Weighing analysis of in-motion vehicles carrying liquid loads

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1 Análise da pesagem de veículos em movimento com cargas líquidas Luciano Bruno Faruolo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - INMETRO Resumo Este artigo visa contribuir para a fiscalização de excesso de peso de veículos nas rodovias por meio da análise de confiabilidade da pesagem de veículos rodoviários em movimento com carregamento líquido nos postos de pesagem utilizados no controle de excesso de peso. O controle do peso dos veículos-tanque em transporte de cargas líquidas apresenta-se como uma preocupação evidente dos gestores de rodovias, considerando-se o desgaste prematuro do pavimento e a prevenção de acidentes ocasionados por veículos com excesso de carga. Através do uso de veículos representativos da frota nacional, em diversas condições de carregamento e instrumentos de pesagens, desenvolveu-se um cenário para a análise metrológica da atividade de medição da carga de veículos em movimento, considerando a legislação de trânsito. Neste trabalho apresentam-se elementos metrológicos que, aplicados de forma apropriada, melhoram a eficiência dos instrumentos de pesagem na atividade da fiscalização de peso de veículos, sugerindo a legislação metrológica para a pesagem em movimento de veículos-tanque com cargas líquidas. Palavras-chave: Metrologia, Veículo, Peso, Legislação, Rodovia. Abstract Weighing analysis of in-motion vehicles carrying liquid loads This article contributes to the surveillance of weight excess of vehicles on roads by means of the analysis of the reliability of vehicle weighing in motion. The analysis focus on vehicles carrying liquid loads and the measurements were made on weighing stations where the excess weight is checked. The weight control of tank trucks carrying liquid loads is an evident concern of road authorities, considering the early wear of the pavement and the prevention of accidents which occur by overloaded vehicles. The utilization of the road system in the transport of liquid loads is of fundamental importance to the national economy, specially oil byproducts and ethanol. The movement of the liquid load inside the tank is the main element examined on the analysis of the efficiency of dynamic systems of weighing for enforcement. The scenario for the metrological analysis of load measurement activity was developed for representative vehicles of the national fleet under various load conditions, considering different weighing instruments. The traffic law was also considered in the analysis. In this work are presented the metrological elements which must be applied appropriately in order to improve the efficiency of the activity of weight inspection of trucks transporting liquid loads. Key-words: metrology, tank-truck, weigh-in-motion 1 Introdução O tráfego de veículos de transporte de carga líquida, veículos-tanque, tem sido objeto de preocupação das autoridades de trânsito, com relação à gravidade de acidentes relacionados a estes veículos, sobretudo os que transportam cargas perigosas. Os veículos com sobrecarga são mais difíceis de guiar, e apresentam maior probabilidade de tombamento e de falha mecânica destrutiva. Uma forma de contribuir para a diminuição da taxa de acidentes é a aumentar a eficiência da fiscalização do excesso de carga, e do estado mecânico dos veículos, através de inspeção direta e controle da realização da manutenção O Código de Trânsito Brasileiro no Art 99 estabelece que os veículos devem atender aos limites de peso estabelecidos na legislação, além de definir que o excesso de peso será medido por equipamento 1

2 de pesagem ou pela verificação de documento fiscal, na forma estabelecida pelo CONTRAN. Será tolerado um percentual sobre os limites de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo de veículos à superfície das vias, quando utilizado equipamento, na forma estabelecida pelo CONTRAN. Os equipamentos fixos ou móveis utilizados na pesagem de veículos serão aferidos de acordo com a metodologia e na periodicidade estabelecidas pelo CONTRAN, ouvido o órgão ou entidade de metrologia legal. A Resolução Contran n.º 258 de 2007 estabelece: Art. 4º a fiscalização de peso dos veículos deve ser feita por equipamento de pesagem (balança rodoviária) ou, na impossibilidade, pela verificação de documento fiscal; Art. 5º na fiscalização de peso dos veículos por balança rodoviária será admitida a tolerância máxima de 5% (cinco por cento) sobre os limites de pesos regulamentares, para suprir a incerteza de medição do equipamento, conforme legislação metrológica; Art. 10 os equipamentos fixos ou portáteis utilizados na pesagem de veículos devem ter seu modelo aprovado pelo INMETRO, de acordo com a legislação metrológica em vigor; Art. 11 a fiscalização dos limites de peso dos veículos por meio do peso declarado na Nota Fiscal, conhecimento ou Manifesto de carga, poderá ser feita em qualquer tempo ou local, não sendo admitida qualquer tolerância sobre o peso declarado; Art. 17. Fica permitida até 31 de dezembro de 2008 a tolerância máxima de 7,5% (sete e meio por cento) sobre os limites de peso bruto transmitido por eixo de veículos à superfície das vias públicas (medida prorrogada até dezembro de 2011 pela Resolução CONTRAN n.º 365/2010). A utilização de instrumentos de pesagem de veículos em movimento tem sido vedada para a pesagem de cargas líquidas a granel, considerando que estes instrumentos não são aprovados para esta finalidade, e devem portar a inscrição Instrumento não apropriado para a pesagem de carga líquida a granel. Atualmente, só é permitida a pesagem destes veículos estáticamente, em instrumentos de pesagem que medem o peso de todo o veículo sobre uma plataforma, popularmente chamados de balanção, considerando a atual metodologia de verificação, metrológica, desenvolvida pelo Inmetro em estudo prévio. Os resultados referentes a este estudo prévio estão detalhados em Faruolo e Brochado (2008). Entretanto, considerando a relevância do assunto buscou-se desenvolver uma pesquisa regulatória em metrologia legal, onde se desenvolveu uma estrutura para análise mais aprofundada do tema, utilizando medições em campo e a análise crítica dos resultados, além de outras referências. Foram instaurados o Comitê Técnico denominado CT 09 Instrumentos de medição de massa e massa específica e o Subcomitê SC 02 Instrumentos de pesagem automáticos, e ainda implementado um grupo de trabalho GT - Instrumentos de pesagem de veículos rodoviários em movimento, com ampla participação de represetantes de classe, governamentais e fabricantes, para o desenvolvimento das condições adequadas para o desenvolvimento do Regulamento Técnico Metrológico para a utilização de instrumentos de pesagem de veículos em movimento para a fiscalização de veículos nas rodovias. 2 Método O método de análise de instrumentos de pesagem de veículos em movimento vigente foi desenvolvido pelo Inmetro nos anos 80, e regulamentado através de portarias de aprovação de modelos, as quais são utilizadas para estabelecer as características metrológicas dos equipamentos, além de estipular as formas de avaliação periódicas dos instrumentos de pesagem comercializados pelos fabricantes, e utilizados pelos usuários das rodovias. A regulamentação brasileira foi inovadora perante o cenário internacional da época, estabecendo condições de uso da pesagem dinâmica para fins de fiscalização do peso de veículos nas rodovias. Entretanto, a frota nacional de veículos se modernizou, e novas tecnologias foram introduzidas no 2

3 mercado de ITS, o que provocou uma nova abordagem da regulamentação metrológica. Foi elaborado um plano de medição, tendo em vista analisar a confiabilidade da pesagem de veículos em movimento, Faruolo (2007), tendo como objetivo veículos com carga líquida. Para a análise dos resultados foi utilizada a minuta de Regulamento Técnico Metrológico (RTM) desenvolvido pelo Inmetro. A minuta está de acordo com a diretiva OIML R134, da Organização Internacional de Metrologia Legal, relativa aos instrumentos de pesagem de veículos em movimento, a qual prevê o uso de veículos tanque na avaliação dos instrumentos de pesagem quando utilizados para esta finalidade. Foram definidas classes de exatidão em função dos erros s admissíveis, para massa total dos veículos (Tabela 1), para carga por eixo e conjunto de eixos (Tabela 2). Estes valores limites foram utilizados para a avaliação dos resultados, com foco na eficiência do instrumento de pesagem, avaliando-se a exatidão dos instrumentos de pesagem submetidos a este estudo. Esta avaliação representa uma simulação, considerando que estes instrumentos não foram previamente aprovados para a pesagem de veículos com carga líquida. Tabela 1 s s admissíveis conforme as classes de exatidão para massa do veículo. Tabela 2 s s admissíveis conforme as classes de exatidão para carga por eixo e conjunto de eixos do veículo. O erro adimissível para o peso bruto total é considerado o maior valor. De acordo com o vocabulário internacional de metrologia legal, a verificação inicial é realizada quando o instrumento é novo, e vai ser instalado para uso. As verificações subsequentes, posteriores à verificação inicial, incluem as verifcações periódicas e as verificações após reparos. Por outro lado, a inspeção é o exame para constatar se os erros não ultrapassam o erro admissível em serviço, que caracteriza-se como o dobro do valor limite para verificação inicial e subsequente. Os erros são definidos como a diferença entre o valor de referência estático e cada uma das correspondentes medidas dinâmicas. Assim, a eq (1) se aplica ao caso da massa total do veículo (MV): 3

4 E i = MV ref - MVi (1) Onde: E i erro de uma medição em movimento i da massa total do veículo MV ref é o valor da massa total de referência do veículo, medido em balança estática de plataforma MV i é o valor da massa total do veículo obtido em uma medição em movimento i Por outro lado, para o cálculo do erro admissível para eixos e conjuntos de eixos é necessário usar as respectivamente as eqs (2) e (3) para o cálculo do valor da carga de referencia a ser usado, definido como o valor médio corrigido de i pesagens em movimento realizadas: (ROIML 134 A ) ) MVref Eixoi Corrigido = Eixoi x (2) MV MVref Conjuntoi Corrigido = Conjuntoi x (3) MV Onde: MV é o valor médio das medições da massa total do veículo em movimento Eixo i Corrigido é o valor médio corrigido para eixo individual Conjunto i Corrigido é o valor médio para conjunto de eixos Foi calculado o desvio de cada carga por eixo isolado a partir da respectiva carga média corrigida por eixo isolado e o desvio de cada carga por conjunto de eixos a partir da respectiva carga média corrigida por conjunto de eixos, eq (4): DesvioEixoi = Eixoi EixoiCorrigido (4) DesvioConjuntoi = Conjuntoi ConjuntoiCorrigido O desvio é considerado o erro do instrumento de pesagem para as medições por eixo e conjunto de eixos. Para as pesagens dos veículos em movimento foram consideradas as classes mais adequadas para a avaliação, sendo definidas a classe 5 para o peso bruto total, denominada massa do veículo, conforme Tabela 1, e a classe E para conjunto de eixos conforme Tabela 2. Nestas classes os limites de erro são 2,5% para a massa total do veículo e 4% para a carga por eixo ou conjunto de eixos, para aplicação em verificação inicial e subsequente; e para aplicação em uma inspeção do instrumento de medição de 5% e 8% respectivamente. Os valores acima dos erros s admissíveis estão grifados nas Tabelas 3,4 e 5. A escolha destas classes teve como premissa utilizar limites próximos à legislação de trânsito vigente. Os limites de tolerância de excesso de carga nos veículos fiscalizados por balança nas rodovias é de 5% para o PBT e de 7,5 % para a carga por eixo. Esta regulamentação nacional, desenvolvida pelo Inmetro, tem o objetivo de substituir a atual forma 4

5 de avaliação dos instrumentos de pesagem de veículos em movimento na fiscalização de trânsito. O processo atual no Inmetro vem sendo utilizado desde da década de 80, antes do desenvolvimento da orientação da OIML. O método atual utilizado pelo Inmetro estabelece, através de metodologia anexa na respectiva portaria de aprovação, que o instrumento estará aprovado caso satisfaça as seguintes condições: Para o caso de instrumentos móveis e/ou portáteis: A média do Peso Bruto Total dinâmico ( PBT din) esteja contida no intervalo do Peso Bruto Total estático mais ou menos 1%, (5). [PBTest - 1% PBTest; PBTest + 1% PBTest] (5) Para o caso de instrumentos fixos: A média do Peso Bruto Total dinâmico ( PBT din) esteja contida no intervalo do Peso Bruto Total estático mais ou menos 0,5%, (6). [PBTest - 0,5% PBTest; PBTest - 0,5% PBTest] (6) Para ambos os casos: A média do Peso Bruto total dinâmico ( PBT din) mais ou menos 2 vezes o desvio padrão, deverá estar contida no intervalo (PBTest ± 3% PBTest), e ainda que a média do peso por eixo/conjunto de eixos dinâmico ( Xe ) mais ou menos 2 vezes o desvio padrão, deverá estar contida no intervalo ( Xe ± 3% Xe), eq. (7) isto é: PBTest - 3% PBTest PBT din ± 2 σ PBTest + 3% PBTest; (7) e Xe -3% Xe Xe ± 2 σ Xe + 3% Xe (8) 3. Resultados Foram realizadas várias medições em campo para identificar a exatidão da pesagem de veículos tanque em carregamento de líquidos, e um comparativo entre diferentes tipos de veículos e diferentes tipos de produtos, inclusive com cargas sólidas. A grande variedade de tipos de veículos de teste utilizados garante a representatividade dos dados quanto à frota de veículos utilizados no tráfego nacional. Em medições em campo na rodovia Imigrantes, em São Paulo, em fevereiro de 2010, foram obtidos valores das pesagens de diferentes veículos, conforme a Tabela 3, classificados pelo número de eixos e carregamento, e descritos os erros s registrados para a massa total dos veículos e para a carga medida por eixo e conjunto de eixos. Os valores mais elevados estão relacionados com os veículos de 3 eixos isotanque com carregamento de Glicol, e com o veículo de 6 eixos com carregamento de Soda. Estes veículos, especialmente, apresentaram em uma inspeção prévia de segurança problemas de suspensão e fixação do chassi. Estes resultados indicaram que as condições de conservação, relacionadas à segurança dos veículos, interferem na qualidade da medição da carga em movimento destes veículos. Considerando o processo atual, os resultados seriam considerados apropriados para uma balança móvel, porém seriam considerados não apropriados para uma balança fixa, pelo fato de em alguns casos o erro médio ter sido maior que 0,5%, mas inferior a 1,0%, considerado para o caso de balanças portáteis ou móveis. 5

6 Tabela 3 Pesagem na rodovia Imigrantes, São Paulo, fevereiro Veículos Carregamento por eixo peso bruto total Media dos erros peso bruto total Desvio padrão peso bruto total 3 eixos Padrão -1,22% -0,76% -0,11% 0,34% 3 eixos Glicol - 1,95% - 1,6% -0,17% 0,47% 3 eixos Glicol - 2,76% -1,15% -0,52% 0,4% 5 eixos isotanque Polisobutileno 4,64% 3,01% 0,55% 0,73% 5eixos Álcool -1,72% -0,9% -0,33% 0,4% 6 eixos 3S3 GLP 2,14% 1,78% 0,63% 0,6% 6 eixos 3S3 Catalizador -2,24% 1,27% 0,18% 0,35% 6 eixos 3S3 acrilato 2,89% 1,9% 0,61% 0,57% 6 eixos 3S3 gasolina -2,08% -1,36% -0,18% 0,5% 6 eixos 3S3 GLP 3,52% 1,68% 0,23% 0,46% 6 eixos 3I3 hipoclorito 2,85% 0,36% 0,08% 0,17% 6 eixos 3I3 amônia 3,27% 0,79% 0,58% 0,2% 6 eixos 3I3 soda 4,84% -1,46% 0,23% 0,38% 7 eixos alcool -3,23% -1,29% -0,44% 0,55% 6 eixos Açúcar -2,19% -1,02% -0,51% 0,27% 9 eixos Soja -2,92% 1,00% 0,26% 0,37% Em novas medições em campo foi possível comparar uma instalação de balança fixa e uma de balança móvel na mesma sequência, em Queluz, SP. Em abril de 2010 foram utilizados veículos tanque considerados mais críticos na fase de ensaios de fevereiro, em comparação com veículos de carga sólida normalmente utilizados na calibração e verificação metrológica dos instrumentos de pesagem, onde pode-se identificar que, conforme a Tabela 4, na maioria dos casos os veículos tanque apresentaram erros maiores. Veiculo Tabela 4 Pesagem na rodovia Presidente Dutra balanças fixa e móvel Queluz, Abril Carga Balança fixa Balança móvel/portátil Eixo Peso Bruto Total Eixo Peso Bruto Total médio Desvio padrão médio Desvio padrão 3 eixos padrão 1,7 % 1,57 % 1,09 % 0,26 % 2,53 % 1,57 % 0,63 % 0,47 % 3 eixos brita -2,57 % -2,06 % -1,1 % 0,48 % eixos brita -1,98% -3,24 % -1,4 % 0,29 % eixos 3S3 6 eixos 3I3 gasolina 5,65 % -4,21 % -2,74 % 0,57 % 5,32 % 3,76 % 1,96 % 1,07 % propeno 8,03 % 1,41 % 0,86 % 0,26 % 7,19 % 3,55 % 2,11 % 0,78 % 7 eixos gasolina - 4,52 % -2,86 % -2,02 % 0,61 % 6,39 % 3,61 % 0,94 % 1,26 % 7 eixos alcool - 4,6 % -2,86 % -2,1 % 0,41 % 4,28 % 3,46 % 0,82 % 1,27 % 6

7 Veiculo Tabela 5 Pesagem na rodovia Presidente Dutra balanças fixa e móvel Queluz, Agosto Carga Balança fixa Balança móvel/portátil Eixo Peso Bruto Total Eixo Peso Bruto Total médio Desvio padrão médio Desvio padrão 3 eixos Sólida -2,13% -1,65% 0,03% 0,63% -1,98% -0,91% -0,18% 0,27% 5 eixos Sólida -2,48% 0,92% -0,18% 0,37% 3,55% -1,16% -0,22% +0,35% 5 eixos longo Sólida -2,69% -1,46% -0,45% +0,41% 6,59% 5,10% -4,08% 0,55% 6 eixos Butadieno 1,88 % 2,41% 0,09% 0,41% 1,72% 0,78% 0,09% 0,41% 6 eixos Estileno -3,49 % -0,57% -0,11% 0,19% - 2,33% 1,51% 0,29% 0,56% 6 eixos 3I3 Biodisel -4,73 % -1,62% -0,79% 0,28% - 4,05% -1,58% 1% 0,38% 7 eixos Alcool -4,44 % -3,06% -1,8% 0,59% 7,79% 4,72% 1,4% 1,06% Em continuidade, foram registradas novas medições considerando as mesmas instalações. Entretanto foi incluido um veículo tipo sider com carregamento de óleo lubrificante em embalagens individuais, além dos veículos com carregamento de líquido a granel e sólidos, de acordo com a fase anterior. Pode-se comparar um veículo de carga sólida de comprimento similar aos veículos de carga liquida, conforme apresentado na tabela 5. Verifica-se que os maiores erros estão relacionados aos veículos tanque e do tipo mais longos, de seis e sete eixos. 4 Conclusão Pela variação da exatidão nas aplicações da pesagem de veículos em movimento em diferentes instalações e fabricantes com carga líquida e carga secas, destacando-se os veículos longos, justificase a utiização de veículos tanque nos processos de avaliação de modelos, e nos casos de verificações periódicas dos instrumentos de pesagem de veículos em movimento. Considerando o âmbito de atuação da metrologia no Brasil, a modificação do processo de avaliação proporcionará maior eficiência no uso dos instrumentos de pesagem, e, por consequência, na fiscalização de peso de veículos a nível nacional. A mudança no critério de avaliação dos instrumentos de pesagem, considerando os resultados de erros s durante a medição, faz com que a avaliação seja mais clara do limite de tolerância a ser considerado para estes instrumentos. Considera-se a tolerância de 5% para o peso bruto total e de 7,5% para a carga por eixo na pesagem em movimento, enquanto para a fiscalização por nota fiscal não há tolerância. Os resultados obtidos nas avaliações são interpretados de forma direta, sem a utilização de desvio padrão da média ou outros artificios estatisticos. Nos casos de pesagem em movimento de veículos com dois eixos no cavalo, e apenas um tracionado, verifica-se a tendência a sobrecarregar o primeiro eixo do conjunto, causando em algums casos erros maiores nas medições do peso em movimento. Destaca-se a necessidade de distribuição adequada da carga destes veículos. Nos casos onde o erro mais elevado é negativo, indica-se a necessidade do direcionamento adequado do veículo para que passe completamente sobre os sensores, não possibilitando a passagem de parte do veículo fora da balança, sendo que a mesma deve ter largura edequada para os tipos de veículos de uso. Através desta pesquisa pode-se propor os tipos de veículos mais indicados para o procedimento de avaliação nacional dos instrumetos de pesagens. Nos casos de avaliação dos modelos de instrumentos 7

8 de pesagens os veículos indicados foram os mais longos de seis ou sete eixos e um veículo de dois eixos. Nos casos de verificações periódicas um veículo tanque entre os dois tipos relacionados ou um de dois eixos, considerando a possivel dificuldade de disponibilidade dos veículos maiores. Mas no caso do uso do veículo de dois eixos o critério de valiação passa a ser mais rigoroso considerando a metade do erro admissível. Estes elementos metrológicos foram sugeridos à legislação nacional como contribuição à politica pública de regulamentação metrológica dos intrumentos de pesagem de veículos em movimento utilizados no controle de peso nas rodovias, conforme Portaria Inmetro n.º 490 de 13 de dezembro de Agradecimentos: ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres pelo apoio a pesquisa. CCR Nova Dutra pelo apoio operacional na rodovia Presidente Dutra. Ecovias Disponibilidade de instalações na rodovia Imigrantes. DER-SP, ARTESP e ABCR apoio institucional a pesquisa. Aos tecnicos da Dimas Inmetro pelo apoio na medição em campo. ABTLP apoio nos veículos utilizados na pesquisa. Referências Bibliográficas Código de Trânsito Brasileiro acesso em 14 de fevereiro de Resolução CONTRAN n.º 258 de acesso em 14 de fevereiro de Resolução CONTRAN n.º 365/ acesso em 14 de fevereiro de Orientação Internacional de Metrologia Legal - OIML R Vocabulário Internacional de Metrologia legal, Portaria Inmetro n.º 163 de setembro de Portaria Inmetro n.º 490 de 13 de dezembro de 2010 consulta pública do Regulamento Técnico Metrológico de Instrumentos de pesagem de veículos em movimento. Luciano Bruno Faruolo, M.T. e Paulo José Brochado Martha, Medição dinâmica da massa de veículos rodoviários em transporte de cargas líquidas para aplicação de trânsito I CIMMEC (Congresso Internacional de Metrologia Mecânica), Rio de Janeiro, Setembro, Luciano Bruno Faruolo, Análise de confiabilidade da pesagem dinâmica de veículos rodoviários, dissertação de mestrado em tecnologia, CEFET-RJ, Rio de Janeiro,