados para veículos comerciais a diesel

23

com peso bruto total acima de 3.856 kg, produzidos a partir de 2012 (MERCEDES BENZ,

2014).

Este tratamento é realizado através da injeção de um produto conhecido

internacionalmente como AdBlue na Europa ou Diesel Exhaust Fluid (DEF) nos Estados

Unidos. No Brasil o produto recebeu o nome de Agente Redutor Líquido de NOx Automotivo

(ARLA32). A legislação brasileira obriga a utilização deste produto neste tipo de veículo, e

em caso de não utilização o veículo deixa de atender às normas legais de proteção ao meio

ambiente (MERCEDES BENZ, 2014).

Para o estudo foi cotado um veículo com as mesmas características do veículo

referência. Essas características estão descritas no quadro 1.

Quadro 1 – Características do veículo diesel

Fonte: Autoria própria (2017)

O custo total deste veículo composto de chassi e carroceria, conforme cotação

realizada em setembro de 2017 foi de R$ 342.500,00. O valor foi considerado como custo de

aquisição do veículo neste estudo.

A média de consumo de combustível, conforme dados fornecidos pela Empresa

Viamão, é de 0,37 litro/km. O motor Euro V trabalha com óleo diesel S10, que possui um

baixo índice de teor de enxofre, o preço deste óleo é um pouco mais caro que o diesel comum

S500, o valor por litro pago pela Empresa Viamão no mês de outubro de 2017 ficou na média

de R$ 2,98. Além do óleo diesel também deve ser considerado o consumo do ARLA32, a

24

média geral de consumo é de 0,0073 litro/km, a um custo de R$ 1,12 por litro (EMPRESA

VIAMÃO, 2017).

A tabela 1 apresenta todas as manutenções preventivas que devem ser realizadas neste

veículo de acordo com a quilometragem rodada. Os respectivos custos foram projetados para

toda a vida útil, que conforme regulamento atual da METROPLAN é de 16 anos.

Tabela 1 - Cronograma de manutenções preventivas com custo

Fonte: Autoria própria (2017)

Com base nessa vida útil, considerando as revisões programadas e seus custos, mais o

custo do óleo diesel e do ARLA32, na tabela 2 foi projetado o custo por quilômetro deste

veículo. Vale ressaltar que os custos de manutenções referentes à carroceria, suspensão, freios

e pneus não estão inclusos, pois são custos considerados equivalentes para ambos os veículos

do estudo.

Tabela 2 – Custos operacionais veículo diesel

Fonte: Autoria própria (2017)

25

4.3 Levantamento dos dados do ônibus elétrico plug-in

O veículo puramente elétrico proposto para este estudo é o modelo D9W fabricado

pela empresa BYD. Este o modelo foi escolhido por ter a autonomia entre 250 e 300 km com

uma carga de baterias, o que atende a necessidade de rodagem diária da linha, também por ter

a opção da utilização de carroceria da Marcopolo. Essa fabricante de carrocerias tem sua

matriz sediada aqui no Rio Grande do Sul, o que facilita a reposição de peças quando

necessário.

O D9W é impulsionado por dois motores elétricos, um motor em cada roda traseira.

Cada motor tem a potência máxima de 201 CV. São motores síncronos trifásicos de imã

permanente e operam em 380V CA. A alimentação para o motor vem de um banco de baterias

de Li-ion de fosfato de ferro (LiFePO4), que foram desenvolvidas pela própria fabricante,

sendo considerada uma nova tecnologia em baterias de alto desempenho. A estação de recarga

de garagem trata-se de um carregador de alta capacidade exibido na figura 10, sendo

fornecido juntamente com o veículo.

Figura 10 - Estação de recarga BYD modelo EVA080KG3806/01

Fonte: BYD (2017)

O carregamento total do banco de baterias dura em torno de 5 horas e é realizado por

este carregador duplo conectado a uma rede elétrica trifásica 380V/60Hz. O carregador tem a

potência máxima de 80kW (BYD, 2017). Utilizando a equação 2.10 do referencial teórico foi

realizado o cálculo de corrente elétrica na rede trifásica apresentado na equação 4.1. Como

não foi informado o fator de potência do carregador, este foi considerado unitário.

𝐼𝐿 = 80𝑘𝑊

√3 ∙ 380 ∙1 = 121,54 𝐴 (4.1)

26

Como se pôde perceber a corrente elétrica passa dos 121 Ampères. Para essa grandeza

de corrente é necessário um circuito exclusivo derivado diretamente da entrada da rede da

concessionária, a fim de não prejudicar os circuitos já existentes.

O custo de instalação da estação de recarga não foi estimado, considerando que o

sistema de reabastecimento de diesel já está instalado e também não foi considerado neste

estudo. Vale ressaltar que em caso de expansão futura do número de veículos elétricos, este

dado deve ser considerado devido à necessidade da readequação da infraestrutura elétrica.

O quadro 2 apresenta as especificações do chassi D9W já combinado com uma

carroceria da Marcopolo modelo Torino G7. Nessa configuração de carroceria a plataforma

elevatória fica junto à porta traseira e por ser com piso alto, as baterias ficam acomodadas na

parte inferior do veículo.

Quadro 2 – Características do veículo elétrico

Fonte: Autoria própria (2017)

O custo do chassi D9W orçado em setembro de 2017 foi de R$ 340.000,00. Para a

montagem do ônibus o chassi é enviado para a encarroçadora, e então a carroceria é montada

sobre o chassi. Foi realizada a cotação de uma carroceria do modelo Torino G7 urbano piso

alto em setembro de 2017, o valor total da carroceria foi de R$ 155.000,00.

Após a essa montagem o ônibus elétrico está quase pronto, falta ainda o acumulador

de energia que é o banco de baterias. O valor deste item cotado para o D9W é de R$

720.000,00.

27

Este conjunto de baterias tem uma expectativa de vida útil de 16 anos, segundo a BYD

com um ciclo de 6.000 recargas as baterias terão uma perda de eficiência em torno de 30% da

sua capacidade de armazenamento. Ainda assim a fabricante promete uma durabilidade de

mais 14 anos, admitindo esta perda. Nesse caso o banco de baterias ainda pode ser utilizado

como storage.

A garantia oferecida para motor e baterias é de oito anos, segundo a BYD existe

modelos da marca rodando na China desde 2008 sem fazer nenhum tipo de manutenção nestes

itens, o que demonstra a durabilidade destes componentes e dá à fabricante a segurança de

oferecer este tempo de garantia.

Com o banco de baterias completamente carregado o veículo pode percorrer de 250 a

300 km. Porém existem alguns fatores que influenciam diretamente nesta marca, entre elas

estão a maneira de dirigir, a topografia da linha e também a lotação de passageiros. Um

treinamento específico para os condutores que irão operar o veículo faz-se necessário, pois é

fundamental uma operação consciente para obter um bom rendimento das baterias.

Segundo dados do fabricante o custo de manutenção é de R$ 0,11 por km e o consumo

de energia do modelo D9W fica em torno de 1,22 kW/km em operação com passageiros. Com

este consumo médio, considerando as perdas na transformação CC/CA que ficam na faixa de

3%, a autonomia mínima é de 257 km, já que a capacidade do banco de baterias é de 324

kWh. Vale lembrar que este veículo ainda conta com a energia regenerativa que faz o

carregamento das baterias sempre que os freios são acionados, momento em que o motor de

tração se transforme em gerador. A quantidade de energia que pode ser regenerada não foi

informada, por esse motivo está sendo desconsiderada neste estudo.

4.4 Analise técnica e financeira

Uma análise detalhada faz-se necessária quando se tem o interesse na troca de

tecnologia em um campo de trabalho. O equipamento proposto tem que atender aos pré-

requisitos que estão sendo estabelecidos pela tecnologia atual. Para isso foi realizada uma

análise minuciosa das questões operacionais e financeiras envolvendo os dois veículos.

Primeiramente verificando se o veículo proposto atende às necessidades técnicas

operacionais, e posteriormente fazendo um comparativo dos custos operacionais das duas

tecnologias, a fim de verificar qual deles apresenta o menor custo operacional. Foram tratados

como custo operacional todos os custos específicos relacionados à operação de cada veículo.

28

Os custos que são equivalentes como, suspensão, pneus e manutenção de carroceria não foram

relacionados.

4.4.1 Análise da viabilidade técnica

Avaliando as características técnicas dos veículos em estudo percebe-se que o ônibus

elétrico plug-in mantém a mesma capacidade de passageiros que o ônibus a diesel. Quanto à

potência, o veículo elétrico se destaca por entregar quase o dobro da potência máxima.

Também é maior o torque, cerca de 40% em relação ao veículo a óleo diesel.

Quanto à instalação da estação de recarga, a empresa conseguiria atender com a

infraestrutura atual. A única questão que deveria ser revista é a possibilidade do aumento da

demanda de potência mensal. Atualmente a empresa têm uma demanda de potência contratada

de 120 kW. Mesmo realizando o procedimento de recarga após as 23 horas o consumo do

restante dos sistemas elétricos da empresa somados ao do carregador possivelmente irá

ultrapassar a demanda de potência contatada. Como não foi possível obter o relatório de

medição de demanda de potência atual por faixa horária, o valor que possivelmente deverá ser

aumentada na demanda contratada não foi estimado.

Em consulta ao órgão gestor METROPLAN o mesmo informou que ainda não tem um

regramento específico para o ônibus elétrico, mas que a princípio seguiria os mesmos

requisitos de um ônibus convencional, havendo a necessidade de adaptações nas rotinas de

vistorias periódicas. Um exemplo de alteração seria o teste de opacidade, que consiste na

verificação do nível de emissões de poluentes expelidos no escapamento do veículo, este teste

não teria no elétrico, mas novos testes poderiam ser criados, como por exemplo, testes de

segurança do sistema elétrico.

4.4.2 Análise da viabilidade financeira

Para a análise da viabilidade financeira foi necessário o levantamento de dados de

todos os setores que envolvem o processo.

O custo da eletricidade foi obtido através da análise da fatura de energia elétrica da

Empresa Viamão relativa ao mês de outubro de 2017. O fornecimento da energia é feito pela

Companhia Estadual de Distribuição de Energia Elétrica (CEEE). De acordo com a fatura de

energia elétrica a empresa está enquadrada no subgrupo de tensão A4 e o valor do kWh foi de

29

R$ 0,370361 fora de ponta e R$ 1,756283 para horário de ponta. Este estudo prevê o

carregamento após as 23 horas, portanto o valor do kWh adotado foi o de fora de horário de

ponta.

O custo do kWh eventualmente é acrescido do adicional de bandeira tarifária, porém

como este adicional não é permanente não foi considerado no estudo.

Os valores dos demais custos foram levantados nas especificações de cada veículo. De

posse de todos esses dados foi montada a tabela 3 com os respectivos custos, onde se pode

observar individualmente a influência de cada item que compunha o custo total operacional

mensal.

Tabela 3 – Comparação dos custos das diferentes tecnologias

Fonte: Autoria própria (2017)

Na tabela 3 pode-se verificar que o preço do litro do óleo diesel é o fator principal, o

alto consumo acumulado na quilometragem rodada no mês eleva muito o seu custo

operacional. Também é possível identificar um custo operacional do veículo elétrico muito

inferior ao do veículo diesel, pois o custo da energia elétrica consumida é menor, também é

menor o custo de manutenção deste veículo, porém ainda não foram avaliados os valores de

aquisição.

A aquisição de um ônibus é feita de forma fracionada, ou seja, compra-se o chassi de

um fabricante e a carroceria de outro. Na tabela 4 são descritos os custos unitários de cada um

destes itens e a composição do custo total de cada veículo.

30

Tabela 4 - Custos de aquisição

Fonte: Autoria própria (2017)

De acordo com a circular nº 05/2017 do Banco Nacional de Desenvolvimento

Econômico e Social (BNDES), os ônibus elétricos se enquadram em uma condição especial

de financiamento. As regras que foram utilizadas neste estudo estão baseadas nesta circular, e

conforme ela estabelece as condições atuais estão válidas para propostas protocoladas até 31

de dezembro de 2017, após este período sofrerão alterações, de acordo com o cronograma de

ajustes que constam nessa mesma circular.

Para ambos os veículos é necessária uma entrada de 20% do valor total e o prazo de

financiamento é de 120 meses, com carência de até dois anos. Para o ônibus elétrico é

possível financiar até 80% do valor total com a Taxa de Juros de Longo Prazo (TJLP) do

BNDES, enquanto para o ônibus a óleo diesel se aplica a taxa TJLP somente para 50% do

valor total, os 30% restantes são indexados pela taxa do Sistema Especial de Liquidação e de

Custódia (SELIC), que costuma ser maior que TJLP.

Observando as condições de financiamento diferenciadas para cada veículo, foi

realizada uma simulação de financiamento com um ano de carência, sendo que para o valor de

entrada de 20% também foi realizado um financiamento através do BNDES giro. Este

financiamento teve condições iguais para os dois veículos e o prazo foi de 60 meses com 12

meses de carência.

A tabela 5 mostra a evolução dos pagamentos destes financiamentos.

31

Tabela 5 - Projeção de financiamentos dos veículos

Fonte: Autoria própria (2017)

Para a projeção dos custos operacionais de ambos os veículos ao longo de sua vida

útil, foi realizada uma pesquisa sobre a variação média anual de reajuste nos itens que

compõem estes custos. Os percentuais de variação de combustíveis e de peças de manutenção

foram fornecidos pela Empresa Viamão, já os dados para o cálculo do percentual de variação

da energia elétrica foram adquiridos através do Relatório de Consumo e Receita de

Distribuição disponível no site da ANEEL e também através do Anuário Estatístico de

Energia Elétrica 2017, disponibilizado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), conforme

mostrado na tabela 6.

Tabela 6 - Variação média anual

Fonte: Autoria própria (2017)

Cabe ressaltar que a energia elétrica nos últimos anos vem sofrendo grandes variações

na tarifa, um exemplo ocorreu no ano de 2013, onde houve uma redução de 13,96% no valor

da tarifa comercial, porém em 2015 a alta foi de 54,50% atingindo o pico mais alto dos

últimos sete anos, entretanto no período de 2016 e 2017 os preços voltaram a estabilizar (EPE,

2017).

Com os custos de aquisição projetados e os índices de correções calculados, foi

possível simular o real custo operacional dos veículos. A figura 11 apresenta o gráfico da

evolução dos custos totais dos dois veículos durante a vida útil.

32

Figura 11 - Cruzamento do custo operacional dos dois veículos

Fonte: Autoria própria (2017)

Pela análise do gráfico da figura 11 percebe-se que devido ao alto investimento inicial

o custo operacional do ônibus elétrico fica muito superior, entretanto a partir do ano seis o seu

custo passa a ser menor, e segue caindo conforme vão reduzindo os valores das mensalidades

do seu financiamento até o ano dez, quando finalizam essas parcelas. A partir do ano dez o

custo de operação está composto somente pelo custo de manutenção e o custo da energia

elétrica, estes custos são significativamente inferiores ao custo do veículo a diesel, percebe-se

que a curva volta a ter um comportamento crescente, porém com inclinação menor do que o

veículo a diesel. Este comportamento se justifica pelo fato de que o índice de correção da

energia elétrica foi um pouco menor que o índice de correção do óleo diesel.

Analisando o ônibus a óleo diesel o comportamento é bem diferenciado, devido ao

custo de investimento inicial ser muito menor, porém o alto custo do óleo diesel faz com que

siga uma crescente permanente durante toda a vida útil. O custo de manutenção deste veículo

também é maior, pois a parte mecânica é composta de muito mais peças móveis que

necessitam de substituições de acordo com o desgaste ao longo do tempo. Os lubrificantes e

fluidos também tem um valor significativo nesta composição, as trocas de óleos e fluidos de

arrefecimento são constantes em veículos mecânicos que rodam alta quilometragem mensal.

Conforme o gráfico da figura 11, o ônibus elétrico cruza a curva do custo operacional

e passa a ser menor a partir do ano seis, porém nos anos anteriores este custo foi muito

superior ao do ônibus a diesel.

33

A figura 12 apresenta o gráfico do custo acumulado, através dele é possível verificar

uma mudança de comportamento da curva de custos a partir do ano 12, essa avaliação final

será abordada no próximo item.

Figura 12 - Cruzamento do custo operacional acumulado

Fonte: Autoria própria (2017)

5 CONCLUSÃO

O ônibus elétrico se apresenta tecnicamente como uma opção para transformar o

transporte público em um sistema menos poluente e mais sustentável.

São inúmeras as vantagens sobre o ônibus a óleo diesel, dentre as quais é possível citar

a emissão zero de poluentes, o baixo nível de poluição sonora e a dirigibilidade muito mais

fácil. Sabe-se que na questão ambiental o ônibus elétrico é indiscutivelmente melhor, porém o

seu alto custo de aquisição é um obstáculo a ser superado.

Através das análises preliminares deste estudo, verificou-se que mesmo com uma

autonomia reduzida comparada ao veículo diesel, o veículo elétrico tecnicamente conseguiria

atender a demanda diária de rodagem proposta, mantendo o mesmo número de viagens e

disponibilidade de assentos que o ônibus a diesel.

Os investimentos na aquisição do veículo elétrico são muito superiores aos do veículo

a diesel. O custo das baterias é o que mais impacta neste montante, pois somente com o valor

das baterias é possível comprar quase dois veículos a óleo diesel, o que faz com que o elétrico

perca competitividade.

34

Foi possível perceber que o ônibus elétrico passa a ter um custo acumulado menor a

partir do ano doze, momento em que o ônibus a óleo diesel ultrapassa a sua curva. Tem-se a

partir de então um ganho operacional no ônibus elétrico até o final da vida útil.

Com base nos resultados alcançados com este estudo preliminar, pôde-se concluir que

o custo operacional do veículo elétrico é bem inferior ao do veículo a diesel, fato que o torna

viável em longo prazo. Porém é necessário levar em conta o risco, pois o Brasil vem passando

por instabilidades no setor energético, com constantes reajustes acima da média da inflação.

Um aumento de 30% na tarifa de energia, como o que foi proposto pela concessionária CEEE

no mês de novembro de 2017, poderia impactar seriamente a estabilidade econômica de uma

empresa de transporte que opera com veículos elétricos, muito embora os derivados de

petróleo também estejam sofrendo aumentos constantes, porém não tão altos quanto ao

proposto pela CEEE.

Finalizando este estudo preliminar e, considerando todas as observações expostas,

conclui-se que o ônibus elétrico é tecnicamente e financeiramente viável quando comparado

ao ônibus a óleo diesel para a linha estudada. Apesar do alto custo de investimento inicial, no

decorrer da vida útil este valor é diluído, e ao final deste período se tem um ganho na

comparação com o veículo diesel. Cabe salientar que, como se trata de um estudo preliminar,

não foi considerado o custo financeiro do valor investido, para isso seria necessário realizar

uma análise financeira especifica para avaliar a taxa interna de retorno (TIR) e o valor

presente liquido (VLP).

5.1 Sugestões para trabalhos futuros

O presente estudo foi realizado considerando apenas a comparação entre dois veículos,

caso a empresa venha a migrar efetivamente para os veículos elétricos, é necessário fazer um

estudo da demanda energética que será consumida com a quantidade maior de veículos. A

Empresa Viamão tem hoje 281 veículos, portanto seria necessário calcular a demanda de

energia dessa quantidade de veículos realizando a recarga das baterias simultaneamente, no

mesmo local. Há também a necessidade de consultar a concessionária que atende a região

para verificar se a subestação atual comportaria tal demanda.

Com o aumento do consumo de energia possivelmente ficaria mais atrativo

financeiramente para a empresa em migrar para o mercado livre de energia. Essa migração

35

permitiria a livre negociação, então seriam necessários novos estudos para viabilizar este

caso.

A geração própria de energia também seria uma questão a ser avaliada. Fontes

alternativas poderiam fornecer boa parte da energia consumida pelos veículos, barateando de

forma significativa a operação. No entanto devem ser muito bem avaliados os custos de

infraestrutura para a realização das micros usinas.

6 REFERÊNCIAS

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Disponível em: <https://ie.org.br/site/ieadm/arquivos/arqnot10351.pdf>. Acessado em:

30/08/2017.

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Distribuição. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/relatorios-de-consumo-e-receita>.

Acessado em: 13/11/2017.

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