DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO GNV NO SEGMENTO DE ÔNIBUS URBANOS NO BRASIL - PDF
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Tiago Gil Pacheco
1 DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO GNV NO SEGMENTO DE ÔNIBUS URBANOS NO BRASIL Guilherme B. Machado PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM Tadeu C. Cordeiro de Melo PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM Márcia Figueiredo Moreira PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM Fernando Aniello Iaccarino PETROBRAS/GE-MC/DEMERC/PDM Raphael Riemke de C. C. Leão PETROBRAS/GE-MC/TDM
2 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Oportunidades Conclusões
3 Introdução Aplicação do GNV Transporte público - ônibus urbanos Brasil ainda é incipiente Existe em diversas cidades do mundo Três rotas tecnológicas existentes: Diesel-gás Ottolização Motor Otto a GNV original de fábrica
4 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Oportunidades Conclusões
5 Motor do Ciclo Otto Dedicado Conceitos Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto Desafios tecnológicos
6 Conceitos Motor a gás do Ciclo Otto Desenvolvimento de motores dedicados: dois enfoques Motores de mistura pobre Motor do Ciclo Otto Dedicado Princípio idêntico ao motor a gasolina Combustão prémisturada Taxa de compressão mais baixa em relação ao ciclo Diesel Motores estequiométricos Menor eficiência, o que não significa menor desempenho Maior consumo Vantagens: Motores OEM, melhor compromisso entre desempenho consumo e emissões, baixo nível de ruído. Desvantagens: Preço do veículo, baixa flexibilidade, uma montadora com veículo Euro II.
7 Motor do Ciclo Otto Dedicado Conceitos Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto Desafios tecnológicos
8 Motor do Ciclo Otto Dedicado Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto (Brasil) Experiências passadas (80 e 90) - Motor sem gerenciamento eletrônico; - Consumo: 1,7 km/m 3. Experiências atuais - Motor com gerenciamento eletrônico; - Consumo: 1,8 km/m 3 (AC); - Desempenho totalmente compatível. Consumo médio Diesel - Consumo: 2,35 km/l (AC). Poder Calorífico GNV x Diesel - 1m 3 GNV equivalente 1litro Diesel. Eficiência energética - Ciclo Diesel > Ciclo Otto (23%). Preço dos combustíveis - Deve compensar diferença de eficiências.
9 Motor do Ciclo Otto Dedicado Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto (Mundo) Ônibus urbanos a GNV Panorama mundial País Frota Total Frota GNV Correspondência (%) Estados Unidos ,9 Itália ,5 Austrália ,3 China ,6 França ,2 Grécia Espanha ,4 Fonte: Petrobras O Brasil possui uma frota de ônibus, dos quais circulam em cidades com disponibilidade de gás natural
10 Motor do Ciclo Otto Dedicado Motores Otto - Daimler Chrysler MERCEDES-BENZ M447hLAG 6 cilindros, 12 litros; 250 e 326 cv 1050 e 1250 Nm (1000 a 1400 rpm); Ciclo Otto com turbocooler, lean burn; Recentemente certificado para limites EEV (mais rigoroso que o Euro V); Catalisador de oxidação; Caminhões, Ônibus, Articulados; Produzido no Brasil e exportado para Europa.
11 Motor do Ciclo Otto Dedicado Motores Otto - Daimler Chrysler MERCEDES-BENZ M366LAG 6 cilindros, 6 litros; 231 cv a 2600 rpm; 720 Nm a 1560 rpm; Ciclo Otto com turbocooler, lean burn; Atende CONAMA P4_Euro II com valores bem mais baixos que os limites; potencial para superar EEV e EPA 2004; Sem catalisador; Caminhões, Ônibus; Produzido no Brasil para o Mercado brasileiro.
12 Motor do Ciclo Otto Dedicado Motores Otto Cummins Westport C GAS PLUS cv; 895 e 1152 Nm (1400 rpm); CNG/LNG; Atende U.S. EPA 2004, Euro III; Caminhões e Ônibus. B GAS PLUS E B GAS PLUS INTERNATIONAL 195 a 230 cv; 570 a 678 Nm a 1600 rpm; CNG/LNG; Atende U.S. EPA 2004, Euro III; Caminhões, Ônibus, Vans, Pick ups; Possui versão internacional desenhada para montagem local na China, Índia e Europa (150 a 230 cv). Possui versão a LPG (propano líquido) 195 cv. L GAS PLUS 320 cv; 1356 Nm; CNG/LNG; Atende U.S. EPA 2005, Euro V; Caminhões, Ônibus e Articulados. L GAS PLUS
13 Motor do Ciclo Otto Dedicado Conceitos Experiências com o ônibus a gás do Ciclo OTTO Desafios tecnológicos
14 Desafios tecnológicos para o Brasil DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO Motor do Ciclo Otto Dedicado Limites de emissões Euro III e Euro IV Priorização dos fabricantes Melhoria da assistência técnica Treinamento para técnicos das concessionárias e operadoras Política estruturada para a substituição do Diesel pelo GNV em ônibus urbanos Novos fabricantes no mercado
15 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Oportunidades Conclusões
16 Ottolização Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
17 Conceito Ottolização Ottolização Transformação do ciclo Diesel em Otto Redução na taxa de compressão; Instalação de sistema de alimentação e ignição do GNV; Eliminação do sistema de alimentação de Diesel. kit de conversão Vantagens: Possibilidade de reconversão, baixo nível de ruído, mercado de veículos usados. Desvantagens: Custo de conversão, baixa flexibilidade, disponibilidade de kits, enquadramento de emissões.
18 Ottolização Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
19 Ottolização Experiências no Brasil Década de 80 - Algumas experiências (elevados preços internacionais do barril do petróleo). Década seguinte - Programa descontinuado. Entre 2005 e Experiência com ônibus ottolizado na cidade de Porto Alegre, projeto GASBUS, da RedeGasEnergia, iniciativa da Petrobras e da Sulgás (Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul) - Destaques no desempenho e consumo. Dificuldades de enquadramento de emissões.
20 Ottolização Experiências Mundiais - Poucas iniciativas pela aplicação de kits de Ottolização. - Argentina: OM 366, OM 366 LA (turbo), OM França: existe o centro de pesquisas de máquinas térmicas (CRMT) que possui experiência e tecnologia disponível nessa rota. - Cummins-Westport oferece re-potencialização.
21 Ottolização Experiências no Brasil Conversão de motor OM-366LA de Diesel para operação com Gás Natural (Tomasetto Achille) - Substituição do cabeçote; - Sistema de ignição por velas; - Coletor de admissão modificado; - Sistema de armazenamento de gás; - Consumo: 2,3km/m 3 ; - Desempenho compatível.
22 Ottolização Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
23 Desafios tecnológicos para o Brasil DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO Ottolização Disponibilização de kits emissionados Serviço de assistência técnica adequado Atendimento a limites de emissões cada vez mais restritivos Investimentos em desenvolvimento Pesquisa revelou reduzido número de patentes (kits Ottolização) pelo mundo (E.U.A. (3), Espanha (1), Grã-Bretanha (1), Austrália (1), China (1) e Dinamarca (1)), de empresas desconhecidas do mercado.
24 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Oportunidades Conclusões
25 Diesel-gás Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
26 Conceito Diesel-gás Tecnologia Diesel-Gás Adaptação do motor original a diesel Não é preciso instalar sistemas de ignição kit de conversão
27 Diesel-gás Conceito Princípio de Funcionamento Aspiração da mistura ar+gnv Injeção piloto de diesel Exaustão dos gases Compressão da mistura ar+gnv Explosão da mistura ar+gnv Vantagens: Flexibilidade, eficiência do ciclo Diesel, baixo nível de ruído, mercado de veículos usados. Desvantagens: Custo de conversão, disponibilidade de kits, enquad. de emissões.
28 Diesel-gás Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
29 Experiências no Brasil e no Mundo No Brasil - No período de 1983 a 1991, foram realizadas no CENPES avaliações desses sistemas em ensaios em banco de provas e em campo (parceria com uma empresa canadense). Resultados positivos (Rendimento térmico e consumo). - A Delphi e a Bosch têm divulgado projetos seguindo esta rota tecnológica, porém ainda não foi lançado comercialmente um produto. - Recentemente, início de funcionamento de um ônibus com essa tecnologia (Parceria: Companhia distribuidora de gás do Rio de Janeiro CEG, Prefeitura de Duque de Caxias e o Consórcio Civic/Diesel-Gás). Cabe verificação de adequação de emissões do sistema. - A Petrobras avaliação em kits importados, com ênfase na adequação de emissões do sistema e participação em desenvolvimento de um sistema nacional em parceria com a PUC-RJ. DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO Diesel-gás
30 Experiências no Brasil e no Mundo DESAFIOS E OPORTUNIDADES NA INTRODUÇÃO DO Diesel-gás Mundialmente - Países que fazem uso dessa tecnologia: EUA, Canadá, Rússia e Argentina (Pequenas escalas / motores específicos). - Aplicação em maiores escalas: Índia, China e Paquistão. - Não conformidade em relação aos limites de emissões aplicados no Brasil. - Desenvolvimentos de motores originais: Cummins-Westport, injetores bicombustíveis.
31 Diesel-gás Conceitos Experiências no Brasil e no Mundo Desafios tecnológicos
32 Desafios tecnológicos para o Brasil Diesel-gás Disponibilização de kits emissionados Serviço de assistência técnica adequado Atendimento a limites de emissões cada vez mais restritivos Investimentos em desenvolvimento
33 Considerações sobre emissões Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Oportunidades Conclusões
34 Considerações sobre emissões Controle de emissões, breve histórico - EUA foram o primeiro país a estudar e a implementar uma política de controle de emissões veiculares (Década de 60). - Os países menos desenvolvidos costumam adotar os limites americanos ou europeus (cronograma defasado). - No Brasil, o controle de emissões por veículos automotores existe desde 1986 (criação do PROCONVE, vinculado ao IBAMA).
35 Considerações sobre emissões Controle de emissões, operacionalização - Legislação de emissões apresenta limites e procedimentos de testes diferenciados para veículos leves e veículos pesados. - Obtenção de autorização de comercialização no país: contempla ensaios de verificação de emissões e homologação em dinamômetros de chassis (veículos leves) ou homologação em dinamômetros de motor (veículos pesados). - Poluentes legislados no Brasil: CO (monóxido de carbono), THC (hidrocarbonetos totais), NO x (óxidos de nitrogênio) e, no caso de veículos pesados, também o MP (material particulado). - CO 2 ainda não é legislado (contribui para o Efeito Estufa).
36 Considerações sobre emissões Controle de emissões, conversões - Resolução CONAMA nº 291, nos veículos leves convertidos para GNV, limites de emissões igual ou menores que o veículo original. - Legislação não estabelece limites para conversões de motores pesados do ciclo Diesel para operar como Diesel-gás, nem contempla a Ottolização. Risco de desenvolvimento do mercado sem contemplar emissões. Vantaguens do GNV - Na substituição do Diesel: significativa redução de MP (eliminando a fumaça negra característica dos motores a Diesel) e de NMHC. - Tendência de redução na emissão de CO2 (Efeito estufa). - Redução dos demais poluentes legislados dependerá dos patamares tecnológicos dos motores e kits de conversão. - Potencial para atender limites futuros com menores custos. Desenvolvimentos adequados Sem DPF
37 Considerações sobre emissões Limites de emissões Europa e Brasil g/ kwh Euro I Euro II Euro Euro IV Euro III V CO 4,5 4-2,1 1,5 1,5 EUROPA HC 1,1 1,1-0,66 0,46 0,46 PROCONVE NOx ,5 2 Part. 0,36 0,25 0,15 0,1 0,02 0, Fase II Fase III Fase IV P-5 (ESC) P-6 (ESC) 2009 P-6 (ETC) CO 11,2 4,9 4 2,1 1,5 4 BRASIL HC Totais 2,45 1,23 1,1 0,66 0,46 1,1 HC NMHC ,55 NOx 14, ,5 3,5 Part ,4/ 0,7 0,15 0,1 / 0,13 0,02 0,03 Opac (ELR) ,8 (ELR) 0,5 (ELR) -87% -81% -76% -95%
38 GNV NO SEGMENTO DE ÔNIBUS URBANOS NO BRASIL GNV em veículos pesados Considerações sobre emissões Novas tecnologias para Euro III, IV e V (Diesel), maiores custos
39 GNV NO SEGMENTO DE ÔNIBUS URBANOS NO BRASIL GNV em veículos pesados Considerações sobre emissões Comparativo de emissões Tendências a partir de denvolvimentos adequados PM (g/kw.h) 0,25 0,20 Euro 2 Euro 1 0,15 Euro 3 0,10 0,05 0,02 E MOTORES GN E3 (P-5) E4 (P-6) E2 3, NO X (g/kw.h) MOTORES DIESEL E2MOTORES DIESEL E3
40 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Opotunidades Conclusões
41 Oportunidades Inserção do GNV nos transportes públicos - Oportunidade para o Brasil equacionar em parte alguns problemas tais como: melhoria da qualidade do ar, conforto dos veículos e redução do número de veículos circulantes. Março de Assinado um Termo de Cooperação técnica e institucional entre Ministério das Cidades, o Ministério de Minas e Energia e a Petrobras, que tem como objetivo a realização de ações conjuntas para a aplicação do uso do gás natural para o transporte de passageiros nos municípios e regiões metropolitanas brasileiros.
42 Oportunidades Outubro de Assinado um Protocolo de Intenções entre o Governo do Estado de São Paulo e a Petrobras, visando à ampliação do uso do gás natural no Estado e construção de um ECOposto. - O programa paulista conta com grande apoio das indústrias e dos usuários, aguardando decisões políticas, tais como: redução de IPVA, ICMS e IPI.
43 Oportunidades Pontos importantes - Políticas direcionadas para ônibus urbanos. Responsabilidades do Ministério das Cidades, de Minas e Energia, Governos Estaduais e Municipais. - Disponibilização de tecnologias: Ottolização e Diesel-gás. - Desenvolvimento de normas de testes e limites de emissões para conversões. - Entrada de novos fabricantes no mercado disponibilizando motores dedicados a GNV Euro III, Euro IV e Euro V. - Mudanças de cultura, Treinamentos. - Assistência Técnica.
44 Sumário Introdução Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica) Ottolização Diesel-gás Considerações sobre emissões Opotunidades Conclusões
45 Brasil Conclusões Pioneiro no uso em larga escala de combustíveis veiculares alternativos Destaca-se mundialmente pelo uso do GNV em veículos leves. 2ª frota mundial GNV em veículos pesados Três rotas tecnológicas Desafios tecnológicos Melhoria das condições ambientais nos centros urbanos Passo importante Limites de emissões Disponibilização de tecnologias Programas nacionais / incentivos
46 Contatos Guilherme Bastos Machado PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM / Tel: (55) (21) Tadeu Cavalcante Cordeiro de Melo - PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM / Tel: (55) (21) Marcia Figueiredo Moreira PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM / Tel: (55) (21) Fernando Aniello Iaccarino PETROBRAS/GE-MC/DEMERC/PDM / Tel: (55) (21) Raphael Riemke de Campos César Leão PETROBRAS/GE-MC/TDM / Tel: (55) (21)