Uso da tecnologia GPS para estimativa das emissões dos gases causadores do efeito estufa (GEE)
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- Márcia Clementino Molinari
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1 Centro de Inovação em Sistemas Logísticos Uso da tecnologia GPS para estimativa das emissões dos gases causadores do efeito estufa (GEE) Flávio G. Vaz de Almeida Fo. Hugo Tsugunobu Yoshida Yoshizaki Cláudio Barbieri da Cunha Anderson Oliveira de Ornelas Paschoal
2 Agenda 1. Introdução 2. Operação 3. Materiais e Métodos 4. Resultados 5. Próximas Etapas 6. Referências Bibliográficas
3 Introdução Estimativa da emissão dos gases causadores do efeito estufa (GEE) Existência de diversos modelos para estimativa de emissão de GEE Falta de dados primários sobre consumo / emissão de gases Ajuste dos modelos aos dados primários GPS pode fornecer dados sobre o deslocamento do veículo. 3
4 Operação Mercedes Benz - Axor
5 Operação Operação 5
6 Operação Operação Hodômetro Distância Litros km/l ,7 2, , , , , ,
7 Operação - Itinerário 7
8 Operação - Itinerário Itu São Paulo 8
9 Materiais e Métodos Informações do GPS: 1 receptor VBOX PRO - Racelogic (UK) Taxa de amostragem de 10 Hz. Especificações técnicas: Precisão estimada de 0,2 km/h na velocidade Leituras para velocidade mínima de 0,1 km/h e máxima de 1600 km/h com resolução de 0,01 km/h. Acurácia na distância é de 0,05% (<50 cm por km) com resolução de 1 cm. Acurácia planimétrica de 5 m (2D) para 95% do circulo de erro provável (CEP) e altimétrica de 10 m (3D) para 95% (CEP). 9
10 Materiais e Métodos GPS código CA 10Hz GPS geodésico 2Hz GPS navegação 1Hz 10
11 Materiais e Métodos 11
12 Materiais e Métodos 12
13 Materiais e Métodos 13
14 Altitude (m) Altitude (m) -40 Resíduo (m) Resíduo (m) Materiais e Métodos Ida Distância Percorrida (km) Altitude GPS Altitude Google Resíduo Volta Distância Percorrida (km) Altitude GPS Altitude Google Resíduo R n i 1 i 1 x x y y 2 n x x y y i n i i i 1 i y = 1,093x - 61,981 R² = 0, y = 1,0617x - 44, R² = 0, Ida Volta Linear (Ida) Linear (Volta) 14
15 Materiais e Métodos Modelo de emissão utilizado: Comprehensive Modal Emission Model (CMEM) Desenvolvido pela Universidade da Califórnia, Riverside, em conjunto com o State of California Business, Transportation, and Housing Agency, Department of Transportation e o United States Department of Transportation, Federal Highway Administration. Patrocinado pelo National Cooperative Research Project 15
16 Materiais e Métodos Modelo CMEM: Baseia-se na potência demandada no motor de um veículo e, a partir disso, ele estima o consumo de combustível. Com isso, o modelo pode fornecer parâmetros para estimar as emissões de CO, HC, NO x e CO 2 segundo a segundo Composto por seis módulos: (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Taxa de consumo (4) Unidade de controle do motor (5) Emissão do motor (6) Escape pós-tratamento. 16
17 Materiais e Métodos Modelo CMEM (A) Variáveis Operacionais (1) Potência Demandada (2) Rotação do Motor (3) Taxa de consumo (5) Emissão do Motor (6) Escape póstratamento Emissão no escapamento (B) Parâmetros do Modelo (4) Unidade de controle do motor Tempo de operação 17
18 Materiais e Métodos Modelo CMEM (A) Variáveis Operacionais (1) Potência Demandada (2) Rotação do Motor (3) Taxa de consumo (5) Emissão do Motor (6) Escape póstratamento Emissão no escapamento (B) Parâmetros do Modelo (4) Unidade de controle do motor Tempo de operação 18
19 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 19
20 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 20
21 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 21
22 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 22
23 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 23
24 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada Força (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 24
25 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada Inclinação (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 25
26 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada Resistência aerodinâmica (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 26
27 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada Resistência ao rolamento (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 27
28 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 28
29 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor Rotação no período t (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 29
30 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor Fator de desmultiplicação do câmbio (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 30
31 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor Relação de multiplicação na marcha atual (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 31
32 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor Relação do câmbio em última marcha (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 32
33 Materiais e Métodos Modelo CMEM (1) Potência demandada (2) Rotação do motor Velocidade no período t (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 33
34 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 34
35 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 35
36 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível 36
37 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível Rotação em marcha lenta 37
38 Modelo CMEM Materiais e Métodos (1) Potência demandada (2) Rotação do motor (3) Módulo da taxa de consumo de combustível Parâmetros... 38
39 Materiais e Métodos Parâmetro Significado Unidade Valor adotado Referência C R Coeficiente de resistência ao rolamento - 0,01 (Demir, E. et al., 2011) k Fator de fricção do motor - 0,2 (Demir, E. et al., 2011) η Eficiência do motor - 0,45 (Barth et al., 2005) C d Coeficiente de arrasto - 0,7 (Demir, E. et al., 2011) ε Eficiência da transmissão - 0,4 (Demir, E. et al., 2011) P acc Perdas de potência kw 0 Ar cond. desligado FR Taxa de Consumo do combustível g/s Calculado (Barth et al., 2005) P Potência do motor kw Calculado (Barth et al., 2005) N 0 Rotação em marcha lenta rps Calculado (Barth et al., 2005) N Rotação rps Calculado (Barth et al., 2005) P tração Potência de tração kw Calculado (Barth et al., 2005) v Velocidade do veículo m/s Calculado GPS a Aceleração do caminhão m/s² Calculado GPS θ Inclinação º Calculado GPS V M Capacidade cúbica do motor Massa total do caminhão (tara+carga) litros 7,201 (Benz, M., 2012) kg (ida) (volta) Cia. de Alimentos A Área Frontal m² 6,1 Estimado g Gravidade m/s² 9,8 - ρ Densidade do ar kg/m³ 1,225-39
40 Materiais e Métodos HEAVY DUTY TRUCK Parâmetro Significado Unidade Valor adotado Referência C R Coeficiente de resistência ao rolamento - 0,01 (Demir, E. et al., 2011) k Fator de fricção do motor - 0,2 (Demir, E. et al., 2011) η Eficiência do motor - 0,45 (Barth et al., 2005) C d Coeficiente de arrasto - 0,7 (Demir, E. et al., 2011) ε Eficiência da transmissão - 0,4 (Demir, E. et al., 2011) P acc Perdas de potência kw 0 Ar cond. desligado FR Taxa de Consumo do combustível g/s Calculado (Barth et al., 2005) P Potência do motor kw Calculado (Barth et al., 2005) N 0 Rotação em marcha lenta rps Calculado (Barth et al., 2005) N Rotação rps Calculado (Barth et al., 2005) P tração Potência de tração kw Calculado (Barth et al., 2005) v Velocidade do veículo m/s Calculado GPS a Aceleração do caminhão m/s² Calculado GPS θ Inclinação º Calculado GPS V M Capacidade cúbica do motor Massa total do caminhão (tara+carga) litros 7,201 (Benz, M., 2012) kg (ida) (volta) Cia. de Alimentos A Área Frontal m² 6,1 Estimado g Gravidade m/s² 9,8 - ρ Densidade do ar kg/m³ 1,225-40
41 Estimativa do consumo 41
42 Estimativa do consumo 42
43 Estimativa do consumo 43
44 Resultados No trajeto de ida, a distância percorrida foi de 87,276 km e o consumo de diesel foi de 33,44 l, resultando em um rendimento médio de 2,61 km/l Para a volta, o consumo médio foi de 3,67 km/l para a distância de 91,499 km e o consumo de 24,91 l A diferença de consumo médio entre a ida e a volta apresenta valores coerentes com o fato do veículo ter transportado aproximadamente 6 toneladas de carga na ida e retornado vazio Se considerarmos o percurso total percorridos, teremos 178,775 km de deslocamento e um consumo total de 58,35 litros, com um consumo médio de 3,064 km/l. O consumo médio real medido a partir dos abastecimentos realizados no mês anterior fornecido pela transportadora foi de 3,01 km/litro. Ou seja, houve uma diferença de 1,79% entre os valores de consumo medido e os estimado pelo CMEM. 44
45 Próximas Etapas Expandir o trabalho para outros tipos de veículos Equipamentos portáteis Ajuste dos parâmetros Estudo de viabilidade no uso em motocicletas Depósito de Patente ( ) Rastreador de alta freq. com transmissão 3G Análise do comportamento em frota de veículos (motocicletas)
46 Próximas Etapas Ajuste dos parâmetros Especificidades da motocicleta Veículo leve» Peso: 100kg a 400kg (4x)» Carga: 45kg a 280kg (~6x) Variações rápidas de velocidade Aceleração / Desaceleração Sugestão de categorização do modelo CMEM Motos pequenas / médias / grandes
47 Referências Bibliográficas Barth, M.; Boriboonsomsin, K. (2009) Energy and emissions impacts of a freewaybased dynamic eco-driving system. Elsevier, Transportation Research Part D n. 14, Barth, M.; Younglove, T.; Scora, G. (2005) Development of a Heavy-Duty Diesel Modal Emissions and Fuel Consumption Model. Berkeley: University of California, California PATH Research Report, UCB-ITS-PRR Benz, M., (2012) visitado em 27/06/2012. Demir, E., T. Bektaş, G. Laporte, (2011) A comparative analysis of several vehicle emission models for road freight transportation, Transportation Research Part D: Transport and Environment, v. 16, n. 5, p , ISSN , RACELOGIC (2012) - Pro_DATA.pdf - Acessado em 25/06/2012
48 OBRIGADO! Prof. Dr. Flavio Vaz Anderson Paschoal
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