Ônibus urbano a GNV: cenário brasileiro · tecnologias de conversão para a substituição ......

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  • Machado et al.

    Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006 9

    nibus urbano a GNV: cenrio brasileiro

    Natural gas fueled city buses: a Brazilian scenarium

    Autobus urbano a GNV: panorama brasileo

    Guilherme Bastos MachadoTadeu Cavalcante Cordeiro de MeloLuiz Fernando Martins Lastres

    Resumopalavras-chave: gs natural veicular nibus urbano Brasil

    O uso do gs natural veicular (GNV) no Brasil comeou na dcada de 80 visando substituio do leo diesel em veculospesados devido crise do petrleo. Nessa poca, a Petrobras participou, junto com outras empresas, do desenvolvimento detecnologias de converso para a substituio parcial do diesel por gs natural por meio de sistemas conhecidos como diesel-gs.Foram feitos trabalhos de desenvolvimento em banco de provas de motores e testes de campo em algumas empresas denibus, verificando-se a viabilidade tcnica e econmica desse tipo de converso. Devido a fatores tais como atenuao dapresso sobre o preo internacional do barril de petrleo, pequena malha de distribuio de gs natural no Brasil, falta deinfra-estrutura de suporte tcnico adequado para as converses e falta de cultura no uso do gs natural o programa noavanou e a experincia foi interrompida. Em paralelo, outras experincias foram conduzidas no Brasil com a utilizao demotores dedicados a gs natural (ciclo Otto), que foram desenvolvidos e fabricados no pas para utilizao em nibus urbano.Atualmente existe um cenrio mundial de diversificao da matriz energtica e o uso do gs natural em nibus urbanos,substituindo parcialmente a frota de nibus a diesel, assume uma dimenso mais realista devido aos seguintes fatores:a) aumento da malha de distribuio de GNV nos grandes centros, devido ao elevado crescimento da frota de veculos levesa GNV no pas, resolvendo em parte os problemas de logstica do passado; b) presses dos rgos ambientais por valores deemisses de particulados e por valores de gases poluentes cada vez menores nos grandes centros urbanos; c) perspectivasfuturas de disponibilidade regular de gs natural no mercado nacional, devido descoberta de novas reservas no Brasil eimportao de gs natural liquefeito (GNL), diminuindo dependncia do gs importado da Bolvia. A Petrobras vem trabalhandona expanso do mercado de GNV focando na aplicao em nibus urbanos nas grandes cidades que j possuam disponibilidadede gs natural. Isto ajudar a aliviar a presso sobre a demanda de leo diesel no pas e no ir comprometer o fornecimentode gs aos demais setores industriais.

  • nibus urbano a GNV: cenrio brasileiro

    10 Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006

    Abstractkeywords: natural gas for vehicles urban bus Brazil

    The use of natural gas for vehicles (NVG) in Brazil started in the 80s as a result of the petroleum crisis in order to replace dieseloil in heavy vehicles. At the time Petrobras participated, jointly with other companies, in the development of conversion technolo-gies to partially replace diesel by natural gas by means of systems known as diesel-gas. Development studies were made on enginetestbeds and field tests were conducted in some bus companies to see the economic and technical feasibility of this type ofconversion. Due to factors such as the lowering of the pressure caused by international oil barrel prices, the reduced natural gasdistribution network in Brazil, the lack of adequate technical support infra-structure for the converted vehicles and the insufficienthabit of using natural gas the program did not progress and the experiment was dropped. Other experiments were conducted inparallel in Brazil using engines built to run of natural gas (Otto cycle), that were developed and manufactured in the country to beused in urban buses. Presently the scenario is auspicious for incentives to the use of natural gas-powered city buses due to thefollowing reasons: a) the development of the natural gas distribution network in the main urban centers as a consequence of thefast increase in the fleet of light-duty vehicles fuelled with natural gas, in the country, which has partially solved the logisticsproblems of the past; b) the pressure put on by environmental agencies for increasingly reduced particle emissions and gaspollution from motor vehicles in the main urban centers; c) the prospect of a greater availability of natural gas in the domestic marketas a result of the import agreements signed with Bolivia and the discovery of new gas reserves in Brazil; d) the partial replacementof diesel imports which has led to an improvement in the countrys trade balance. Petrobras has been working to expand the naturalgas market for vehicles focusing on the fuelling of city buses in great urban centers where natural gas is already available. This willhelp relieve the pressure on the demand for diesel oil in the country and will not affect the supply of gas to other industrial sectors.

    Resumenpalabras clave: gas natural vehicular autobus urbanos Brasil

    El uso del gas natural vehicular (GNV) en Brasil se inici en la dcada de 1980 debido a la crisis del petrleo, y tena por objetivosustituir el petrleo diesel utilizado en vehculos pesados. En aquella poca Petrobras particip, junto con otras empresas, en eldesarrollo de tecnologas de conversin para sustituir parcialmente el diesel por gas natural a travs de sistemas conocidos comosistemas duales diesel/gas. Se realizaron trabajos de desarrollo en banco de pruebas de motores y ensayos de campo en algunasempresas de autobuses, verificndose la viabilidad tcnica y econmica de este tipo de conversin. Debido a factores, tales comola atenuacin de la presin sobre el precio internacional del barril de petrleo, una pequea red de distribucin de gas natural enBrasil, la falta de infraestructura de soporte tcnico adecuado para las conversiones y la poca cultura en el uso del gas natural, elprograma no avanz y la experiencia fue interrumpida. Paralelamente, se condujeron otras experiencias en Brasil con la utilizacinde motores dedicados a gas natural (ciclo Otto), que se desarrollaron y fabricaron en el pas para la utilizacin en autobuses urbanos.Actualmente, existe un escenario favorable al retorno e incentivo del uso del gas natural en autobuses urbanos por los siguientesfactores: a) aumento de la red de distribucin de GNV en los grandes centros urbanos, debido al elevado crecimiento de la flota devehculos ligeros movidos a GNV en el pas, resolviendo en parte los problemas de logstica del pasado; b) presiones de losorganismos ambientales que exigen valores de emisiones de particulados y de gases contaminantes cada vez menores en los

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    grandes centros; c) perspectivas de mayor disponibilidad de gas natural en el mercado nacional, debido a los contratos de importacinde gas natural firmados con Bolivia y el descubrimiento de nuevas reservas de gas en Brasil; d) sustitucin parcial de la importacinde diesel, mejorando la balanza comercial del pas. Petrobras viene trabajando en la expansin del mercado de GNV, concentrndoseen su aplicacin en autobuses urbanos de grandes ciudades que ya poseen disponibilidad de gas natural. Esto ayudar a aliviar lapresin sobre la demanda de petrleo diesel en el pas y no comprometer el suministro de gas a los dems sectores industriales.

    Introduo

    Sabe-se que, tecnologicamente, tanto a aplicao do diesel-gs como a de motores do ciclo Otto dedicados ao gs em veculospesados so conhecidas no setor automotivo. Entretanto, a nvelmundial, sua utilizao no mercado de transporte de passageirose de carga reduz-se a experincias em escala ainda reduzida, nosendo diferente no mercado brasileiro. So apresentadas aquialgumas experincias com a tecnologia diesel-gs e com o motordedicado a GNV em nibus urbanos no Brasil, identificando-sealguns fatores que dificultam um uso mais efetivo e uma difusomaior dessas tecnologias. So fornecidas algumas recomendaespara se aumentar e se difundir o uso do gs natural no segmentode transporte urbano de passageiros, visando incrementar a subs-tituio do diesel. Tambm so analisados alguns aspectosrelacionados emisso de poluentes.

    Tecnologia diesel-gs

    Conceitos

    O conceito da tecnologia diesel-gs tem sua base na utiliza-o do motor original do ciclo diesel e na queima combinada dogs natural com o leo diesel. Realiza-se por meio da instalaode um kit que faz uma adaptao do motor original semmodificaes estruturais, mantendo-se um ciclo de funciona-mento mais eficiente. Nessa aplicao, o dbito (consumo) dediesel reduzido a uma injeo piloto, responsvel pelo incioda combusto do gs natural que, por sua vez, entra no cilindrodo motor previamente misturado ao ar. O diesel, entrando emcontato com o ar no interior do cilindro, sofre uma elevao desua temperatura e de sua presso devido compresso dopisto, dessa forma, inflama-se e funciona como a fonte deignio da mistura ar mais gs natural.

    Dentre os benefcios do sistema diesel-gs, destaca-sea flexibilidade para utilizao de diesel puro ou de dieselmais gs, o que flexibiliza o abastecimento do veculo eaproveita o alto rendimento do motor diesel (em torno de35%, contra cerca de 28% do ciclo Otto). A opo de seoperar o motor somente com diesel, permitida pelo kit,facilita a posterior revenda do veculo para uma regio seminfra-estrutura de abastecimento de gs.

    Kits de converso

    Os kits de converso diesel-gs passaram por uma evoluotecnolgica ao longo dos anos, seguindo a evoluo tecnolgicados motores. Tal evoluo foi norteada, principalmente, pelanecessidade de atendimento de requisitos de legislaesambientais. Isto constatado nas geraes listadas a seguir:

    1 gerao: os sistemas de primeira gerao eram me-cnicos, sendo a proporo de ar mais gs dosada porum venturi calibrado e a quantidade de diesel ajustadamecanicamente. O ndice de substituio do dieselpelo gs era baixo;

    2 gerao: o kit de segunda gerao ainda apresen-tava o venturi calibrado na alimentao de gs natural,porm o diesel era dosado eletronicamente;

    3 gerao: no kit de terceira gerao, o sistema possuacontrole eletrnico das injees de diesel e de gs, sen-do tambm closed-loop, ou seja, a formao da misturatambm era controlada em funo de um monitoramentodas condies dos gases de escapamento;

    4 gerao: a quarta gerao, ainda em pesquisas,emprega um injetor nico para as injees piloto dediesel e de gs.

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    12 Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006

    Cabe ressaltar que o desenvolvimento de um kit diesel-gs especfico para o motor em que ser aplicado, sendoassim, esses kits no so intercambiveis com diferentes mo-tores e requerem uma otimizao criteriosa para atingir de-sempenho satisfatrio com emisses reduzidas. Sem tal de-senvolvimento especfico para o motor de aplicao, o poten-cial de reduo de emisses, com o gs natural substituindoparcialmente o leo diesel, no se concretiza. Quanto maissofisticado o kit, mais altos so os custos envolvidos no de-senvolvimento e mais caro ser tambm o produto final.

    Experincia da Petrobras emconverses diesel-gs

    Histrico

    Devido crise do petrleo do incio dos anos 80, surgiramaes no mbito do Governo Federal no sentido de desenvol-ver meios para substituio do leo diesel pelo gs natural.Com esse intuito, foram criados o Plano Bsico Nacional deGs Combustvel, coordenado pelo Ministrio de Minas e Ener-gia e o Plano para Implantao de Frotas de nibus, coorde-nado pelo Ministrio dos Transportes.

    Seguindo a orientao do Governo Federal, a Petrobrascriou um grupo de trabalho, sob a coordenao de seu Ser-vio de Planejamento, com o objetivo de analisar as possibi-lidades tcnica, econmica e comercial para utilizao degs natural como substituto do leo diesel em veculoscoletivos na rea do Rio de Janeiro.

    No mbito da Petrobras, as aes foram assim divididas:

    levantamento de frotas de veculos, avaliao de consu-mos e localizao de postos responsabilidade da BRDistribuidora;

    definio do sistema de abastecimento respon-sabilidade do Abastecimento;

    definio dos sistemas de converso responsabilida-de do Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes).

    Nessa poca, a tecnologia de converso de veculos levesj era de domnio pblico, porm, para veculos pesados atecnologia estava restrita a centros de pesquisa e fabricantesde sistemas de converso na Itlia.

    Testes realizados no Cenpes

    Num perodo em que a legislao de controle de emis-ses no pas no era muito restritiva, as principais premissasque deveriam nortear a converso de motores eram a obten-o de desempenhos semelhantes com rendimentos supe-riores, quando comparados com o sistema original. Devia-seter tambm o cuidado de observar os limites estabelecidospelos fabricantes para os componentes do motor.

    Havia preocupaes com relao s taxas de elevao depresso no interior da cmara de combusto (com possveis picosde presso), preocupao com a temperatura dos bicos injetorese com a detonao, tendo em vista as maiores taxas decompresso dos motores diesel em relao aos motores dociclo Otto e a diferena nos processos de combusto pr-misturada(gs natural mais ar) e combusto difusiva (diesel mais ar).

    Pode-se dividir, cronologicamente, o trabalho realizadono Cenpes em trs fases:

    1 fase

    No perodo de 1983 a 1985 foram avaliados, em banco deprovas e em veculos, sistemas de converso de trs empre-sas italianas e de uma empresa nacional. Os kits, totalmentemecnicos (1 gerao), eram adaptaes de aplicaes jexistentes para veculos leves e foram testados em um motorMercedes-Benz OM 352 aspirado.

    Nos ensaios em banco de provas, foram obtidos desem-penhos semelhantes de torque e de potncia em relao aodiesel, com rendimentos semelhantes ou superiores em ple-na carga e inferiores nas cargas parciais. Os picos de pressoforam semelhantes aos do motor original a diesel. Houvereduo na emisso de fumaa. As temperaturas dos bicosinjetores foram mais elevadas, porm sem comprometimen-to para a durabilidade desses componentes.

    Nos testes de campo, tambm foram obtidos desem-penhos semelhantes ao motor original a diesel, com ndicede substituio mdio de 70% de leo diesel por gs natural,entretanto com energia consumida 15% maior.

    No acompanhamento de frota, realizado em junho de1985, 18 veculos percorreram 210 000 km, com ndice desubstituio de leo diesel por gs natural variando de 40 a

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    70% e com reduo na emisso de fumaa, porm comaumento de 20% na energia consumida.

    2 fase

    No perodo de 1985 a 1986, foram realizados testes emmotor OM 352 A (turbo-alimentado) com um kit de 1 gera-o fabricado por empresa brasileira.

    Nos testes em banco de provas, foram obtidos desempe-nhos semelhantes em relao ao diesel, com substituiesem torno de 65 a 85% e rendimentos superiores em plenacarga, todavia inferiores em cargas parciais. Houve sensvelreduo na emisso de fumaa.

    3 fase

    No perodo de 1989 a 1991, foi desenvolvido um kit deconverso, em parceria com uma empresa canadense, para

    aplicao no motor Mercedes-Benz OM 366 LA.

    O desenvolvimento consistiu em projeto e fabricaode componentes mecnicos, calibrao de software degerenciamento eletrnico do motor por meio de testes embanco de provas e, por fim, acompanhamento de campo.Pode-se dizer que esse kit situava-se entre a 2 e 3geraes, pois j possua controle eletrnico de alimentaodo diesel e injeo de gs natural, mas sem controle emmalha fechada da mistura.

    Nos testes em banco de provas, foram obtidos desem-penhos semelhantes ao diesel puro, com ndices de substi-tuio variando de 70 a 89%, rendimentos mais elevados ereduo nas emisses de particulados.

    Nas figuras 1, 2 e 3 so apresentados os resultados dedesempenho, rendimento trmico e emisso de fumaaobtidos com esse sistema.

    Figura 1 Foto de desempenho do motor OM366 LA convertido para diesel-gs.

    Figure 1 Picture of the performance of theOM 366 LA engine converted to diesel-gas.

    Figura 1 Foto de desempeo del motor OM366 LA convertido a diesel-gas.

    Curvas de desempenho do motor OM 366

    Rotao (rpm)

    Torq

    ue(N

    m)

    420

    400

    380

    360

    340

    320

    300

    1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

    AFS Diesel

    Referncia

    Diesel + Gs

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    Figura 3 Resultado de emisso de fumaa domotor OM 366 LA convertido para diesel-gs.

    Figure 3 Results showing the emission ofsmoke from the OM 366 LA engine convertedto diesel-gas.

    Figura 3 Resultado de la emisin de humodel motor OM 366 LA convertido a diesel-gas.

    Figura 2 Resultado de rendimento do motorOM 366 LA convertido para diesel-gs.

    Figure 2 Results showing the yield of theOM 366 LA engine converted to diesel-gas.

    Figura 2 Resultado del rendimiento delmotor OM 366 LA convertido a diesel-gas.

    Diesel puro Diesel + gs Proconve 1993

    Coeficientes de absoro de luz (K)

    Torque

    Potncia

    2,5

    2

    1,5

    1

    0,5

    0

    Rendimento trmico plena carga motor OM 366

    Rotao (rpm)

    Re

    nd

    ime

    nto

    (%)

    40

    39

    38

    37

    36

    35

    34

    33

    32

    31

    30

    1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

    AFS Diesel

    Referncia

    Diesel+Gas

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    O acompanhamento em campo foi realizado em linhaurbana tradicional da cidade do Rio de Janeiro (Lins PraaXV). Foram analisados 11 800 km em um veculo convertidode empresa de nibus da cidade. O ndice de substituiovolumtrica mdio foi de 72%, com equivalncia operacionalde 0,96 m3 de gs para um litro de diesel. A autonomia doveculo foi de 350 km e a economia global do sistema diesel-gs, considerando-se custos da poca com combustveis, foide 17%. Portanto, os resultados obtidos com o sistema ele-trnico foram mais promissores que o sistema mecnico dasfases anteriores.

    Devido a fatores tais como atenuao da presso sobreo preo internacional do barril de petrleo, pequena malhade distribuio de gs natural no Brasil,falta de infra-estruturade suporte tcnico adequado para as converses e falta decultura no uso do gs natural, o programa no avanou e aexperincia foi interrompida.

    Cenrio internacional da tecnologia

    diesel-gs

    Internacionalmente, encontram-se indicaes do uso datecnologia dual fuel em vrios pases e so citados como re-ferncias nesta rea EUA, Canad, Rssia e Argentina, entreoutros. ndia, China e Paquisto aparecem como importantesmercados a serem desenvolvidos. Entretanto, apesar de umnmero significativo de potenciais fornecedores de equipa-mentos de converso, poucos apresentam certificados de con-formidade quanto ao atendimento aos limites de emissesem seus pases de origem.

    Uma outra abordagem da tecnologia dual fuel o desenvolvi-mento de motores especficos. A Cummins-Westport uma dasque tem seguido esta linha, e j apresenta um motor comercial o Cummins-Westport ISX cujo grande diferencial a utilizaode um nico bico injetor para ambos os combustveis.

    Experincia no Brasil com nibus a

    gs do ciclo Otto

    Durante as dcadas de 80 e 90, algumas experincias deutilizao de nibus a gs desenvolveram-se em cidades bra-sileiras como Natal, Recife, Rio de Janeiro e So Paulo.

    A experincia vivida na cidade de So Paulo, pelas dimen-ses e lies proporcionadas, destaca-se no cenrio nacional. Elacomeou no incio da dcada de 80, ainda sob a influncia dasegunda crise energtica de 1979, com perspectivas de diminui-o da oferta de petrleo e este a preos sempre crescentes.

    As iniciativas da poca, em 1983, converso de algunsveculos para operao com diesel mais gs. Sendo pequenaa oferta de gs na cidade de So Paulo nessa poca, estabe-leceu-se que os nibus operariam com o biogs do aterro sa-nitrio de Santo Amaro. A frota experimental circulou at 1986,quando o programa foi desativado devido tanto reduo dospreos do petrleo quanto crise econmica do pas. Em para-lelo, uma montadora multinacional presente no Brasil, apostan-do em potencial de mercado de mdio e de longo prazo, pros-seguiu no desenvolvimento de um motor a gs do ciclo Otto. OPlano Nacional do Gs Natural (Plangs), aprovado pelo Gover-no Federal em 1987, que enfatizava o gs como substituto dodiesel, alimentou essa aposta tecnolgica da empresa.

    Uma vez atenuadas as perspectivas de crise de suprimen-to de petrleo, o debate sobre o papel do nibus a gs nomunicpio foi assumindo uma tica cada vez mais ambiental. sabido que a cidade de So Paulo, grande metrpole mundial,sempre teve problemas com a qualidade do ar. Com aimplementao do Programa de Controle da Poluio do Arpor Veculos Automotores (Proconve) em 1986, iniciou-se umacorrida por critrios ambientais cada vez mais restritivos,abrangendo esforos de adequao tanto das tecnologias jexistentes como dos combustveis. Nesse aspecto, com astecnologias existentes, o gs natural apresentava vantagensambientais em relao ao diesel.

    Em 1991, foi aprovada em So Paulo a Lei Municipaln 10 950 que estabelecia um prazo de dez anos para que asempresas de nibus do municpio substitussem os nibus ouos motores a diesel por outros movidos a gs natural.

    No incio da dcada de 90, a Companhia Municipal deTransportes Coletivos (CMTC) adquiriu 60 nibus com moto-res Otto dedicados ao gs natural. A frota operou at 1993,revelando, porm, uma srie de dificuldades tcnicas. Ao fi-nal de 1996, quando apenas a 1 gerao de motores dessamontadora estava disponvel, somente cerca de 100 nibuseram alimentados com gs natural, indicando falta deatratividade para implantao do programa.

  • nibus urbano a GNV: cenrio brasileiro

    16 Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006

    A Lei Municipal n 12 140, a Segunda Lei do nibus aGs na cidade de So Paulo, foi promulgada em 1996, ampli-ando de 2001 para 2007, o prazo para substituio de toda afrota, com um cronograma mais cadenciado. Esta nova leiatribuiu a responsabilidade para a elaborao e aimplementao de um Plano de Alterao de Combustvel(PAC), com intuito de concretizar o programa empresa SoPaulo Transportes S.A. (SPTrans). Tal empresa ficou encarre-gada da gesto do transporte coletivo no municpio.

    Nesse perodo, a montadora multinacional j disponibilizavaao mercado um motor a gs de 2 gerao. Apesar da expec-tativa em torno de um equipamento confivel, na prtica, al-guns componentes tiveram problemas de durabilidade, comofoi o caso da turbina. Outros problemas verificados com fre-qncia foram o superaquecimento do motor e defeitos nosistema eltrico.

    Paralelamente, no havia uma rede de distribuio de gsadequada. A SPTrans exigia que as companhias de nibusimplementassem o seu prprio sistema de abastecimento,sempre que fosse previsto o atendimento de uma frota mnimade 100 nibus a gs. Procurava-se com essa medida evitarpontos de abastecimentos centralizados, com conseqentescomplicaes no j catico trfego do municpio. As exignciasda SPTrans, contudo, acabaram impondo custos adicionaispara as companhias de nibus.

    Os custos de aquisio dos veculos a gs tambm eramsuperiores em relao ao diesel. Em 1999, por exemplo, essadiferena estava em torno de 40%. Os custos com combustveltambm no eram atrativos para a substituio dos nibus.Dependendo do diferencial de preos praticados entre o gsnatural e o diesel, subsidiado na poca, custos adicionais eramimputados aos empresrios do setor.

    Outro fator que pesou desfavoravelmente para o nibus ags em relao ao a diesel foi seu custo mais alto de manuten-o. A maior sensibilidade do equipamento proporcionava umafreqncia mais elevada de quebras, mesmo considerando umafrota a gs com idade mdia inferior que a frota a diesel.

    De acordo com a legislao de So Paulo, os nibus commais de dez anos de uso deviam ser substitudos por novos.Como sua grande maioria era revendida para cidades menores,do interior, a incipiente disponibilidade de gs nessas cidadesrepresentava mais uma barreira para o nibus a gs.

    No contexto em que o PAC atuou em So Paulo, o nibusa gs mostrou-se pouco competitivo em relao ao diesel paraas companhias de transporte urbano. Representava custosadicionais que no foram considerados nas tarifas e nem emsubsdios, uma vez que no eram reconhecidos pela Prefeitura.

    A partir do ano de 2000, o PAC estagnou definitivamente.As empresas de nibus no se sentiam obrigadas a cumpriras ordens de servio emitidas pela SPTrans para substituiode seus nibus a diesel pelos movidos a gs natural. A quan-tidade total de ordens de servio emitidas pela SPTrans foicerca de 1 300, porm a distncia entre o previsto e o realiza-do foi grande. As empresas de nibus, muitas vezes, apela-vam na justia contra as ordens de servio, alegando que aPrefeitura no poderia forar o concessionrio a fazer investi-mentos que levariam ao seu colapso financeiro.

    Consideraes sobre emisses

    A reduo das emisses de poluentes sempre destaca-da como uma das vantagens da substituio do diesel pelogs natural em aplicaes automotivas. Deve-se ter cuidadocom tal afirmao, pois esse fato no verdade absoluta paratodos os poluentes emitidos. A grande vantagem da substi-tuio do diesel pelo gs natural a significativa reduo dematerial particulado (MP) nas emisses de escapamento, pra-ticamente eliminando a fumaa negra caracterstica dos mo-tores a diesel. O impacto da reduo de MP na qualidade doar dos grandes centros urbanos muito importante. A reduodos demais poluentes legislados hidrocarbonetos totais(THC), xidos de nitrognio (NOx) e monxido de carbono (CO) depender dos patamares tecnolgicos dos motores e doskits de converso, havendo a tendncia de reduo doshidrocarbonetos txicos no-metanos (NMHC), porm comaumento de THC, devido presena do metano (CH

    4) no-

    queimado. O CH4 no txico, porm contribui para o efeito

    estufa. Tambm existe a tendncia de reduo de gscarbnico (CO

    2), devido menor relao carbono-hidrognio

    do gs natural. O CO2, gs de efeito estufa, ainda no legis-

    lado no Brasil. Observa-se que o aumento nas emisses deCH

    4, includo nos THC, no chega a comprometer o benefcio

    da reduo do CO2, uma vez que apesar do CH

    4 ser cerca de

    vinte vezes mais ativo que o CO2 como gs de efeito estufa, a

    sua concentrao no escapamento mais de mil vezes menor.Para os veculos pesados novos a GNV, produzidos a partir de

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    Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006 17

    Janeiro de 2007, os limites para THC so substitudos por li-mites para os NMHC e CH

    4.

    Para que se aproveite o potencial para reduo depoluentes, devem ser considerados os aspectos de emissesno desenvolvimento da aplicao. No passado, quando as le-gislaes na rea de emisses veiculares no existiam ou erampouco restritivas com relao aos limites estabelecidos paracontrole, os motores de combusto interna (ciclo diesel ouOtto) destinados aplicao automotiva no possuam muitaeletrnica embarcada. O desenvolvimento de um motor erapautado principalmente pelo desempenho e, em segundoplano, pelo consumo (o foco na reduo de consumo foi seacentuando com a evoluo do preo internacional do bar-ril de petrleo). Portanto, no havia grandes exigncias desofisticao eletrnica nos sistemas de alimentao dosveculos, uma vez que componentes mecnicos bem cali-brados atendiam aos requisitos de desenvolvimento a custosbem mais baixos.

    Com o aumento da densidade populacional nos grandescentros urbanos, as metrpoles mundiais passaram a sofrerproblemas graves oriundos da emisso de poluentes. Em taismetrpoles, a parcela automotiva era e continua sendo muitosignificativa. Os Estados Unidos foi o primeiro pas a estu-dar o problema e a implementar uma poltica de controlede emisses veiculares ainda na dcada de 60. Em umsegundo momento, os pases da Europa adotaram medi-das semelhantes. Hoje, o controle de emisses veicularesest presente em muitos pases, com diferentes graus deseveridade a depender do tamanho das frotas, do impacto nomeio ambiente e do nvel de desenvolvimento econmico decada pas. Normalmente, os pases menos desenvolvidos ado-tam o limite americano ou europeu, porm com umcronograma defasado para dar mais tempo de adaptao sempresas do setor.

    Os limites de emisses de gases poluentes, adotadosmundialmente, tornaram-se cada vez mais restritivos e cau-saram impacto significativo no desenvolvimento dos motoresde combusto interna, que passou a ser orientado pelo com-promisso entre desempenho, consumo e emisses. Foi ne-cessria a implementao de novos componentes no motor,muitos deles eletrnicos, e de desenvolvimentos especficospara cada famlia de motores, garantindo, dessa forma, o aten-dimento aos compromissos requeridos.

    Cenrio brasileiro atual

    Mercado

    O substancial crescimento da participao do gs natu-ral como substituto da gasolina em motores do ciclo Otto deveculos leves uma realidade no eixo Rio-So Paulo. Comoconseqncia, hoje j existem mais de mil postos de abaste-cimento de gs natural no pas, a maior parte deles na regioSudeste, para atendimento de uma frota acima de um milhode veculos leves.

    O crescimento acelerado das converses em veculos levesteve uma motivao puramente econmica, pois foi baseadano diferencial de preo favorvel ao gs natural em relao gasolina nos ltimos anos e no baixo custo das converses(abaixo de US$ 1 000) relativo ao retorno do investimentocom a economia de combustvel. Cabe observar que a maioriadessas converses de baixo custo no consegue atender aosrequisitos legais de emisses exigidos no pas, e o poder pbli-co deve ter maior rigor na fiscalizao para coibir conversesde baixa qualidade tcnica.

    Considerando-se o perfil de produo de derivados noBrasil, voltado para a maximizao de leo diesel em virtudede histricos incentivos e investimentos para o transporterodovirio, e levando-se em conta a necessidade de impor-tao parcial desse combustvel para atender sua demanda,estrategicamente, para o Brasil mais interessante a utilizaodo gs natural como substituto do diesel comparativamentecom a gasolina.

    Se analisada a possibilidade da utilizao do gs naturalcomo combustvel para veculos pesados originalmente a diesel(no Brasil no permitida a comercializao de veculos levesa diesel), o aspecto econmico peculiar, pois o diferencialde preos do gs natural em relao ao diesel menor e oscustos de converso diesel-gs ou do veculo dedicado aogs so mais elevados.

    Outra questo importante para a criao de condies maispropcias difuso do gs natural no segmento de nibus ur-banos seria a manuteno do diferencial de preos entre ogs natural e o diesel em patamares atrativos. Para isto, deve-se considerar o tempo de retorno dos investimentos na con-verso de veculos usados ou na aquisio de veculos novos

  • nibus urbano a GNV: cenrio brasileiro

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    mais caros (um nibus dedicado a gs natural continua cus-tando atualmente cerca de 40% mais caro que seu similar adiesel). Pode-se pensar tambm em algum tipo de incentivofiscal na aquisio de veculos novos movidos a gs naturalou ainda na renovao das licenas dos veculos usados dedi-cados ao gs ou convertidos para diesel-gs. Vantagens noperodo das concesses para as empresas de transporte pbli-co e preos das tarifas tambm so aspectos que poderiamser trabalhados. Caso no haja viabilidade econmica, oempresariado do setor de transportes tende a no trocar atecnologia diesel, j consagrada em dcadas de utilizao eperfeitamente dominada, por outras ainda incipientes e querequerem um tempo natural de maturao.

    A rea da Petrobras de desenvolvimento de mercado parao gs natural veicular vem trabalhando com determinao juntos esferas dos governos federal, estadual e municipal e tam-bm junto s empresas do segmento veicular, de transportepblico e de distribuio de gs no sentido de alinhavar condi-es mais propcias para o aumento da participao do gsnatural neste segmento.

    Tecnologia diesel-gs

    Atualmente, no existe nenhum kit diesel-gs fabricado noBrasil para ser aplicado em motor nacional. O kit teria que ser im-portado, requerendo todo um desenvolvimento especfico para omotor em que seria aplicado. As experincias com essa tecnologiaesto sendo retomadas dentro da Petrobras. Recentemente foiavaliado um kit importado da China, adaptado e testado em motornacional mais atual, com o objetivo de se avaliar o seu nvel dedesenvolvimento tecnolgico. Apesar do kit possuir sistema degerenciamento eletrnico, no foi possvel o enquadramento noslimites de emisses do Brasil. Existe, no momento, um projeto parase identificar e avaliar kits comerciais de outros pases, quepossuam patamares tecnolgicos adequados e com potencialpara atendimento aos limites de emisses brasileiros.

    Est sendo realizado projeto em parceria com instituiouniversitria para o desenvolvimento de um kit diesel-gsnacional, a ser aplicado em motor nacional mais atual. O ob-jetivo do projeto o desenvolvimento de um prottipo que po-der ser apresentado a fabricantes interessados na produode tal equipamento. O maior desafio tem sido o enquadramentodos hidrocarbonetos totais (THC) e do monxido de carbono

    (CO) nos limites de emisses correspondentes ao patamartecnolgico do motor original a diesel. Na tentativa deenquadramento, alm dos controles eletrnicos da dosagemde diesel e de gs natural, tambm se est trabalhando nocontrole do ar de admisso ao motor por meio de uma borboletaeletrnica. Os resultados preliminares mostram uma evoluo emrelao aos resultados obtidos com o kit chins, porm tal evolu-o ainda insuficiente para o enquadramento de emisses.

    Para a difuso do sistema diesel-gs, torna-se importanteo desenvolvimento no pas de produtos aplicados aos moto-res mais representativos do mercado nacional, com intuito debaixar os custos de converso. Tambm fundamental oenvolvimento de tradicionais empresas do setor automotivo,como montadoras, sistemistas e fabricantes de autopeas,tendo em vista serem essas as empresas detentoras de know-how especializado, capazes de realizar desenvolvimentos deprodutos considerando os requisitos exigidos por esse mer-cado nos menores custos e prazos. As empresas do setor tm aestrutura necessria para fornecer garantias e suporte tcnico deps-venda aos seus clientes, o que fundamental para umaimplementao efetiva dessa tecnologia no mercado. Empresassistemistas como a Delphi e Bosch atualmente esto desenvol-vendo produtos diesel-gs para o mercado nacional.

    Tecnologia ciclo Otto

    Considerando a tecnologia do ciclo Otto, a Petrobras rea-lizou estudo com um nibus a gs mais moderno, de 3 gera-o, fabricado no Brasil, que operou durante dois anos nalinha Iraj Passeio, no municpio do Rio de Janeiro. O projetofoi concebido pelo Gs & Energia/DesenvolvimentoEnergtico/Suporte ao Conpet (GE-DEN/SC) da Companhia eest sendo coordenado pela Gerncia de Desempenho deProdutos em Motores do Cenpes, com a participao do Pro-grama Tecnolgico de Gs Natural (Progas), a partir de umconvnio firmado entre a Petrobras, o Sindicato das Empre-sas de Transporte de Passageiros do Municpio do Rio deJaneiro (Rio-nibus) e a Petrobras Distribuidora.

    Os resultados do projeto mostram a evoluo da tecnologiaquando comparada s 1 e 2 geraes, principalmente emrelao ao consumo de combustvel, emisses, dirigibilidadee conforto do veculo. O veculo atende aos limites de emis-ses da legislao nacional com potencial para atender limi-

  • Machado et al.

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    tes mais restritivos a partir de desenvolvimentos especficos.Considerando-se os preos praticados ao longo da operaodo veculo (2004-2006) para o gs natural no posto e para odiesel comercializado para o frotista, existe uma ligeira vanta-gem no custo operacional do nibus a gs. Existe ainda umpotencial de aumento desta vantagem a favor do gs preven-do a reduo do seu preo com abastecimento disponibilizadona garagem do frotista. O custo de manuteno do veculo mais elevado, carecendo um maior envolvimento do fabri-cante para dar mais robustez ao produto, o que poderia acon-tecer se esta aplicao fosse prioridade dentro da montadorae isto, por sua vez, depende de uma demanda mais forte doproduto pelo mercado. Este veculo, por falta de incentivo,deixou de ser fabricado em Dezembro de 2006, devido en-trada em vigor de novos limites de emisses para veculospesados a GNV, em Janeiro de 2007. Com o mercado desen-volvido, as economias de escala tendem a reduzir preos doveculo novo e das peas de reposio. A entrada de concor-rentes no mercado tambm importante, o que tende a acon-tecer em breve, na medida em que uma das montadoras jpossui um prottipo de nibus dedicado a gs em fase detestes no municpio do Rio de Janeiro.

    Para a massificao do uso do gs natural no setor detransporte de passageiros por nibus urbanos (veculos origi-nalmente movidos a diesel), pode-se pensar em duas estra-tgias em paralelo. Uma delas contemplando veculos novospor meio da renovao das frotas por veculos com motoresdo ciclo Otto (dedicado ao gs natural e j em fabricao noBrasil na sua 3 gerao, superior s anteriores) ou mesmoveculos novos diesel-gs (ainda no fabricados no Brasil). Aoutra estratgia contemplaria os veculos j usados que po-deriam ser convertidos para o diesel-gs. Para os veculosusados, existe tambm a rota da Ottolizao, que a trans-

    formao de um motor do ciclo diesel em ciclo Otto paraoperar com gs natural. Esta rota foi avaliada pelo Gs &Energia/Marketing & Comercializao/Tecnologia para De-senvolvimento do Mercado (GE-MC/TDM) no projetoGASBUS e tambm tem desafios semelhantes ao descritoanteriormente para a tecnologia diesel-gs, com relao aoatendimento da legislao ambiental do pas. Recentemente,desenvolvimentos no kit de Ottolizao da convertedoraargentina que participou do projeto GASBUS, permitiramprogressos na reduo de emisses. Falta avaliar adurabilidade de emisses, j que os limites devem seratendidos pela legislao por 160 000 km.

    Concluso

    O artigo mostra que atualmente a utilizao do gs natural nosegmento de transporte de passageiros por nibus urbanos pas-sa por um amadurecimento das tecnologias e pelo envolvimentodo poder pblico, dos produtores e distribuidores de combust-veis, dos empresrios do setor de transportes. Este amadureci-mento tambm deve contar com contribuies das empresas dosetor automotivo no sentido de criar condies mais favorveispara a substituio do diesel, de tecnologias consagradas e ro-bustas, pelo gs natural, incluindo desenvolvimento de tecnologias,polticas de preos de combustveis e estratgias de incentivospara uma implantao sustentada do programa.

    Trabalhos esto em curso para viabilizar e difundir a utili-zao do gs natural no setor de transportes de passageirospor nibus urbanos. de se esperar que as economias deescala tambm contribuam para o equilbrio dos custos en-volvidos, tornando o negcio economicamente mais atrativo.

    Referncias Bibliogrficas

    LASTRES, L. F. M. Desenvolvimento de sistema eletrnico deconverso de motores Mercedes-Benz OM 366 para uso de gs

    natural. Rio de Janeiro: Petrobras. Cenpes, 1991. Relatrio tcnico.

    MACHADO, G. B. Utilizao do GNV em nibus urbano. Rio deJaneiro: Petrobras. Cenpes, 2005. Relatrio tcnico DPM 011/2005.

    MACHADO, G. B.; MELO, T. C. C.; LASTRES, L. F. M. Panorama of naturalgas usage in heavy duty vehicles in Brazil. In: SOCIETY OF AUTOMOTIVE

    ENGINEERS. FUELS AND LUBRICANTS MEETING AND EXHIBITION, 2005, Riode Janeiro. [Papers of the...] Warrendale: SAE International, 2005.SAE 2005012192. 8 f. 1 CD-ROM.

    MACHADO, G. B.; MELO, T. C. C.; MOREIRA, M. F.; IACCARINO, F. A.;LEO, R. R. C. C. nibus urbanos a gs natural: rotas tecnolgicas, desafiose oportunidades no brasil. In: RIO OIL AND GAS EXPO AND CONFERENCE,13., 2006, Rio de Janeiro. Abstracts... Rio de Janeiro: Instituto Brasileirode Petrleo e Gs, 2006. 8 f. IBP 1306-06.

  • nibus urbano a GNV: cenrio brasileiro

    20 Boletim Tcnico da Petrobras, Rio de Janeiro, v.49, n.1/3, dez. 2006

    Autores

    Guilherme Bastos

    Machado

    Centro de Pesquisas da Petrobras

    (Cenpes)

    Gerncia de Desempenho de Produtos

    em Motores

    email: [email protected]

    Guilherme Bastos Machado engenheiro mecnico, formadopela Universidade Federal Fluminense, em 1995. Obteve Mestrado emEngenharia Mecnica, nfase em Cincias Trmicas pela COPPE/UFRJ, em2005. Iniciou sua carreira em 1996 na Halliburton. De 1997 a 2001 trabalhouna Fiat Automveis S.A., atuando como engenheiro de produtos no desenvol-vimento de motores do ciclo Otto. Ingressou na Petrobras em 2001 na equipede engenharia da Gerncia Desempenho de Produtos em Motores da Petrobrasdo Cenpes, onde atua coordenando projetos de pesquisa em desempenho deprodutos nas reas de gasolina, diesel e GNV.

    Tadeu Cavalcante

    Cordeiro de Melo

    Centro de Pesquisas da Petrobras

    (Cenpes)

    Gerncia de Desempenho de Produtos

    em Motores

    email: [email protected]

    Tadeu Cavalcante Cordeiro de Melo consultor tcnico, tendo segraduado em Engenharia Eletrnica em 1989 pela UFRJ. Participou do Cursode Especializao CENEL-II em 1989-1990 no convnio Petrobras-UFRJ eobteve grau de Mestre em Engenharia Mecnica pela COPPE/UFRJ em 2007.Iniciou sua carreira na rea de explorao de petrleo em 1990 e em 1992foi transferido para o Cenpes, onde trabalha h 15 anos no Laboratrio deEnsaios Veiculares na coordenao do laboratrio e de projetos de pesqui-sa nas rea de gasolina, gs natural e novas tecnologias automotivas.

    Luiz Fernando Martins

    Lastres

    Centro de Pesquisas da Petrobras

    (Cenpes)

    Gerncia de Lubrificantes e Produtos

    Especiais

    email: [email protected]

    Luiz Fernando Martins Lastres consultor snior, tendo se formadopelo Convnio Petrobras-UFRJ (Curso de Engenharia de Equipamentos e Siste-mas Industriais) em 1980. Realizou MBA Formao de Gerentes e Diretoresda Fundao Getlio Vargas em 2000. Iniciou sua carreira na Petrobras em1981, no Laboratrio de Motores do Cenpes, onde trabalhou por 10 anos comcombustveis alternativos, dentre eles o Gs Natural Combustvel, tema no qual autor de trs patentes. Trabalha desde 2002 no desenvolvimento de leoslubrificantes automotivos, sendo atualmente o coordenador do projeto defornecimento de leos lubrificantes para a equipe Williams de Frmula 1.

    MACHADO, G. B.; MELO, T. C. C.; MOREIRA, M. F.; IACCARINO, F. A.;LEO, R. R. C. C. Desafios e oportunidades na introduo do GNV no segmen-to de nibus urbanos no Brasil. In: SEMINRIO DA REDE GAS ENERGIA,2006, Rio de Janeiro. [Trabalhos apresentados no...]. Rio de Janeiro:Petrobras. RH. UC, 2006. 24 f. 1 CD-ROM.

    SANTOS, E. M. Uso do gs natural como combustvel em veculosde transporte coletivo urbano: estgio atual, perspectivas e dificuldades.So Paulo: s.n., 2003. 43 f. il.

    GOLDBERG, D. E. Genetic algorithms in search, optimization andmachine learning. Boston, Mass.: Addison-Wesley, c1989. 412 p. il.

    HAYKIN, S. Redes neurais: princpios e prtica. Traduo Paulo MartinsEngel. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 900 p. il.

    REIS, E. Estatstica multivariada aplicada. 2. ed. Lisboa: Slabo,1997. 343 p.