Testes de consumo e autonomia

É indispensável a qualquer operador de veículos, “convencionais” ou elétricos, dispor de informação objetiva acerca dos consumos energéticos dos seus veículos. Conhecer o consumo energético real afeta não só a autonomia como também os custos associados à operação de uma viatura.


A implementação de padrões e testes normalizados, que permitam aos utilizadores de veículos comparar de forma objetiva e imparcial o desempenho e eficiência de diferentes modelos, surge assim como uma solução exequível e interessante. Se a comparação dos consumos energético de diferentes modelos é relevante no momento da escolha de uma viatura, ao permitir estimar o TCO (Total Cost of Ownership) das múltiplas ofertas no mercado, uma ferramenta deste tipo é indispensável aos operadores de veículos pesados de passageiros durante o planeamento de uma operação de serviço público de transporte de passageiros.


Com base nesta premissa, uma iniciativa do UITP Bus Committee, no âmbito do projeto europeu SORT – “Standardised On-Road Test Cycles”, definiu um conjunto de 3 testes padronizados que visam permitir estabelecer uma comparação objetiva dos consumos energéticos de diferentes modelos de autocarros, tendo por base ciclos representativos da operação de um autocarro em diferentes contextos. Comparando os 3 ciclos de teste:

 

  • o SORT 1 (urbano congestionado) é o mais curto, com apenas 540m e uma densidade de cerca de 6 paragens por km, durante o qual o a autocarro passa cerca de 40% do tempo de viagem ao ralenti, sendo representativo do núcleo de urbano de grandes metrópoles como Londres ou Paris;

  • o SORT 2, com uma extensão de 920m, cerca de 35% do tempo ao ralenti e de 3 paragens a cada quilómetro, é um ciclo bastante representativo de rotas típicas de cidades importantes, mas com menores índices de congestionamento, tais como Madrid ou Munique;

  • o SORT 3 tem uma extensão de 1450m e uma velocidade média de 25km/h, descrevendo o típico tráfego suburbano, com velocidades mais elevadas e paragens mais disperso localizadas ao longo do percurso, típico de cidades de menores dimensões ou áreas suburbanas periféricas. 

De acordo com a UITP, a velocidade média do tráfego urbano em grandes cidades oscila entre os 10 e os 14 km/h, ao passo que em cidades de menores dimensões esta sobe para o intervalo entre os 16 e os 20 km/h. A título de exemplo, a velocidade comercial da Carris é de 14,3 km/h ao passo que a da Rodoviária de Lisboa (RL) atinge quase os 17 km/h, valores que traduzem de forma evidente a diferença do contexto operacional do núcleo urbano, onde opera a Carris, face ao ciclo urbano em cidades periféricas e ligações suburbanas que caracterizam a rede da RL, em linha com as observações da UITP. Já em operações suburbanas, as velocidades comerciais sobem até aos 24 a 30 km/h, valores comparáveis com os registados no caso dos Transportes Urbanos Torrejanos (TUT), operados pela Barraqueiro Oeste, e o transporte urbano nas vilas do Concelho de Alenquer, operado pela Boa Viagem. Contudo, importa recordar que no caso da Linha 10, onde se prevê que o autocarro convertido vá operar, a velocidade média de cada circulação ronda os 16 km/h, em linha com o ciclo SORT 2.


Os ciclos de teste SORT são caracterizados e construídos com base numa velocidade comercial tipo, que é uma característica intrínseca relativamente uniforme ao transporte de passageiros em autocarro nos diversos países da europa, independentemente da geografia. No entanto, tendo em conta a necessidade de tipificar não apenas rotas urbanas em período de ponta, durante o qual o tráfego é mais, intenso, o projeto SORT definiu 3 padrões de operação representativos das principais operações de um serviço público de autocarros: urbano com tráfego intenso, urbano misto sem tráfego intenso, e suburbano. 


As figuras seguintes sumarizam a base da metodologia desenvolvida pela UTIP para definir os diferentes ciclos de operação, com base em perfis trapezoidais de velocidade. Estes perfis de velocidade traduzem os constantes ciclos de aceleração, desaceleração e ralenti a que os autocarros de serviço público estão sujeitos. Após analisar dados representativos das principais capitais europeias a UITP definiu 3 ciclos operacionais de referência, que têm como valores representativos a velocidade média e a densidade de paragens para tomada e largada de passageiros.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os ciclos de teste SORT, apesar de demonstrarem uma boa representatividade de circuitos com velocidades comerciais comparáveis, não permitem, de uma forma isolada, estimar os consumos em operações e rotas complexas, muitas das quais contêm troços bem representados pelos 3 ciclos SORT base. Tendo em conta a impossibilidade de modelar individualmente infinitos ciclos, é possível estimar o consumo em percursos complexos através da ponderação do consumo para os diferentes ciclos tal que

 

 

Assim, em função do perfil operacional local, por forma a melhor estimar os consumos energéticos face às especificidades locais, e.g. velocidade média, topografia, carga média, é possível fazer uma combinação linear dos resultados obtidos para os testes padronizados. Desta forma, após ajustar os coeficientes à sua realidade operacional, os operadores podem facilmente comparar os consumos esperados para as diferentes ofertas do mercado.

Com o aparecimento e disseminação de soluções elétricas comerciais, a UITP adaptou os seus padrões de teste à realidade específica de veículos elétricos, UITP SORT brochure: Standardised On Road Test Cycles for electric buses, na qual é dedicada especial atenção aos procedimentos e equipamentos, ainda que sem alterações aos ciclos operacionais, tendo-se adicionado também um teste para determinar a capacidade de armazenamento de energia dos packs de baterias.

O ciclo E-SORT tem como objetivo medir, de uma forma precisa e sistemática, i.e., reprodutível, os consumos energéticos primários da viatura, nomeadamente o consumo do sistema de tração e sistemas auxiliares primários de baixa tensão (12V/24V), e, por conseguinte, possibilitar o estimar da autonomia de um autocarro elétrico. A metodologia utilizada é bastante simples, sendo apenas necessário a medição da energia útil do sistema/unidade de armazenamento de energia (RESS - Rechargeable Energy Storage System) e um conjunto de medições do consumo de energia durante a realização de um ou vários ciclos SORT bem definidos.

Os testes realizados de acordo com o ciclo de referência E-SORT não comtemplam o consumo energético relacionado com a climatização necessária ao conforto térmico de passageiros. No entanto, tendo em conta o tremendo impacto da climatização no consumo de energia e autonomia de viaturas elétricas, está prevista uma revisão futura das condições subjacentes aos ciclos E-SORT, que permitirá o redimensionamento das unidades de armazenamento de energia em função dos diferentes contextos operacionais, i.e., climas.

 

Do ponto de vista prático, a metodologia de teste recomendada começa pela identificação dos pontos chave da rota, coincidentes com os vértices dos trapézios que marca a variação da velocidade, através de postes ou cones de sinalização de tráfego. Após a marcação dos pontos chave do percurso, são realizados ensaios sucessivos até que se encontrem 3 medições com um desvio máximo relativo de 2%,

 

Tendo em conta a reduzida extensão do ciclo SORT 1, a determinação do consumo para este ciclo é realizada através da realização de dois ciclos consecutivos.

 

No entanto, os testes devem ainda observar um conjunto de regras adicionais, por forma a garantir a repetibilidade dos resultados e a justa comparação entre viaturas testadas em condições distintas. Em particular, a tolerância para os perfis de velocidades trapezoides é de +/- 1 km/h face à velocidade alvo, sendo admissível um desvio de +/- 3km/h durante breves instantes e apenas nas transições entre as fases de aceleração e de velocidade constante. Além do mais, os intervalos entre ciclos de teste não podem exceder os 10 minutos, a velocidade do vento deve ser inferior a 3 m/s (10.8km/h), com rajadas até 8 m/s, a temperatura externa deve estar contida no intervalo entre 0 e 30ºC e a humidade relativa deve ser inferior a 95%.

 

Já o E-SORT, uma vez que também confere uma estimativa da autonomia, para além das exigências de teste do ciclo SORT requer ainda um teste adicional para aferir a capacidade de armazenamento de energia do conjunto de baterias embarcado. Este teste consiste simplesmente em integrar a energia disponibilizada pelo ESS entre o estado de carga máximo SOCM e o limite mínimo definido pelo fabricante como a energia mínima de reserva de emergência, SOCR.

Ainda no caso do E-SORT, é definido que durante a realização de testes todos os auxiliares secundários, exceto os faróis, devem estar desligados durante as medições. Adicionalmente, a temperatura da cadeia cinemática (motor, RESS e, se aplicável, caixa de velocidades) deve manter-se no intervalo de referência, devendo as trocas de energia com a RESS ser monitorizadas o mais próximo possível da RESS, com uma frequência mínima de 20Hz e assegurando uma precisão de 2%.

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