Estimativas de emissões associadas a modelos de afectação de tráfego rodoviário

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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


Capítulo I – Introdução Motivação

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 Objectivos

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 II –– Introdução Introdução Capítulo Enquadramento Enquadramento Gases Efeito Estufa

Fonte: (ecodebate, 2010)

Poluição Local

Fonte: (Environment Canada, 2009)

Aquecimento Global

Fonte: (Dinamicoweb, 2009)

Transportes/Mobilidade

Fonte: (Atniz, 2010)


Capítulo I – Introdução Enquadramento

Sector dos transportes em Portugal

Emissões de gases de efeito de estufa por sector de actividade em Portugal Uso de solventes 0,4%

Industrias energéticas 24,3%

Processos industriais 10,5%

Agricultura 9,3%

Energia 70,40%

Industrias e Construção 13,3%

Transportes 23,8% Lixo 9,4% Outros sectores 7,1% Fugitiva 1,9%

Fonte : (APA, 2008)


Capítulo I – Introdução Enquadramento

Sector dos transportes em Portugal

Contribuição do sector dos transportes para os GEE Poluente

1990

2007

Var. (%)

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

9.462,4

18.815,3

98,8

CO2 Fóssil (kt)

CO2 eq. (kt)

Fonte : (APA, 2008)


Integração entre modelos de transportes e de emissões de veículos

Capítulo II – ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Abordagem metodológica

Método de quantificação das emissões

E=exa Factores de emissão [g/km]

Modelo de emissões – COPERT IV

Dados relativos à actividade dos transportes - VKT [veículos*km] Modelo de transportes - Visum


Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de transportes

Modelação de transportes

Rede rodoviária

Modelo de transportes

Fonte: Youtube

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


Modelação de gases de escape

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de emissões de veículos

• 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)


Génese das emissões dos gases de escape

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de emissões

Sistema de escape

Ciclo de Otto (4 tempos)

aaroads.com

fonlll Fonte: (animatedengines, 2009)


Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de emissões

Tipos de emissões de veículos

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


Tipos de emissões de veículos

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de emissões

Não Funcionamento estanquidade do do tanque veículo Reabastecimento 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

Escala temporal e espacial do COPERTIV

COPERT IV

Fonte: Software Copert IV


Escala temporal e espacial do COPERTIV

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelação de emissões

• 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

Poluentes calculados pelo COPERT IV

Poluentes baseados em factores de emissão específicos

Poluentes baseados em metodologia simplificada por falta de informação detalhada

Poluentes baseados no consumo de combustíveis

Poluentes baseados na fracção total de emissões de NMVOC

Fonte: Software Copert IV


Tipo e categoria de veículo

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelos de emissão de veículos

•Tipo de combustível •Cilindrada •Tecnologia •Tipo de combustível •Cilindrada •Tecnologia •Tecnologia •Peso (> 7,5 t - <32 t) •Tecnologia •Urbano/Interurbano •Tecnologia •Cilindrada


Tipo e categoria de veículo

Capítulo II - ASPECTOS RELATIVOS A ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ASSOCIADAS A MODELOS DE AFECTAÇÃO DE TRÁFEGO RODOVIÁRIO Modelos de emissão de veículos

Fonte: (Silva R., 2009)l


Capítulo III - Estudo de casos

Esquema metodológico

Metodologia

Modelo de emissões

Dados Dados de de Frota Dados específicos Mobilidade doautomóvel país Parque Fluxos de tráfego Temperatura nacional média Distância RVP Idade dos veículos percorrida Efeito do Combustível Quotas de quilometragem Tecnologias de Uso de inspecção Efeito da degradação porde em função do ambiente emissão aumento da quilometragem condução Categorias de Declive Velocidade média por tipo Carga veículos de estrada Consumo de combustível no Classes de anual dos Quilometragem país veículos veículos

Emissões a quente Emissões a frio Emissões evaporativas Emissões totais Quantidade de metais pesados Quantidade de poluentes atmosféricos Quantidade de GEE

Consumo energético


Capítulo III - Estudo de casos

Esquema metodológico

Metodologia

Modelo de emissões

Dados Dados de de Frota Mobilidade Parque automóvel Fluxos de tráfego nacional Distância média Idade dos veículos percorrida Quotas de quilometragem Tecnologias de em função do ambiente de emissão condução Categorias de Velocidade média por tipo veículos de estrada Classes de anual dos Quilometragem veículos veículos

Emissões a quente Emissões a frio Emissões evaporativas Emissões totais Quantidade de metais pesados Quantidade de poluentes atmosféricos Quantidade de GEE

Consumo energético


Capítulo III - Estudo de casos

Esquema metodológico

Metodologia

Modelo de emissões

Dados de Frota Parque automóvel nacional Idade dos veículos Tecnologias de emissão Categorias de veículos Classes de veículos

Emissões a quente Emissões a frio Emissões evaporativas Emissões totais Quantidade de metais pesados Quantidade de poluentes atmosféricos Quantidade de GEE

Consumo energético


Capítulo I – Introdução

Área de estudo interurbana

Capítulo III – Estudo de Casos

Fonte: (Cucoautogas, 2007)

Fonte: (Gogglemaps, 2010)


Capítulo III – Estudo de Casos Estudo interurbano

Esquema de geração da frota do estudo de caso interurbano

Dados de Frota

Frota automóvel nacional

ISP

Dados de tráfego de portagens


Capítulo III – Estudos de caso Estudo interurbano

Quilometragem anual Local

Distância (km)

Dados de Mobilidade

Portagem Alverca

12 Km

Portagem V.F.X.

Distância média percorrida Quilometragem anual (km/ano) = 4380 km/ano

Quotas de quilometragem em função do tipo de ambiente de condução no estudo Tipo de via Quotas de quilometragem (%)

Urbana

Rural

Auto-estrada

0%

0%

100%


Capítulo III – Estudos de caso Estudo interurbano

Velocidade (DL nº 44/2005) Velocidade (km/h)

Ligeiros Passageiros e motociclos

120

Ligeiros Mercadorias

110

Pesados Mercadorias

90

Pesados Passageiros

100

60

Banda de velocidade

% de volume de tráfego (véic.)

Dados de Mobilidade

Limites legais

50 40 30

Banda de velocidade

20

10 0

0 a 39 Km/h

40 a 59 km/h

60 a 79 km/h

80 a 99 100 a 119 120 a 139 140 a 159 160 a 179 180 a 199 mais de km/h km/h km/h km/h km/h km/h 200 km/h Fonte: (EP, 2009) Intervalos de velocidade


Capítulo III – Estudo de Casos

Estudo interurbano Temperatura

Dados específicos do país

Temperaturas máximas e mínimas mensais na zona de estudo

RVP (Decreto-Lei n.254/2001)

Outros Parâmetros Declive (0%) Carga (Metade da capacidade de carga do veículo) Factores de degradação derivado ao aumento da quilometragem Efeito do combustível (2005)


Capítulo III – Estudo de Casos

Área de estudo urbano

Estudo de caso

Fonte: (Gogglemaps, 2010)

Fonte: (Cucoautogas, 2007)


Capítulo III – Estudo de casos

Metodologia usada no Estudo de Caso urbano

Estudo de caso Urbano Informação estatística Dados Meteorológicos RVP Frota automóvel Arranques a quente e frio Dados de Mobilidade Mapa hipsométrico

Modelo de emissões Emissões a quente Emissões a frio Emissões evaporativas

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

Emissões totais c Quantidade de metais pesados Quantidade de poluentes atmosféricos Quantidade de GEE Consumo energético


Capítulo III – Estudo de casos Estudo de caso Urbano

Dados de Frota

Estudos de Mobilidade

Frota Nacional

Matriz O/D

Frota de estudo urbana


Capítulo III – Estudo de casos Estudo de caso Urbano

Distribuição horária das viagens em função do seu destino Fonte: Autor com base em (TIS.PT, 2008) 100% 90% 80%

outros

70%

Refeição

60% 50%

Regresso a casa a frio

40%

Regresso a casa Quente

30%

22:00 - 23:00

21:00 - 22:00

20:00 - 21:00

19:00 - 20:00

18:00 - 19:00

17:00 - 18:00

16:00 - 17:00

15:00 - 16:00

14:00 - 15:00

13:00 - 14:00

12:00 - 13:00

Horas

11:00 - 12:00

0%

10:00 - 11:00

Saúde 9:00 - 10:00

10% 8:00 - 9:00

Motivos Profissionais

7:00 - 8:00

20%

6:00 - 7:00

% de motivos de viagem

Dados de Frota

ISP

Compras/Lazer Escola Fonte: (TIS.PT, 2008)


Capítulo III – Estudo de casos Estudo de caso Urbano Distância média percorrida (km)

3,78

Quilometragem anual (km/ano)

1380

Dados de Mobilidade

Dados de Mobilidade

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

Velocidades adoptadas Tipos de vias

em períodos de ponta (km/h)

Velocidades adoptadas em períodos entre pontas (km/h)

Rural

33

50

A.E.

39

100

Urbano

25

28

Tipo de ambiente de

Distribuição das viagens por ambiente de

condução

condução nos períodos de pontas (%)

Rural

17%

AE

38%

Urbano

45%


Capítulo III – Estudo de casos Estudo de caso Urbano Distribuição dos tipos de arranque e função do motivo das viagens 8,00% 7,00% 6,00%

5,00%

Emissões a Frio

4,00%

Emissões Quente

3,00% 2,00% 1,00%

00:00

23:00

22:00

Horas

21:00

0,00%

01:00 02:00 03:00 04:00 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

% de tipo de arranque

Dados de Mobilidade

9,00%

Fonte: Autor com base em (TIS.PT, 2008)


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados Emissões de Poluentes Atmosféricos

700,0 600,0

Quantidade (ton)

Emissões de Poluentes atmosféricos

611,9

615,28

500,0 389,63

400,0

336,21

300,0 224,1

200,0

193,6

100,0 29,6

0,0

CO

NOX

Estudo Urbano Estudo interurbano

NO

48,4

NO2

6,4 8,39 7,0 14,81

NH3

2,4

15,79

PM Mat. escape Org.

Poluentes Atmosféricos

9,7

13,16 11,6 3,32

PM25 PM10


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados Emissões de Metais Pesados (kg) 56,7 26,8

50,0 Quantidade (kg)

Emissões de metais pesados

60,0

46,48

40,0 30,0

32,2

20,0 10,0 0,0

4,1 1,78 1,6 1,28 Pb

Cd

2,2 1,59 Cu

Cr

1,2 1,49

Ni

Estudo Urbano Estudo Interurbano

Metais Pesados

0,2 0,22 Se

Zn


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados Emissões Evaporativas (Ton)

168,5 155,7

150,0 Peso (Ton)

Emissões evaporativas

200,0

100,0 54,88 50,37

50,0 0,0 VOC NMVOC Estudo Urbano Estudo Interurbano

Poluentes atmosféricos


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados 19684,94

18.000,0 16.000,0 Quantidade (Tj/ton)

Consumo de energia e combustível

20.000,0

13.933,4

14.000,0 12.000,0 10.000,0 8.000,0 6.000,0 4.000,0 2.000,0 0,0

5,0

9,23

Estudo Urbano Energia consumida Estudo Interurbano

Consumo de combustível


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados

Indicadores de mobilidade e emissões

Resultados e análise de resultados

Estudo de Caso

VKm[1000.v.

FECO2

FECO

FENOx

FEPM10

FECOV

km]

[g/VKm]

[g/VKm]

[g/VKm]

[g/VKm]

[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)


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados

Indicadores ambientais

Indicadores ambientais (urbano)

Urbano

Interurbano

Total de CO2 eq (ton)

42.028

62.273

Nº Arvores a plantar

38.207

56.612

148.994€

220.767 €

31,8 há

47,2 ha

0,12%

0,18%

Preço (1 crédito de carbono = 13€)

Área = Hectares (árvores) % das emissões da área em relação ao universo de emissões de CO2 eq no país


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados

Contibuição das emissões por via e categoria de veículo

Resultados e análise de resultados

Contribuição das emissões por tipo de via na HPM (URBANO)

Contribuição das emissões de poluentes consoante as categorias do parque automóvel (Urbano)

0% AE 30%

1%

Ligeiros Passageiros

8%

Comerciais Ligeiros

11%

Rural 15%

Urbano 55%

Pesados Mercadorias

13% 67%

Pesados Passageiros Ciclomotores Motociclos


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados

Contribuição de emissões por categoria de veículo

Resultados e análise de resultados Contribuição de Emissões consoante a categoria de veículo (Interurbano) Ligeiros Comerciais 20%

Pesados Mercadorias 20%

Ligeiros Passageiros 58%

Pesados Passageiros 0% Motociclos 2%


Capítulo IV – Apresentação e análise de resultados Resultados e análise de resultados

Validação

Validação do estudo urbano

Consumo de combustível determinado

Consumo de combustível obtido

pelo modelo de emissões (ton)

através das estatísticas da DGEG (ton)

13.933

17.120


Capítulo V – Conclusões

Conclusões e Estudos futuros

Conclusões e Estudos Futuros

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

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


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