ANÁLISE DAS EMISSÕES DE GASES EM VEÍCULOS AUTOMOTORES DO CICLO OTTO

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1 1 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL ANÁLISE DAS EMISSÕES DE GASES EM VEÍCULOS AUTOMOTORES DO CICLO OTTO Marcelo Pozzagnolo Lajeado, junho de 2013

2 2 Marcelo Pozzagnolo ANÁLISE DAS EMISSÕES DE GASES EM VEÍCULOS AUTOMOTORES DO CICLO OTTO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas do Centro Universitário UNIVATES, como parte dos requisitos para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Ambiental. Orientador: Prof. Dr. Eduardo Rodrigo Ramos de Santana Lajeado, junho de 2012

3 3 AGRADECIMENTOS Agradeço, especialmente, a Deus por toda força, saúde e iluminação. A minha mãe, Adeni Pozzagnolo, por toda dedicação, amor, confiança e ensinamentos de vida. A minha namorada, Cassiana Perin, por toda compreensão, amor e carinho nesta caminhada. A todos os professores, em especial ao meu orientador Eduardo, pelo empenho, incentivo e tempo disposto no auxilio deste trabalho. Ao pessoal da Empresa INSPESUL LTDA de Lajeado e a Engenheira Camila Fedrigo, pela ajuda e colaboração para realização das análises e auxiliar o desenvolvimento deste trabalho. A todos os colegas que de uma forma ou outra, contribuíram com críticas e sugestões para o enriquecimento deste projeto. Muito Obrigado!

4 4 RESUMO A utilização de energia é fundamental para praticamente todas as atividades do homem, desde econômicas, de lazer, cotidiano e até de sobrevivência. Desde a Revolução Industrial até os dias atuais os combustíveis fósseis são a principal fonte de energia utilizada pelo homem. Entretanto, sua utilização tem sido um dos principais agravantes de degradação ambiental bem como do aquecimento global. Por estas razões, as restrições sobre as emissões veiculares, que impactam os grandes centros urbanos, têm sido restringidas ao longo do tempo. Atualmente os padrões de emissões no tubo de escapamento são determinadas pela Resolução 418de 25 de novembro de 2009 do CONAMA, e pela Instrução Normativa nº 6, de 8 de junho de 2010 do IBAMA.O presente estudo foi desenvolvido na empresa Inspesul LTDA, Instituição Técnica Licenciada pelo DENATRAN, localizada em Lajeado (RS). Utilizou-se um analisador de gases para determinar as emissões de hidrocarbonetos e monóxido de carbono em veículos de ciclo Otto. Entre as 541 análises, 193 obtiveram índices de emissões que ultrapassaram os limites estabelecidos. Os resultados de reprovação podem ser associados ao desgaste natural e à falta de manutenção dos veículos. Palavras-chave: Emissão de gases. Tubo de escapamento. Ciclo Otto poluição atmosférica.

5 5 ABSTRACT The use of energy is fundamental to virtually all human activities, from economic, recreational, and even everyday survival actions. Since the Industrial Revolution to the present day fossil fuels are the main source of energy used by man, Howeverits use has been a major aggravating factor of environmental degradation and global warming. For these reasons, restrictions on vehicle emissions, impacting major urban centers, have been restricted over time. Currently standards on tailpipe emissions are determined by Resolution 418of November 25 (2009) of the Environmental National Council (CONAMA) as wellby Normative Instruction Number 6 (June 8, 2010) of IBAMA. This study was carried outin the company Inspesul Ltda, Technical Institution Licensed by DENATRAN, located on Lajeado city (RS). A gas analyzer was used to determine hydrocarbons and carbon monoxide emissions in light duty vehicles (Otto cycle). Among the 541 analysis, 193 had levels of emissions exceeding the legal limits. The results of failure can be attributed to natural wastage and poor maintenance of vehicles. Keywords: Gases. Tailpipe.Otto cycle air pollution.

6 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Camadas da Atmosfera Figura 2 - Emissões de CO 2 de Combustíveis Fósseis Figura 3 Consumo de energia nos transportes em Figura 4 - Software (IGOR 2.1) Figura 5 - Analisador de gases (TM132) Figura 6 - Tacômetro universal (TM525/2) Figura 7 - Controlador Serial (TM616) Figura 8 - Ilustração gráfica da seqüência de medições de gases Figura 9 - Posição do veículo para análise de gases Figura 10 - Posição da sonda de escapamento Figura 11 - Posição do Tacômetro Figura 12 - Índice de aprovação e reprovação (veículos até 1979) Figura 13 - Índice de aprovação e reprovação (veículos até ) Figura 14 - Índice de aprovação e reprovação (veículos ) Figura 15 - Índice de aprovação e reprovação (veículos ) Figura 16 - Índice de aprovação e reprovação (veículos ) Figura 17 - Índice de aprovação e reprovação (veículos ) Figura 18 - Índice de aprovação e reprovação (veículos ) Figura 19 - Índice de aprovação e reprovação (veículos a partir de 2006 em diante) Figura 20 - Resultado das análises Figura 21 - Comparativo de análises por ano de fabricação... 59

7 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Limites de CO corrigido Tabela 2 - Limites de HC corrigido Tabela 3 Desvio Padrão... 60

8 8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CETESB: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CFC: Cloro-flúor-carbono CH 4 : Metano CO: Monóxido de Carbono CO c: CO 2 : CONAMA: Monóxido de Carbono Corrigido Dióxido de Carbono Conselho Nacional do Meio Ambiente DENATRAN: Departamento Nacional de Trânsito GMV: Gás Metano veicular GNV: Gás Natural veicular HC: Hidrocarbonetos HC c : Hidrocarbonetos Corrigido IAD: Índice de Octanagem IBAMA: Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis IEMA: Instituto de Energia e Meio Ambiente INEA: Instituto Nacional do Meio Ambiente do Rio de Janeiro MP: Material Particulado MP10: Partículas inaláveis N 2 : Nitrogênio NO: Monóxido de Nitrogênio NO 2 Dióxido de Nitrogênio NO x : Óxidos de Nitrogênio O 2 : Oxigênio O 3 : Ozônio

9 9 PROCONVE: Programa Nacional de Controle da Poluição por Veículos Automotores PRODESP: Companhia de Processamento de Dados do Estado de São Paulo RPM: Rotações por minuto SO 2 : Dióxido de Enxofre SO 3 : Trióxido de Enxofre SO x : Óxidos de Enxofre

10 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO DE LITERATURA Regiões da Atmosfera Poluição Atmosférica Classificação dos Poluentes Principais Poluentes Atmosféricos e Efeitos a Saúde O Mecanismo de Efeito Estufa Fatores que Influenciam a Poluição Atmosférica Emissões de Gases por Veículo Automotor Ciclo Otto Gasolina Álcool Etílico ou Etanol Gás Natural Veicular (GNV) Histórico e Experiência Internacional Padrão Nacional de Qualidade do Ar A legislação e limites de poluição veicular no Brasil Fontes Alternativas de Combustíveis no Brasil Avanço tecnológico dos motores de ciclo Otto MATERIAIS E MÉTODOS Local de Estudo Veículos Utilizados Equipamentos Utilizados Programa Computacional de Inspeção Veicular (IGOR 2.1) Analisador de gases (TM132) Tacômetro universal (TM525/2) Controlador Serial (TM616) Metodologia inicial para a realização dos ensaios de emissões Metodologia para a execução das emissões de gases RESULTADOS E DISCUSSÕES Resultados Preliminares Resultados Finais... 57

11 11 5 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS APÊNDICE A APÊNDICE B APÊNDICE C APÊNDICE D APÊNDICE E APÊNDICE F APÊNDICE G APÊNDICE H... 89

12 12 1 INTRODUÇÃO A utilização de energia é fundamental para praticamente todas as atividades cotidianas do homem, desde econômicas, de lazer e até de sobrevivência. Desde a Revolução Industrial até os dias atuais os combustíveis fósseis são a principal fonte de energia utilizada pelo homem, entretanto sua utilização tem sido um dos principais fatores de degradação ambiental. A utilização de combustíveis fósseis, os problemas ambientais relacionados às emissões de poluentes, as mudanças climáticas e as políticas ambientais são questões discutidas em âmbito mundial. Conforme Lustosa et al. (2003) as políticas ambientais são conjuntos de metas e instrumentos que tem por objetivo reduzir os impactos negativos causados pela ação humana sobre o meio ambiente e são necessárias para conduzir a posturas e procedimentos mais sustentáveis, reduzindo a quantidade de poluentes lançados no ambiente e minimizando os impactos aos recursos naturais. No decorrer dos anos várias medidas foram tomadas como, por exemplo, o protocolo de Estocolmo em 1972, que foi o marco inicial para a preocupação da atividade humana e a degradação da natureza no planeta, com o passar dos anos ocorreram outras conferências mundiais voltadas para o meio ambiente. Em 1992, a ECO-92 ou Rio-92, fez um balanço dos problemas existentes visando comprometimento maior dos países para a preservação do planeta. Nesse mesmo período foi assinada a Agenda 21, que conta com plano de ações com metas para a melhoria das condições ambientais do planeta e em 1997 foi elaborado o Protocolo de Kyoto com objetivo na redução de emissões de gases de efeito estufa para os países desenvolvidos e em desenvolvimento. Para Godoy e Pamplona (2007) o Protocolo de Kyoto foi proposto para dar maior sustentação, proporcionando garantia organizacional e estrutural à Convenção.

13 13 Um dos grandes problemas sofridos por emissões de gases ocorre nos centros urbanos. Conforme Costa Pinto (2005), no Brasil mais de 80% da população se concentra nos centros urbanos, e, da mesma forma, é onde se concentra grande parte da frota Brasileira, principal fonte de emissões de emissões atmosféricas. Carvalho (2011) destaca que o transporte de pessoas e de mercadorias sempre esteve ligado a alguma forma de poluição seja atmosférica, sonora ou pela intrusão visual 1 nos centros urbanos. Na época em que se utilizava o transporte de tração animal, os poucos centros urbanos que existiam sofriam com os dejetos dos animais, os quais causavam mau cheiro e sujeira. Atualmente, na era do transporte motorizado a frota veicular utiliza, em escala global, os combustíveis fósseis e uma fração pequena de etanol como fonte de energia. O consumo de combustíveis é agravado pelo crescimento populacional contínuo nas áreas urbanas, causando um acúmulo maior de emissões em determinados pontos desses centros. A população associa a poluição dos grandes centros urbanos à circulação de veículos usados, pois, em geral, estes emitem mais fumaça preta, poluente mais visível no ambiente, em relação aos veículos novos. Habermann e Gouveia (2012) comentam que o tráfego veicular é o maior contribuinte de poluição atmosférica nas grandes capitais brasileiras e essas fontes estão localizadas nas vias com grande movimento de veículos. Estudos recentes demonstram que as pessoas mais afetadas são crianças, idosos e indivíduos com problemas cardiorrespiratórios. Anualmente cerca de 5% dos óbitos por causas respiratórias entre crianças ( 5 anos) e idosos ( 65 anos) podem ser atribuídos à poluição por partículas inaláveis (MP10) em sete capitais brasileiras: Belo Horizonte (MG), Curitiba (PR), Fortaleza (CE), Porto Alegre (RS), Rio de Janeiro (RJ), São Paulo (SP) e Vitória (ES) (HABERMANN; GOUVEIA, 2012). Conforme dados do DENATRAN (Departamento Nacional de Trânsito), no ano de 1998 o Rio Grande do Sul possuía veículos licenciados, sendo que eram veículos leves. Em agosto de 2012, o estado gaúcho contava com uma frota licenciada de veículos, no qual eram automóveis. A cidade de Lajeado, no interior do estado do Rio Grande do Sul, neste mesmo período contava com veículos automotores, sendo que eram veículos leves. 1 Poluição atmosférica está associada aos gases e particulados emitidos na atmosfera pelos escapamentos dos veículos neste caso; a poluição sonora refere-se aos ruídos gerados pelos veículos; e a intrusão visual refere-se à degradação da paisagem urbana (CARVALHO, 2011).

14 14 Atualmente os padrões de emissões no tubo de escapamento dos veículos automotores são determinadas pela Resolução 418/2009 de 25 de novembro de 2009 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) e pela Instrução Normativa nº 6, de 8 de junho de 2010 do IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis). Esta Instrução Normativa define o procedimento de inspeção veicular e critérios para elaboração de planos de controle de poluição veicular, bem como determina limites de emissões e procedimentos para a avaliação do estado de manutenção do veículo. O presente trabalho compreende, além desta introdução, a seguinte estrutura: objetivos, revisão de literatura (capítulo 3), materiais e métodos (capítulo 4), resultados e discussões (capítulo 5) e conclusão (capítulo 6), com enfoque nos poluentes atmosféricos e impactos associados à saúde e ao meio ambiente, metodologia com intuito de explicar como foi conduzida a realização dos testes de emissões no tubo de escapamento dos veículos e, finalmente, os resultados e conclusão. 1.1 Objetivo Principal Estudar o nível de emissões de gases no tubo de escapamento em veículos automotores que utilizam combustível líquido e gasoso (gasolina, etanol e GNV - Gás Natural Veicular) e verificar se os veículos amostrados na cidade de Lajeado/RS estão em conformidade com os limites de emissões estabelecidos na Resolução 418/2009 do CONAMA. 1.2 Objetivos Específicos Realizar medições de emissões de poluentes em veículos no tubo de escapamento equipados com motores do ciclo Otto 2 ; Verificar se os veículos selecionados estão em conformidade com os requisitos estabelecidos a Resolução 418/2009 do CONAMA; Analisar os resultados obtidos 2 Ciclo Otto é um ciclo termodinâmico onde um determinado gás executa repetidas transformações termodinâmicas, resultando em trabalho, com aplicações em: motores, turbinas, aquecimento ou refrigeração (LUIZ, 2007).

15 15 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Regiões da Atmosfera Segundo Boligian (2004), a atmosfera terrestre é uma mistura de gases, inodora e incolor, sendo dividida pela exosfera, termosfera, mesosfera, estratosfera e troposfera. A atmosfera é formada por uma camada de gases com espessura entre 750 e 1000 km que envolve a superfície terrestre, sendo mantida ao redor do planeta terra pela força da gravidade exercida pela Terra. Os gases que compõem a atmosfera são o nitrogênio (78%), o oxigênio (21%) e outros gases, tais como o argônio, hélio, neônio, ozônio e dióxido de carbono e de vapor de água (1%), sendo que a concentração dos gases atmosféricos, no entanto, varia de acordo com a altitude, assim originando as diferentes camadas da atmosfera ilustradas na Figura 1.

16 16 Figura 1 Camadas da Atmosfera Fonte: Ambiente e Ecologia...(2012, texto digital). Conforme ilustradas na Figura 1, as camadas da atmosfera são as seguintes: Exosfera: É a última das camadas atmosféricas e se estende da termosfera até o espaço exterior. É a camada aonde se posicionam os satélites artificiais iciais no entorno da terra. Termosfera: Vai da mesosfera até cerca de 500 quilômetros de altitude. É uma camada importante para as comunicações, pois contém grande quantidade de gases ionizados que refletem determinados tipos de ondas de rádio. Mesosfera: Se estende da estratosfera até aproximadamente 80 quilômetros. É a camada com as temperaturas mais baixas. Estratosfera: Da troposfera até cerca de 50 quilômetros de altitude, nela se encontra a camada de gás ozônio (O 3 ), de aproximadamente 22 quilômetros de altitude. Nessa camada os raios ultravioletas emitidos pelo Sol são filtrados. Troposfera: É a camada mais baixa da atmosfera que se estende até cerca de 15 quilômetros de altitude, nela que ocorre a maioria dos fenômenos meteorológicos, tais como as tempestades, os ventos, as chuvas, as precipitações de neve ou granizo e formação de geadas. Muitos desses fenômenos influenciam diretamente no cotidiano das pessoas e atividades econômicas (BOLIGIAN, 2004).

17 17 Segundo alguns pesquisadores (BOLIGIAN, 2004; BRYSON, 2008; FLANNERY, 2008), a troposfera é parte mais importante das camadas terrestres, pois contém calor e oxigênio necessários para a nossa sobrevivência. A um terço dela se encontra a camada mais baixa que contém a metade de todos os gases na atmosfera, sendo a única parte respirável de toda a atmosfera. 2.2 Poluição Atmosférica Para Vesentini (2003) a palavra poluição ou contaminação, tem como significado sempre negativo de impacto ambiental implicando em qualquer degradação ou deterioração das condições ambientais do hábitat. Já poluentes são agentes que provocam a poluição tais como um ruído excessivo, um gás nocivo na atmosfera, detritos ou agentes químicos que contaminam recursos hídricos ou solos que afetam a qualidade de vida em decorrência de mudanças ambientais. O problema da poluição diz respeito à qualidade de vida das aglomerações humanas. A degradação do meio ambiente humano provoca uma deterioração dessa qualidade, pois as condições ambientais são imprescindíveis para a vida, tanto no sentido biológico quanto no social (VESENTINI, 2003). Segundo a Resolução 003/90 do CONAMA, se entende por poluente atmosférico qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos por esta norma, e que tornem ou possam tornar o ar: Impróprio nocivo ou ofensivo à saúde; Inconveniente ao bem-estar público; Danoso aos materiais, à fauna e flora; Prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade. De acordo com Viterbo Júnior (1998), no conceito europeu a poluição do ar é quando há presença de substâncias estranhas ou variação importante dos seus constituintes, com

18 18 possibilidade de provocar efeitos prejudiciais ou doenças, tendo em conta os conhecimentos científicos do momento. A dispersão de um poluente na atmosfera depende das condições meteorológicas e depois dos parâmetros e condições que produzem essa emissão na fonte, ou seja, velocidade, concentração, vazão e temperatura dos gases. Os poluentes que se encontram em dispersão na atmosfera podem ser de origem natural, de fontes fixas ou estacionárias (processos industriais) ou móveis (veículos motorizados). Segue uma breve descrição sobre esses: Origem natural: Causados por agentes de ordem natural, como gases vulcânicos, poeiras e nevoeiro, não são muito lembrados quando se fala em poluição do ar. Processos Industriais: São os principais focos poluidores, seja material particulado, gases ou vapores lançados pelas chaminés de fabricas. Veículos motorizados: Principais causadores de poluição do ar nas grandes metrópoles responsáveis pelo lançamento na atmosfera de material particulado, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e aldeídos, entre outros poluentes. Além dos poluentes clássicos, preocupam as emissões de CO 2, principal gás de efeito estufa. Em 1996 foram lançados na atmosfera terrestre quase 24 bilhões de toneladas desse gás, sendo que nos Estados unidos produziram mais de 22% total desse gás (VITERBO JÚNIOR, 1998). Para Mendes e Tamdjian (2005), a queima de combustíveis fósseis como carvão mineral e dos derivados de petróleo, em grande parte proveniente dos veículos, como fontes importantes deste tipo de emissão. A frota de veículos tem crescido muito rapidamente, em 1950, havia 70 milhões de veículos automotores no mundo, esse número era nove vezes maior em 1994 totalizando 630 milhões de automóveis. Segundo pesquisa realizada pela Wards Autoem, em 2010, a frota no mundo ultrapassou a marca de um bilhão de unidades de veículos, esses números refletem ao número aproximado de carros, caminhões médios, pesados, motocicletas e ônibus registrados em todo o mundo, mas não incluiu veículos off-road. O termo Off- Road é um termo inglês significa fora da estrada, veículos destinados a esportes ou realizam trabalhos forçados (tratores, máquinas pesadas entre outros veículos da categoria).

19 Classificação dos Poluentes Conforme Vieira (2009), a massa de poluentes do ar é instável, química e fisicamente, e as reações que ocorrem são dependentes das concentrações dos poluentes no ar e das variáveis meteorológicas que determinam maior ou menor concentração de poluentes. A variedade das substâncias que podem ser encontradas na atmosfera é muito grande, o que torna difícil a tarefa de estabelecer uma classificação. Os poluentes podem ser classificados como poluentes primários e secundários (TORRES; ROCHA; RIBEIRO, 2008). Poluentes Primários: São considerados como poluentes primários aqueles emitidos diretamente das fontes emissoras e estão presentes na atmosfera na forma que são emitidos, como poeiras, compostos de enxofre (dióxido de enxofre, gás sulfídrico etc.), óxido de carbono (monóxido e dióxido de carbono), compostos de nitrogênio, compostos orgânicos, compostos halogenados e compostos radioativos. Poluentes Secundários: Aqueles formados na atmosfera através da reação química entre dois ou mais poluentes. Exemplo: O dióxido de enxofre (SO 2 ), proveniente das atividades industriais (combustão de óleos, operações de fusão, usinas de natureza tipicamente química) e dos veículos automotores, dá origem ao gás sulfúrico (H 2 S), pela ação do oxigênio natural do ar (catalisado pela energia solar) ou do ozônio (derivado do oxigênio natural por ocasião de descargas elétricas atmosféricas ou também a partir de poluentes primários como hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio). O SO 3 reage com o vapor d água existente no ar formando assim neblina de ácido sulfúrico (TORRES; ROCHA; RIBEIRO, 2008). 2.4 Principais Poluentes Atmosféricos e Efeitos a Saúde A poluição do ar prejudica diretamente a saúde do homem em duas maneiras distintas seja pela transmissão de doenças através de microorganismos que são levados pelo ar ou pelo agravamento do aparelho respiratório e circulatório. A difteria, resfriado, a tuberculose e gripe são doenças mais comuns causadas por microorganismos, já as doenças como câncer pulmonar, enfisema, bronquite, asma, enfarte do miocárdio e arteriosclerose são as mais comuns do aparelho circulatório e respiratório.

20 20 Historicamente ocorreram períodos de poluição muito fortes nos Estados Unidos (1918), na Bélgica (1930), na Inglaterra (1952, 1956, 1957 e 1962) quando se constatou uma taxa de mortalidade muito maior em relação a outros países com aparecimento de doenças do aparelho respiratório maior que o normal. Segundo Manzoli (2009) os efeitos da poluição do ar são classificados de seguinte maneira: Efeitos agudos: São quando os níveis de poluição ultrapassam os níveis regulares, são efeitos temporários, sendo que os efeitos em geral são reversíveis e geralmente ocorrem quando há condições climáticas adversas e causa irritação nos olhos, tosse e ate efeitos graves como mortalidade. Efeitos Crônicos: Esses efeitos são de caráter permanente, podendo causar a prejuízo à visibilidade, danos à vegetação e à saúde dos seres humanos, causando incômodos e desconforto. A maior parte das doenças respiratórias é devido à presença de material particulado e de alguns gases como dióxido de enxofre, monóxido de carbono e algumas substancias organocloradas. A seguir serão descritos os principais poluentes e seus danos à saúde: Dióxido de enxofre (SO 2 ): É introduzido na atmosfera por atividades naturais e humanas, é dos principais poluentes atmosféricos, oriundo da queima de combustíveis que contêm enxofre, como óleo diesel, óleo combustível industrial e gasolina, na atmosfera, este poluente pode ser oxidado, originando ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) (CETESB, 2012). Segundo o INEA (Instituto Nacional do Meio Ambiente do Rio de Janeiro) o dióxido de enxofre causa irritação nas vias respiratórias, o que provoca tosse e até falta de ar. Agravando os sintomas da asma e da bronquite crônica. Afeta ainda outros órgãos sensoriais. Monóxido de carbono (CO): É um gás incolor e inodoro que resulta da queima incompleta de combustíveis de origem orgânica, combustíveis fósseis, biomassa, etc. Em geral é encontrado em maiores concentrações nas cidades, emitido principalmente em áreas de intensa circulação de veículos (CETESB, 2012). Os efeitos da exposição ao monóxido de carbono estão associados à diminuição da capacidade de transporte de oxigênio pelo sangue. O monóxido de carbono apresenta afinidade pela hemoglobina 240 vezes maior que a do oxigênio o que faz com que uma pequena quantidade de CO possa saturar uma grande

21 21 quantidade de moléculas de hemoglobina, diminuindo a capacidade do sangue em transportar o oxigênio aos tecidos. Também pode se combinar com a mioglobina e a proteínas mitocondriais (CLEVA; LAUDANNA, 2007). Finalmente, a diminuição da disponibilidade de oxigênio pode causar a hipóxia. Monóxido de nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO 2 ): São formados durante processos de combustão. Em grandes cidades, os veículos geralmente são os principais responsáveis pela emissão dos óxidos de nitrogênio. O NO, sob a ação de luz solar se transforma em NO 2 e tem papel importante na formação de oxidantes fotoquímicos como o ozônio. Dependendo das concentrações, o NO 2 causa prejuízos à saúde, causando irritação nos olhos, nariz e garganta (CETESB, 2012; FORNARI, 2001). Conforme Cavalcanti (2010), devido à sua baixa solubilidade o NO 2 é capaz de penetrar profundamente no sistema respiratório, podendo dar origem as nitrosaminas, algumas das quais podem ser carcinogênicas. O dióxido de nitrogênio (NO 2 ) é, também, um poderoso irritante, podendo conduzir a sintomas que lembram àqueles do enfisema. Oxidantes fotoquímicos e Ozônio (O 3 ): Oxidantes fotoquímicos é a denominação que se dá à mistura de poluentes secundários formados pelas reações entre os óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis, na presença de luz solar, sendo estes últimos liberados na queima incompleta e evaporação de combustíveis e solventes O principal produto desta reação é o ozônio, por isso mesmo utilizado como parâmetro indicador da presença de oxidantes fotoquímicos na atmosfera. Tais poluentes formam a chamada névoa fotoquímica ou smog fotoquímico, possui este nome porque causa na atmosfera diminuição da visibilidade (CETESB, 2012). Segundo Marshall e Greganti (2010), ozônio é um poluente secundário com impacto significativo a saúde humana. O ozônio foi inicialmente identificado como um componente gasoso da poluição fotoquímica na ensolarada Los Angeles, Califórnia, durante a década de É importante distinguir o ozônio que ocorre na estratosfera (a cerca de 25 km de altitude) do mau ozônio encontrado na troposfera. Na estratosfera este composto atua como um filtro dos raios ultravioletas emitidos pelo Sol (CETESB, 2012), protegendo a vida na terra. Já o ozônio presente mais próximo da superfície da terra, ozônio troposférico, é prejudicial à saúde humana assim como à vegetação e a outros animais. O ozônio troposférico causa ozonização e peroxidação dos lipídeos no líquido do revestimento epitelial do pulmão (MARSHALL; GREGANTI, 2010).

22 22 Hidrocarbonetos (HC): São compostos formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio. O petróleo é constituído principalmente de HC e seus derivados como gás de cozinha, gasolina, querosene e óleo diesel os quais constituem a maioria dos combustíveis de uso humano diário (SILVEIRA, 2011). Os gases e vapores resultantes da queima incompleta e evaporação de combustíveis e de outros produtos orgânicos voláteis. Diversos hidrocarbonetos como o benzeno são cancerígenos e mutagênicos, não havendo uma concentração ambiente totalmente segura (CETESB, 2012). Material Particulado (MP): Essa classe de poluentes não constituem uma espécie química definida, e sim um conjunto de partículas no estado sólido ou líquido, que incluem pós, poeiras, fumaças e aerossóis emitidos para a atmosfera de diversas maneiras (TORRES; ROCHA; RIBEIRO, 2008). Conforme a CESTEB (2012), o tamanho das partículas é inversamente ao potencial de dano à saúde. Assim, quanto menores as partículas maiores são as chances de malefício à saúde. Outro impacto dos materiais particulados é a redução de visibilidade na atmosfera. Partículas Totais em Suspensão (PTS): São partículas com diâmetro aerodinâmico (partículas não esféricas) menor que 50µm. Uma parte destas partículas é inalável e pode causar problemas à saúde, outra parte pode afetar desfavoravelmente a qualidade de vida da população, interferindo nas condições estéticas do ambiente e prejudicando as atividades normais da comunidade (CETESB, 2012). Partículas Inaláveis (PI): Aquelas cujo diâmetro aerodinâmico é menor que 10µm, e podem ser classificadas como partículas inaláveis finas MP 2,5 (<2,5µm) e partículas inaláveis grossas (2,5 a 10µm). As partículas finas, devido ao seu tamanho diminuto, podem atingir os alvéolos pulmonares, já as grossas ficam retidas na parte superior do sistema respiratório (CETESB, 2012). É um material perigoso quando depositado em qualquer lugar do trato respiratório. (BREVIGLIERO; POSSEBON; SPINELLI, 2006) O Mecanismo de Efeito Estufa Baird (2002) destaca que historicamente se considerava que os produtos químicos emitidos para o ambiente seriam transformados em não prejudiciais pelo próprio sistema

23 23 natural, ou seja, os produtos químicos seriam diluídos pela própria natureza diminuindo qualquer risco de contaminação e risco para a vida. Nos anos 60 e 70 ficou claro que muitos produtos químicos sintéticos são persistentes, inalterados pela ação da luz água ar ou microorganismos. Como exemplos podemos citar são os pesticidas como o DDT, os gases de refrigeração clorofluorcarbonos (CFCs), o dióxido de carbono e as formas tóxicas do elemento mercúrio. O termo efeito estufa é de uso comum, significa que a temperatura média global do ar aumentará de vários graus com resultado do aumento da concentração de gás carbônico e de outros gases. Muitos cientistas acreditam que esse aquecimento global da atmosfera já esteja atuando há algum tempo devido o aumento de dois terços de Graus Celsius em relação a Podem existir tanto efeitos positivos e negativos associados com qualquer aumento significativo da temperatura, com isso o aquecimento global é maior problema ambiental a ser enfrentado em escala mundial. Ninguém está seguro da extensão ou do ritmo em que a temperatura aumentará no futuro e tampouco são confiáveis às previsões sobre as primeiras regiões afetadas. De acordo com Castro et al. (2000), a composição do ar atmosférico seco, em volume, é aproximadamente 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases, e 0,035% com a presença de vapores de água e gás carbônico que são de grande importância para o planeta, pois retêm calor possibilitando a vida dos vegetais e animais no planeta. Esse processo acontece porque a luz solar atravessa a atmosfera e atinge a superfície terrestre, que absorve parte do calor e reflete o restante em forma de radiação infravermelha. Parte dessa radiação é absorvida pelas nuvens e pelo gás carbônico do ar, assim aquecendo a atmosfera e criando um efeito estufa natural, que mantém um clima ameno. Ainda Baird (2002) ressalta que superfície da terra e atmosfera é aquecida pela energia proveniente do Sol, cerca de 50% da luz total incidente que alcança a superfície é absorvida, 20% da luz são absorvidas por gases ultravioletas (UV) e os 30% restantes são refletidos de volta ao espaço. Alguns gases presentes no ar podem absorver temporariamente a luz infravermelha térmica pelas moléculas presentes no ar como o CO 2, sendo que uma parte dessa luz absorvida retorna a superfície assim causando um aquecimento denominado efeito estufa, sendo responsável pelo fato da temperatura média da superfície da terra ser

24 24 aproximadamente + 15ºC, em vez de -15ºC. O que realmente preocupa os cientistas é que o aumento da concentração dos gases que absorvem a luz infravermelha térmica pode elevar a temperatura média da superfície além desta média de 15ºC. Além do CO 2, o metano (CH 4 ) é o gás indutor do efeito estufa de maior importância, sendo que este gás tenha um potencial de aquecimento 21 vezes maior que o dióxido de carbono. Entretanto, para cada molécula de metano na atmosfera existem 80 outras de CO 2. Logo, apesar do seu potencial de aquecimento, o metano é tem muito menos importância para o aquecimento global que o dióxido de carbono. Estima-se que o metano tenha produzido cerca de um terço de todo o aquecimento global produzido pelo dióxido de carbono (BAIRD, 2002). Baird (2002), Lopes e Krüger (1997) ressaltam o problema ambiental de emissão excessiva de CO 2, que está presente nos derivados de petróleo. Conforme Lopes e Krüger (1997), o Brasil é alvo de diversas discussões ambientais devido principalmente à devastação da floresta Amazônica, seja por queimadas para agropecuária e mineração, ou pela instalação de hidroelétricas. A queima de combustíveis fósseis, a perda da cobertura vegetal e várias atividades agrícolas e industriais vêm causando acúmulo de gases principalmente de CO 2, CFCs e outros gases causadores do efeito estufa na atmosfera. O aumento da temperatura causada pelo efeito estufa seria uniforme e afetaria todas as áreas do globo terrestre, levando em conta que o CO 2 tem uma vida aproximada na atmosfera de 500 anos e a do CH4 é de 7 a 10 anos, porém a capacidade de acumular calor é de cerca de 20 vezes maior em relação ao CO 2. Já os CFCs, duram cerca de 75 a 100 anos e retêm vezes mais calor que o CO 2 o que é um fato preocupante na questão ambiental. Portanto, para reduzir o efeito estufa a curto e médio prazo é necessário diminuir a queima de combustíveis fósseis, sendo que os países industrializados são responsáveis por 84% do consumo energético global. Além de adotar medidas conservadoras para o consumo de energia de origem fóssil, deve-se estimular o uso de fontes de energia renovável tais como a biomassa, a energia solar e eólica, entre outras (LOPES; KRÜGER, 1997). Outro fator importante que pode contribuir positivamente é a redução do desmatamento.

25 Fatores que Influenciam a Poluição Atmosférica Além das fontes naturais ou antrópicas (fixas e móveis) existem outros fatores importantes que influem na dispersão ou concentração de poluentes na atmosfera. Assim, além destes, são relevantes o relevo e as condições meteorológicas característicos de uma região como elementos que afetam o tempo de permanência dos poluentes na região onde ocorre sua emissão. Portanto, a topografia do local e fatores climáticos como a temperatura, umidade do ar, direção dos ventos, taxa de precipitação entre outros, desempenham um papel importante sobre a concentração de poluentes no ambiente. Esses fatores determinam se o poluente permanecerá em uma dada região, se sofrerá concentração maior ou alteração de composição ou ainda se ocorrerá dispersão para outro local (GUERRA; MIRANDA, 2011). Considerando que o ser humano não pode ou não deveria ao menos intervir sobre a topografia e clima de uma região, só resta reforçar as políticas públicas de controle sobre as fontes de lançamento de poluentes. 2.6 Emissões de Gases por Veículo Automotor Sabe-se que, principalmente nos grandes centros urbanos que detêm grandes frotas veiculares, os grandes impactos a saúde humana e no meio ambiente são provocados pela poluição dor ar por veículos automotores, responsáveis pelas emissões de gases como hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono bem como de material particulado. Os índices de emissões de gases dependem da natureza do combustível, sendo que no Brasil os principais combustíveis utilizados são o etanol, diesel, gasolina, e gás natural. Os gases mais conhecidos originados pela queima desses combustíveis e com os limites definidos pela legislação são o monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NO x ), óxidos de enxofre (SO x ) (BRITO, 2005). Derivados de petróleo como gasolina e óleo diesel ainda continuam sendo os combustíveis predominantes utilizados nos meios de transportes. No caso do Brasil onde ocorre um amplo uso de álcool etílico ou etanol, utilizado tanto como combustível exclusivo quanto misturado a derivados de petróleo como a gasolina, e, além disso, nota-se expansão no

26 26 uso do gás natural veicular, principalmente em veículos leves de uso intensivo (táxis e frotas cativas) em grandes centros urbanos (MENDES, 2004). Brito (2005) a firma que as emissões veiculares advêm do tubo de escapamento (gases), do sistema de alimentação de combustível, respiros, juntas e conexões (emissões evaporativas) e dos respiros do cárter, e também deve ser levado em conta o material particulado. Recentemente foi lançado o 1º Inventário Nacional das Emissões Atmosféricas por Veículos Automotor Rodoviário apresentado pelo Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA), pesquisa realizada sobre as emissões veiculares no Brasil entre 1980 e 2009 e com projeções para o período entre 2010 e Este estudo indica que até 2020 ainda haverá um crescimento na frota. Em 2009 os carros movidos à gasolina foram responsáveis por 71% das emissões de CO, enquanto o etanol foi responsável por 18%. Estima-se que em 2020, 47% das emissões de CO serão de carros movidos à gasolina e 33% dos movidos a etanol. A quantidade e o tipo de poluente emitido dependem do tipo de combustível utilizado, do tipo de motor, da regularidade de manutenção e do modo que o veiculo é conduzido. Os veículos podem emitir hidrocarbonetos mesmo se inoperantes através da evaporação do combustível pelo respiro do tanque e no sistema de carburação do motor. Já em veículos mais novos com a adição de novas tecnologias como catalisadores, injeção eletrônica de combustível e entre outras tecnologias, esse tipo de emissão se torna insignificante, mas ao se analisar o número de veículos existentes nas grandes cidades verifica-se a geração de toneladas por dia desses poluentes (MANZOLI, 2009). Conforme a Figura 2, as emissões de combustíveis fósseis aumentaram em 63,5% entre os anos de 1990 a 2005, de para GgCO 2 (Gigagrama de CO 2 ). No período analisado, observa-se uma média anual de crescimento das emissões de 3,4%. Ao longo do período, as emissões dos fósseis líquidos se mantêm predominantes, embora tenham sua participação, no total de emissões, reduzida de 79,9% para 71,4% (CETESB, 2010).

27 27 Figura 2 - Emissões de CO 2 de Combustíveis Fósseis Fonte: CETESB (2010). A grande maioria dos poluentes lançados na atmosfera por veículos automotores é devido à combustão incompleta do combustível. A combustão incompleta mais o uso de combustível de forma ineficiente, decorrente de proporções inadequadas de ar e combustível fornecidos ao motor, contribuem para a presença de monóxido de carbono nos produtos da combustão. Quando a combustão é completa, todo o combustível é convertido em dióxido de carbono e água. Esse processo ocorre quando a quantidade de ar e de combustível fornecidos nas proporções corretas para a sua queima (MANZOLI, 2009). Em 2011 os principais combustíveis utilizados pela frota nacional foram o óleo diesel, gasolina, etanol e gás natural como ilustra a Figura 3.

28 28 Figura 3 Consumo de energia nos transportes em 2011 Fonte: Empresa de pesquisa energética (EPE 2012). 2.7 Ciclo Otto Importante para o entendimento do trabalho uma pequena descrição do funcionamento do motor ciclo Otto. Conforme Luiz (200&), Ciclo Otto é um ciclo termodinâmico onde um determinado gás executa repetidas transformações termodinâmicas, resultando em trabalho, com aplicações em: motores, turbinas, aquecimento ou refrigeração, nos casos dos motores veiculares de Ciclo Otto o gás é a mistura de Ar e combustível, existindo 4 estágios termodinâmicos: (1) Admissão, (2) Compressão, (3) Combustão e (4) Escape. 2.8 Gasolina A gasolina é um derivado do petróleo utilizado como fonte de energia para veículos leves do ciclo Otto (LANDRIGAN, 2002). Em 1922 passou a ser misturado chumbo tetraetila (aditivo anti-detonante), em 1970 ocorreram às primeiras discussões sobre a abolição do uso deste aditivo tendo em conta seu impacto sobre a saúde da população e ao meio ambiente. Na década de 90 cerca de 80% de toda a gasolina vendida no mundo era sem chumbo. O Brasil junto com a estatal PETROBRAS foi um dos primeiros países a eliminar o chumbo da gasolina, o país começou a investir na produção do álcool derivado da cana de

29 29 açúcar, e com isso trouxe algumas outras vantagens do ponto de vista das emissões de poluentes e além de ser uma fonte de combustível renovável (LANDRIGAN, 2002). Ou seja, o etanol substituiu o chumbo tetraetila como agente anti-detonante. Atualmente não é comercializa gasolina sem etanol conforme a Portaria 678 de 31 de agosto de 2011, do Ministério de Estado da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), que define que 20% de toda gasolina comercializada é composta por etanol anidro. Manzoli (2009) destaca que esse combustível é composto por uma mistura de hidrocarbonetos com alguns contaminantes, enxofre, o nitrogênio e certos metais, sendo que sua composição também varia conforme a origem do petróleo, os processos de refino e especificações de qualidade como o índice de octanagem. O índice de octanagem é a resistência à detonação (do processo de combustão) de combustíveis usados em motores do ciclo Otto. Quanto maior for o índice mais resistente é o combustível a detonação. A gasolina comum tem em media 85 octanas, quanto mais baixo o número de octanas menor é a taxa de compreensão, com isso o motor a gasolina tem um rendimento térmico inferior aos motores movidos a etanol, que possui uma media superior de 90 octanas. Sabe-se também que o nível de octanagem não demonstra a qualidade do combustível (ABREU; OLIVEIRA; GUERRA, 2010). A PETROBRAS produz diversos tipos de gasolina utilizando tecnologia própria, desta forma são comercializadas nos pais diferentes tipos de gasolina, sendo alguns tipos brevemente descritos abaixo: Gasolina Comum: a gasolina mais simples. Apresenta índice anti-detonante, ou seja, capacidade de suportar altas compressões, (IAD = 87), e possui 1000 ppm de teor de enxofre. Não recebe nenhum tipo de aditivo, apenas adição de álcool anidro, conforme legislação vigente. Gasolina Supra Aditivada: possui a mesma octanagem da gasolina comum, porém apresenta detergentes/dispersantes que mantém limpo o sistema de combustão e adição de álcool anidro é conforme a legislação vigente. Gasolina Petrobras Podium: essa gasolina foi lançada em 2002, possui octanagem superior a (IAD = 95), aproveitando melhor potência do motor, contém

30 30 detergentes/dispersantes que mantém limpo o sistema de combustão e adição de álcool anidro, conforme a legislação vigente Álcool Etílico ou Etanol Para Guerra e Gonzalez (2009), em 1970 o Brasil começou a extrair o etanol da cana de açúcar, devido aos fortes incentivos do governo que tencionava, à época, diminuir a dependência externa de energia, principalmente no quesito importação de petróleo. No fim da década de 70 o governo criou o programa PROALCOOL que previa uma determinada fração de gasolina deveria conter etanol. O programa contribuiu para o desenvolvimento e fabricação dos motores ciclo Otto a álcool. Na época esta alternativa foi uma resposta à crise do petróleo de 1973 (GUERRA; GONZALEZ, 2009). Segundo Távora (2011), em 1977 começou a adição de 4,5% de álcool à gasolina e nos dois anos seguintes em 1979, aconteceu à segunda crise mundial do Petróleo. Em julho de 1979, foi lançado no mercado nacional o primeiro carro a álcool, o modelo Fiat 147. Rapidamente, outras montadoras, com vários modelos, começaram a alimentar o mercado com essa nova opção. Em 1979 o petróleo passou ter uma situação inversa, com a diminuição do valor do barril o projeto PROALCOOL falharia, pois era mais vantajoso aos produtores vender o açúcar do que produzir álcool como fonte de combustível e, consequentemente, faltou álcool nos postos de abastecimentos. Conforme Manzoli (2009), em 2002 com a entrada dos motores bicombustíveis ou flex-fuel (gasolina e etanol) o etanol voltou a ter grande importância no mercado brasileiro. Os veículos movidos a etanol produzem cerca de um terço a menos de CO se comparados com os veículos a gasolina. O autor alerta que a combustão incorreta do etanol gera a emissões de aldeídos, acetaldeído e formaldeído, que são substancias nocivas a saúde das pessoas e favorecem a formação de ozônio na troposfera. Porém podem ser controlados com a utilização de conversores catalíticos.

31 Gás Natural Veicular (GNV) O Gás Natural, de acordo com a PETROBRAS, é o combustível do futuro, sendo formado por uma mistura de hidrocarbonetos leves encontrado em rochas porosas no subsolo frequentemente acompanhado por petróleo. No estado bruto o gás natural apresenta baixos teores de contaminantes como nitrogênio e dióxido de carbono. O gás natural como combustível é conhecido como Gás Natural Veicular, GNV ou gás Metano veicular GMV. A queima do GNV é reconhecidamente uma das mais limpas, praticamente sem emissão de monóxido de carbono. Por não possuir enxofre em sua composição, a queima do Gás Natural não lança compostos que produzam chuva ácida quando em contato com a umidade atmosférica, contribuindo, assim, para a melhoria da qualidade de vida da população. O GNV tem a temperatura de ignição superior a 600ºC, muito acima da temperatura de ignição do álcool e da gasolina (entre 200ºC a 300ºC). A queima do gás natural, por ser mais completa do que a dos outros combustíveis, reduz as emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos, em comparação com a gasolina (MENDES, 2004). Souza Júnior e Souza (2012) comentam que o GNV não deve afetar em nada o funcionamento do motor, pois o principio de funcionamento é o mesmo do etanol e da gasolina. Contudo, por se tratar de um combustível gasoso o motor pode apresentar um desgaste maior Histórico e Experiência Internacional Twigg (2007) comenta que na década de 70 o consumo de carros em algumas metrópoles do mundo causou sérias preocupações com relação à qualidade do ar, devido às emissões de gases poluentes geradas por esses veículos. Segundo Yamamoto, Madre e Kitamura (2004), vários países adotaram políticas e programas como inspeções periódicas e programas de sucateamento substituindo veículos antigos por veículos menos poluentes para reduzir os índices de emissões para a atmosfera. A implantação dessas políticas ou programas exige uma cuidadosa avaliação da sua eficiência para não causar um impacto negativo para a sociedade.

32 32 A Califórnia, nos EUA, na década de 50, foi o primeiro Estado a implantar uma legislação para controle de emissões atmosféricas originadas por veículos automotores, que estabeleceu no ano de 1963 a obrigatoriedade da instalação de sistemas de controle de hidrocarbonetos gerados no cárter do motor. A partir do ano de 1966, a Califórnia definiu o primeiro regulamento sobre os limites de emissões de gases de escapamento. Os Estados Unidos da América em 1970 com a publicação do Clean Air Act passou a ter uma ampla legislação federal criando uma agenda para a identificação das áreas com pior qualidade de ar, sendo assim várias medidas e ementas na legislação foram estabelecidas para a melhoria da qualidade do ar. A Califórnia na década 50, o Japão em 1966, os países da Comunidade Econômica Européia, Suécia e Canadá em 1971, o Reino Unido e Austrália em 1972 e a Finlândia em 1975, passaram a tomar medidas de controle de emissões veiculares e com isso as empresas automobilísticas passaram a produzir veículos cada vez menos poluentes. O governo francês a fim de reduzir os níveis de poluentes atmosféricos implantou em 1986 o programa de inspeção periódica com intuito de atender apenas veículos usados vendidos à população. Em 1992 o programa foi modificado para atender todos os veículos com cinco anos ou mais de utilização. No ano de 1996 o programa passou a considerar veículos com idade de quatro anos ou mais, assim os veículos enquadrados nos requisitos acima necessitam de uma inspeção a cada dois anos (YAMAMOTO; MADRE; KITAMURA, 2004). A capital do México é considerada umas das cidades mais poluídas do mundo (SCHIFTER et al., 2003). Estima-se que, em 1998, os transportes utilizados na Região Metropolitana contribuíram com 98% das emissões, sendo 77% de CO e 35% de HC. Em 1991 o México começou a utilizar catalisadores junto com implantação de programas de inspeção e manutenção (I/M). Até 1998 o programa media HC e CO, os testes eram realizados sem carga nas duas velocidades, de marcha lenta e de aceleração em 2300 rotações por minuto (RPM). Em 1998, além do HC e CO, os NO x (óxidos de nitrogênio) passaram a ser medidos também com utilização de um dinamômetro. Com a implantação dessas medidas o veículo equipado com catalisadores eficientes polui 10 vezes menos que um que não possui essa tecnologia (RIVEROS; CABRERA; OVALLE, 2002).

33 33 Mendes (2004) comenta que o aumento do rigor das legislações tem resultado na oferta ao mercado consumidor de veículos e combustíveis menos poluentes, possibilitando reduzir os níveis de emissão de poluentes atmosféricos. Observa-se em diversas regiões do mundo a degradação da qualidade do ar é com frequência associada ao crescimento contínuo da frota de veículos automotores em circulação e respectivos poluentes. Portanto, a poluição do ar ainda continua a ser um problema sério em muitas regiões Padrão Nacional de Qualidade do Ar No Brasil através da resolução nº 003 do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA, os padrões de qualidade do ar são definidos assim: São padrões de qualidade do ar as concentrações de poluentes atmosféricos de que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde, a segurança e o bem-estar da população, bem como ocasionar danos à flora e à fauna, aos materiais e ao meio ambiente em geral (CONAMA, P.1.) Já o artigo 2º da mesma resolução define dois tipos de padrões de qualidade de ar no Brasil: Padrões Primários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população e Padrões Secundários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como o mínimo dano à fauna, à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Os padrões de qualidade do ar legislados no Brasil compreendem os seguintes poluentes atmosféricos: partículas totais em suspensão, fumaça, partículas inaláveis, dióxido de enxofre (SO 2 ), monóxido de carbono (CO), ozônio (O 3 ) e dióxido de nitrogênio (NO 2 ). 2.9 A legislação e limites de poluição veicular no Brasil Conforme Costa Pinto (2005), a Legislação Brasileira é definida nas seguintes esferas: Ministério do Meio Ambiente/IBAMA/CONAMA/Órgãos de Meio Ambiente Estaduais: Nesses Ministérios são discutidos e determinados os níveis e concentrações dos poluentes, juntamente com a elaboração dos procedimentos cabíveis para controle dos mesmos.

34 34 Ministérios das Cidades/DENATRAN/DETRAN nos Estados: Nesses Ministérios são voltados para a questão da segurança veicular, dos condutores de veículos e legitimidade da propriedade. Pereira Junior (2007) comenta que 1986, o CONAMA instituiu, por meio da Resolução nº18/86, o Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (PROCONVE), tendo como principais objetivos, reduzir os níveis de emissões por veículos automotores, promover o desenvolvimento tecnológico nacional, desenvolver métodos e programas de inspeção para controle de emissões de poluentes e por fim promover a conscientização da população em relação à poluição do ar. O PROCONVE iniciou estabelecendo limites de emissões de poluentes no escapamento, cárter e evaporativa, em veículos do ciclo Otto, nos diesel apenas limites de emissões no cárter (PEREIRA JUNIOR, 2007). Segundo o INEA (2012), com as exigências do PROCONVE, melhorias tecnológicas foram realizadas, assim permitindo atender a lei, destacando em fases: Fase I: implantada em 1988 para veículos leves, tinha como principal objetivo eliminar do mercado os modelos mais poluentes e aprimorar a produção; Fase II: inserida em 1992, esta fase foi caracterizada pelo desafio tecnológico em especial o desenvolvimento do sistema de injeção eletrônico de combustível e conversores catalíticos. Com a retirada do chumbo o combustível nacional passou a conter mistura de etanol na sua composição até então não adicionado à gasolina; Fase III: implantada em 1997, a indústria automobilística adicionou sensor de oxigênio, além dos itens já adicionados na fase II; Fase IV e V: que teve início em 2003, e complementada em 2009 tiveram uma abordagem relacionada à redução de emissões de material particulado, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. (INEA, 2012); Atualmente os padrões de emissões no tubo de escapamento são determinadas pela Resolução 418/2009 de 25 de novembro de 2009 do CONAMA, e pela Instrução Normativa nº 6, de 8 de junho de 2010 do IBAMA, que define procedimento de inspeção veicular e

35 35 critérios para elaboração de planos de controle de poluição veicular e bem como determina limites de emissões e procedimentos para a avaliação do estado de manutenção do veículo. A resolução define os limites máximos de emissão de escapamento de CO corrigido e HC corrigido, e de diluição e da velocidade angular do motor em marcha lenta que deve estar (600 a 1200 RPM). Para velocidade angular em regime acelerado de 2500 RPM deve ter tolerância de RPM. A Tabela 1 demonstra os limites de CO corrigido em marcha lenta e a 2500 RPM para veículos do ciclo Otto. Tabela 1 - Limites de CO corrigido Limites de CO corrigido (%) Ano de fabricação Gasolina Álcool Flex Gás Natural Todos até ,0 6,0-6, ,0 5,0-5, ,0 4,0-4, ,5 3,5-3, ,0 3,0-3, ,0 1,0-1, a ,5 0,5 0,5 1, em diante 0,3 0,5 0,3 1,0 Fonte: Resolução 418/2009 do CONAMA. Já na Tabela 2, ocorre a demonstração dos limites máximos de emissão de HC corrigido, em marcha lenta e a 2500 RPM para veículos do ciclo Otto.

36 36 Tabela 2 - Limites de HC corrigido Limites de HC corrigido (ppm de hexano) Gasolina Álcool Flex Gás Natural Ano de fabricação Até a em diante Fonte: Resolução 418/2009 do CONAMA. Conforme a resolução 418/2009 a definição de CO corrigido, HC corrigido, e de diluição são descritos da seguinte maneira: CO corrigido : é o valor medido de monóxido de carbono e corrigido quanto a diluição dos gases é dado pela expressão (1). CO corrigido = F diluição CO medido (1) HC corrigido : é o valor medido de HC e corrigido quando a diluição dos gases amostrados conforme a expressão (2). HC corrigido = F diluição Hc medido (2) Fator de diluição: é a percentagem volumétrica de diluição da amostra de gases de escapamento devida a entrada de ar no sistema. A expressão (3) utilizada para veículos movidos a gasolina e etanol e a expressão (4) para veículos movidos a GNV. F diluição =15/(CO+CO 2 ) (3) F diluição =12/(CO+CO 2 ) (4)

37 Fontes Alternativas de Combustíveis no Brasil Goldemberg e Lucon (2006) comentam que o consumo de energia é ambientalmente impactante, mas os padrões atuais de consumo podem ser melhorados, estimulando o uso mais eficiente de energia e transição de fontes de energia fósseis para renováveis. Segundo Motta, Rosenbach Júnior e Pinto (2010), no século passado os combustíveis fósseis, como o carvão, petróleo e o gás natural dominavam o cenário energético e devem continuar tendo um papel fundamental na matriz energética do país. Desde o século XIX, o emprego de combustíveis fósseis é responsável pelo lançamento de inúmeras toneladas de gás carbônico na atmosfera. A energia renovável pode ser subdividida, conforme a origem, em de biomassa, geotérmica, eólica (ventos), solar e hidrelétrica Os biocombustíveis são combustíveis renováveis derivados de matéria-prima biológica e inclui o bioetanol, ou simplesmente etanol, o biodiesel, o biogás (metano). Destes, o etanol é o biocombustível mais utilizado e cuja produção mais cresce no mundo. Conforme Goldemberg e Lucon (2006), a característica particular do Brasil é o desenvolvimento industrial e aplicação de energia de biomassa. O etanol fabricado a partir da cana de açúcar, o carvão vegetal oriundo de plantações de eucaliptos, utilização da biomassa em indústrias de papel celulose (cascas e resíduos de árvores serragem e entre outros), são exemplos de utilização de fontes de energia renováveis. Motta, Rosenbach Júnior e Pinto (2010) comentam que a biomassa é composta principalmente elementos como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, estando o enxofre em menores proporções. São fontes de biomassa os restos de madeira, colheita, plantas, alimentos, animais e algas, sendo que essa matéria pode ser transformada em combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos. De acordo com estes mesmos autores, para produção do etanol a matéria-prima difere nos Estados Unidos, Europa e Brasil que utilizam milho, beterraba e cana de açúcar, respectivamente. O etanol brasileiro se destaca do etanol europeu e americano pela eficiência, pois cada unidade energética utilizada para a fabricação pode gerar oito unidades de energia, já o etanol

38 38 americano e o europeu de cada unidade energia energética utilizada gera duas unidades de energia. Outro fator importante em relação ao etanol brasileiro é pelo aproveitamento energético dos subprodutos, como a utilização do bagaço da cana de açúcar para geração de energia elétrica e a eliminação de uso de fertilizantes em relação às outras monoculturas dando ao etanol brasileiro maior competitividade no mundo. (MOTTA; ROSENBACH JÚNIOR; PINTO, 2010). Knothe et al. (2006) afirmam que os óleos vegetais e gorduras animais foram investigados como combustível para motores do ciclo Diesel muito tempo antes da crise energética dos anos 70 e nos primeiros anos da década de 80 ampliou-se o interesse nestes combustíveis alternativos. Farias (2010) complementa dizendo que Rudolph Diesel criou os motores chamados ciclo Diesel, utilizando em seus experimentos, no ano de 1900, um pequeno motor movido a óleo de amendoim. No Brasil o conde Francisco Matarazzo foi um dos pioneiros nas pesquisas com biocombustíveis (combustíveis produzidos a partir de óleos vegetais), produzindo óleo com grãos de café nos anos O óleo retirado do café era lavado com álcool de cana-de-açúcar para remover todas as suas impurezas. Essa reação liberava a glicerina e tinha como produto um éster etílico, hoje conhecido como biodiesel (LUCENA, 2008). Corrêa, Farret e Cunha (2001) comentam que por motivos econômicos, ambientais e de segurança o investimento em novas fontes de energia vem se tornado cada vez mais importante. O biodiesel, por exemplo, se comparado com o óleo diesel, apresenta significativas vantagens na emissão de gases poluentes, observando-se redução de emissões de até 98% no caso do enxofre, 50% para material particulado, 30% para aromáticos e cerca de 78% da emissão de gases causadores do efeito estufa (ROSA et al., 2003). Já Laurindo (1999) destaca que, devido à semelhança das características com o diesel, a grande vantagem do biodiesel é com o que este se torna uma alternativa capaz de atender a maior parte de frota já existente no mercado, levando em conta que não serão necessários grandes investimentos e desenvolvimentos tecnológicos. Em relação à utilização de óleos residuais de fritura como matéria-prima para a fabricação de biodiesel, a grande vantagem envolvendo a questão ambiental, é a diminuição da contaminação de recursos hídricos e de solos pela destinação inadequada. Na questão tecnológica a maior vantagem é a dispensa do processo de extração do óleo, já no aspecto

39 39 econômico se caracteriza pelo custo, mais baixo por se tratar de um óleo já utilizado no processo de frituras (CHRISTOFF, 2006) Avanço tecnológico dos motores de ciclo Otto Segundo Altese (2008). O carburador foi o principal componente do sistema de alimentação, no qual era responsável por administrar a mistura ar-combustível nas proporções necessárias para o funcionamento do motor e, embora tenha sofrido muitas modernizações, não conseguiu reduzir a níveis toleráveis a emissão de poluentes de acordo com as exigências que surgiam. Criado em 1988, o sistema de injeção eletrônica analógica, que surgiu com o objetivo de substituir o carburador, dominou o mercado automotivo a partir de Seu funcionamento caracterizou-se pelo aumento da eficiência do motor, pois seu sistema eletrônico controla a dosagem certa da mistura (ar-combustível). Na década de 1990 a Bosch inovou com a criação da injeção digital monoponto, possuindo um funcionamento semelhante à injeção analógica, porém, com mais recursos. A injeção monoponto possui um único bico injetor de combustível para todos os cilindros, diferentemente de sua sucessora, a injeção digital multiponto, que possui um bico para cada cilindro do motor, o que permite um ganho de até 15% em torque e potência nesse sistema mais moderno, sendo que a maioria dos carros possui motor com injeção eletrônica multiponto. Outro fator relacionado ao avanço tecnológico foi à utilização do sistema catalítico conhecido como catalisador, utilizado inicialmente no Brasil entre os anos de 1992 e 1996, foi um fator determinante para a redução dos gases poluentes em veículos do ciclo Otto (ALTESE, 2008).

40 40 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Local de Estudo O presente estudo foi desenvolvido na empresa Inspesul LTDA, fundada em 12 de agosto de 1999 na cidade de Guaporé/RS. Em 06 de novembro de 2003 empresa foi transferida para o município de Lajeado, onde passou a oferecer seus serviços na Avenida Benjamin Constant, nº 3023, bairro Montanha. A Inspesul desenvolve suas atividades no interior do estado e possui três filiais situadas nas cidades de Erechim, Bento Gonçalves e Garibaldi, todas no estado do Rio Grande do Sul. Hoje a Inspesul de Lajeado conta com um quadro de funcionários de 8 pessoas, dentre elas, engenheiros, técnicos e secretários. A Inspesul é uma Instituição Técnica Licenciada pelo DENATRAN Departamento Nacional de Trânsito e é também um organismo de inspeção acreditado pelo INMETRO Instituto Nacional de Metrologia Normalização e Qualidade Industrial, possuindo habilitação técnica para realizar inspeções de segurança veicular. A Inspesul é uma empresa que atende o Código de Trânsito Brasileiro (CTB) que por sua vez, requer que todo veículo cuja característica original for alterada, seja inspecionado por um Organismo de Inspeção Credenciado pelo INMETRO e apresente Certificado de Segurança Veicular emitido por algum desses Organismos. A empresa realiza inspeções de veículos com sistema de GNV, inspeções de veículos sinistrados, inspeções de veículos modificados, tais como, troca de carroceria, instalação de eixos, troca de lotação, troca de motor, modificações visuais, troca de combustível, suspensão, adaptação de deficiente físico, adaptação de auto-escola, entre outros. Esta inspeção deve ser realizada para que a frota de veículos do nosso país possa transitar com a adequada segurança, de acordo com as normas e resoluções vigentes.

41 Veículos Utilizados Para o desenvolvimento do presente trabalho, foram realizadas medições das emissões de gases nos veículos do ciclo Otto que compareceram na empresa no segundo semestre de 2012 e no primeiro semestre de Portanto, os veículos que compõem a amostra deste estudo são aqueles que realizaram algum tipo de inspeção no período considerado. Este é o caso dos veículos que necessitam de algum tipo de regularização perante o DETRAN do Rio Grande do Sul a fim de atender às normas e legislações vigentes como, por exemplo, veículos com sistema de GNV, inspeções de veículos sinistrados, inspeções de veículos modificados, tais como, troca de carroceria, troca de lotação, troca de motor, modificações visuais, troca de combustível, suspensão, adaptação para deficiente físico, adaptação de auto-escola, entre outros. 3.3 Equipamentos Utilizados O conjunto de equipamentos utilizado para realização deste trabalho é composto por um programa computacional (IGOR 2.1, versão 5.3), um analisador de gases (TM132), um tacômetro universal (TM525/2), um controlador serial (TM616), uma sonda de tubo de escapamento e um sensor de temperatura de óleo do motor. Todos os equipamentos utilizados foram fabricados pela Tecnomotor Eletrônica do Brasil S.A., apresentam certificado de garantia e certificado de calibração e encontram-se em conformidade com as normas do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO) Programa Computacional de Inspeção Veicular (IGOR 2.1) O programa IGOR 2.1 (FIGURA 4), é software que serve para efetuar os registros das emissões de gases em veículos do ciclo Otto e motores do ciclo Diesel conforme a legislação em vigor desde 2009 e a Instrução Normativa nº 6, de 8 de junho de O Software também efetua o registro de ruídos conforme, a Norma Brasileira - NBR 9714 de janeiro de 2000, enquanto a medição de emissões de gases segue a legislação em vigor desde 2009, tanto para motores do ciclo Otto como para motores do ciclo Diesel (TECNOMOTOR, 2010).

42 42 Figura 4 - Software (IGOR 2.1) Fonte: Tecnomotor (2010) Analisador de gases (TM132) O analisador de gases (TM132) demonstrado na Figura 5, é um analisador que utiliza um sistema de leitura infravermelho, trabalhando conectado ao computador é responsável pela leitura das principais concentrações de gases presentes nas emissões de escapamento em veículos automotores como CO, CO 2, O 2, HC e NO x. Variáveis como diluição, CO corrigido (CO c ), HC corrigido (HC c ) e eficiência catalítica são calculadas através das informações dos gases principais, de motores do ciclo Otto. O sistema também registra informações como a temperatura do óleo e rotação do motor (TECNOMOTOR, 2010). Vale ressaltar que este analisador de gases possui um certificado de calibração válido e renovado a cada 6 meses, pelo laboratório da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul ( PUCRS), localizada na cidade de Porto Alegre, atendendo as normas do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO).

43 43 Figura 5 - Analisador de gases (TM132) Fonte: Tecnomotor (2010) Tacômetro universal (TM525/2) O tacômetro universal (TM525/2) ilustrado na Figura 6 é utilizado para fazer leituras de rotação (RPM) em veículos do ciclo Otto e ciclo Diesel através do sensor de vibração conectado diretamente na carcaça do motor ou através da bateria (TECNOMOTOR, 2007). Figura 6 - Tacômetro universal (TM525/2) Fonte: Tecnomotor (2007).

44 Controlador Serial (TM616) É um hardware que permite a comunicação com equipamentos utilizados na inspeção veicular como o analisador de gases, opacímetro (equipamento para medir níveis de opacidade em veículos do ciclo Diesel), tacômetro (medidor de RPM), medidor de ruído (fonômetro) e também fornece medidas de temperatura ambiente e pressão atmosférica. Este equipamento também pode ser visualizado na Figura 7 (TECNOMOTOR, 2010). Figura 7 - Controlador Serial (TM616) Fonte: Tecnomotor (2010). 3.4 Metodologia inicial para a realização dos ensaios de emissões Os procedimentos iniciais adotados para a realização do ensaio de emissões de gases atendem a Instrução nº 6, de 8 de junho de 2010 do IBAMA, também descritos no manual de procedimentos da empresa, conforme descrição a seguir: Primeira etapa: Nessa etapa ocorre a inspeção visual do veículo, observando-se anormalidades, como por exemplo, funcionamento irregular do motor, temperatura elevada e o funcionamento inadequado do sistema de arrefecimento do motor e, por fim, estado geral do escapamento. Este último não pode apresentar anormalidades como avarias ou estado avançado de deterioração, entradas de ar falso ou vazamentos que prejudiquem a sua eficiência original. Segunda etapa: Na segunda etapa ocorre o cadastramento do veículo com registro de dados como placa do veículo, marca/modelo, ano de fabricação, quilometragem e tipo de