EMBRAER - DCA-BR

Concepção de Novas Aeronaves e
Consumo de Combustível
São José dos Campos, SP – 08 Junho 2010
DAP/GH8/RGF - 100608
Um pouco de história do uso dos combustíveis
c1800: Petróleo: uso em querosene na iluminação
c1850: Carvão: uso em navios e trens a vapor
1890: Alguma demanda por gasolina – o motor a combustão interna Santos-Dumont e seu dirigível Nº 1 – primeiro motor
e os automóveis
a combustão interna de uso aeronáutico
1899 – 1908: o motor a combustão é usado em dirigíveis e nos
primeiros aviões
1909: Ford modelo T produzido em série – aumenta consumo de
gasolina
1914 – 1918: 1a Guerra Mundial – consolida-se o uso dos
combustíveis líquidos a base de petróleo
Anos 20 e 30: A quantidade de carros explode, e com ela a demanda
por gasolina
1939 – 1945: 2a Guerra Mundial – Compreensão da importância
estratégica do petróleo; uso de combustíveis alternativos; primeiros
jatos
Carcaça do Ford Modelo T é juntada ao chassis
na fábrica de Highland Park, Michigan – c. 1913
1951 – presente: O petróleo fornece a maior parte da energia
consumida no mundo. Consolidação da indústria automobilística.
Com os automóveis, aumenta a demanda pelo petróleo
1960 – presente: era do transporte aéreo a jato, usando querosene
como combustível; evolução tecnológica dos motores em busca de
maior eficiência.
Abastecimento de um bombardeiro Gotha, na 1a Guerra Mundial
Números do consumo mundial de Jet Fuel
(Jet Fuel – bilhões de litros/ano)
2003
2005
2007
No mundo
263
268
279 (*)
Nos EUA
91,6
(34,8%)
94,4
(35,2%)
96,3
(34,5%)
No Brasil
3,9
(1,5%)
4,0
(1,5%)
4,9
(1,8 %)
(dados IATA)
(dados EIA)
(dados ANP)
(*) Estimados
Desafios e crises recentes na aviação
• Setor de aviação anuncia uma das 'piores crises' da história
• PREJUIZOS DA INDÚSTRIA PARA 2009 CHEGARÃO A US$ 4,7 BI, SEGUNDO
DADOS DA IATA; CUSTO DE PASSAGENS PODE CAIR
•
JAMIL CHADE, O ESTADO DE S. PAULO, E REUTERS - 24 de março de 2009
• GENEBRA - O setor de aviação anuncia uma das "piores crises" em sua
história. Em um comunicado divulgado nesta terça-feira, 24, a Associação
Internacional de Transporte Aéreo (Iata) alerta que os prejuizos da indústria para
2009 chegarão a US$ 4,7 bilhões. Inicialmente, a previsão de prejuizos era de
"apenas" US$ 2,5 bilhões. Na América Latina, a previsão é de prejuizos de US$
600 milhões.
Desafios e crises recentes na aviação
Vulcão provoca maior apagão
aéreo da história
On April 15, Europe’s aviation regulators and air navigation services providers, faced with
a menacing ash cloud from Iceland’s Eyjafjallajokull volcano, started to shut down airspace,
resulting in the cancellation of more than 100,000 flights over the next week (smaller disruptions
have continued). At the height of the crisis, almost 30%
of worldwide scheduled passenger capacity was grounded
and 313 airports closed, affecting 1.2 million passengers
a day. The financial impact is estimated at $1.7 billion-$3
billion depending on what is being counted.
Airlines protested the closure of airspace
during the volcanic eruption, but lack of
consensus on safe levels of ash left
regulators feeling they had little choice 100601 – Air Transport World - Small Eruption, Massive Fallout
Aviões ou vulcões?
Danos causados pelas cinzas vulcânicas
Aumento do consumo e das emissões
Crescimento do tráfego aéreo mundial e emissões
90%
42 trilhões pax x km / ano
38 trilhões pax x km / ano
1,8 trilhão litros / ano
CO2
2050
Fonte: Cambridge University
4 GT / ano
(IPCC, ICAO)
Efeito potencial dos combustíveis no
aquecimentoglobal
Medidas de contenção
Preços do “jet fuel” e do petróleo
Price (USD/barrel)
200
180
160
140
120
Jet Fuel
100
Oil
80
60
40
20
jan
-200
3
mai
-200
3
set200
3
jan200
4
mai
-200
4
ago
-200
4
dez
-20
04
abr
-200
5
ago
-20
05
dez
-200
5
abr
-200
6
ago
-20
06
dez
-200
6
abr
-200
7
ago
-20
07
dez
-200
7
abr
-20
08
ago
-200
8
dez
-200
8
abr
-200
9
ago
-200
9
0
Oil – World Crude Oil Prices
US Spot Price FOB Weighted by Estimated Import Volume
(Source: EIA - http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/wtotusaw.htm
Price
(cents/Gallon)
Jet Fuel - Prices at End User
US Refiner Petroleum Product Prices by Sales Type
(Source: EIA - http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_pri_refoth_dcu_nus_m.htm)
Preços do “jet fuel” e do petróleo
Price (Cents / Gallon)
400
350
300
250
200
150
100
50
ja
n-
19
97
ag
o19
97
fe
v19
98
se
t-1
99
8
m
ar
-1
99
9
ou
t-1
99
9
m
ai
-2
00
0
no
v20
00
ju
n20
01
de
z20
01
ju
l-2
00
2
ja
n20
03
ag
o20
03
m
ar
-2
00
4
se
t-2
00
4
ab
r20
05
ou
t-2
00
5
m
ai
-2
00
6
no
v20
06
ju
n20
07
ja
n20
08
ju
l-2
00
8
fe
v20
09
ag
o20
09
0
Jet Fuel
Oil – World Crude Oil Prices
US Spot Price FOB Weighted by Estimated Import Volume
(Source: EIA - http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/wtotusaw.htm
Oil
Jet Fuel - Prices at End User
US Refiner Petroleum Product Prices by Sales Type
Price
(USD/barrel)
(Source: EIA - http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_pri_refoth_dcu_nus_m.htm)
Preços do Combustível no Brasil
Preços Médios do QAv (R$/litro)
1,60
1,40
1,20
1,00
Preços do QAv
(R$/litro)
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
1994
1999
2004
2009
O QAv chegou a representar até cerca de 40% dos custos de operação
das empresas aéreas brasileiras no cenário recente de altos preços do
petróleo.
Fonte: ANP 2009
Participação do combustível nos custos de
operação
All major airlines
Fonte: IATA
Redução do consumo de combustível e das emissões
Aumento das
taxas de
ocupação
Substituição
do
combustível
Substituição
do modal
Redução das
operações
Redução do consumo
de combustível
e das emissões
de gases de efeito estufa
provenientes da
aviação
Uso de aviões
mais
eficientes
Melhoria dos
procedimentos
operacionais
Fonte: Nielsen et al - Danish
Environmental Protection Agency
(DEPA) - 2001
Concepção do avião e economia de combustível
Pontos relevantes a considerar:
Quanto à concepção do avião
Configuração
Dimensionamento
Aerodinâmica
Peso
SFC x Fuel Burn
“Right sizing”
Quanto à configuração do motor
Turboprop
Open Rotor ou Unducted Fan
Geared Turbofan - GTF
Motor (evolução de SFC, eficiência propulsiva, eficiência
térmica)
Potencial de redução de consumo de combustível
Aumento da eficiência aerodinâmica
Novas tecnologias de propulsão
Aumento da eficiência estrutural
Aviões com motores turbofan modernos já
atingem eficiência em consumo de
combustível de 3.5 litros/100 pax-km. Os da
próxima geração projetam consumo de 3.0
litros/100 pax-km (como os carros compactos)
Fonte: Boeing
(Os turboélices da próxima geração devem
chegar a 2.5 litros/100 pax-km) Estimativa Embraer
Cada kg de combustível economizado
= 3,1 kg de CO2 não emitidos
Potencial de redução de
consumo
(visão Embraer)
Médio Prazo (2013+)
Aumento da eficiência
aerodinâmica
2a4%
Uso de novos materiais
estruturais
<2%
Motores turbofan de nova
geração
~12 %
Longo Prazo (2018+)
Novas tecnologias de motores
(ex. Open Rotor)
> 20%
O avião certo para a rota certa
Definição da capacidade de assentos
FAIXA DE
UTILIZAÇÃO MÉDIA
“Right Sizing”
SPILLAGE
BREAK-EVEN
FROTA IDEAL
Atingindo o ponto de ‘spillage’ de um modelo, substitui-se por um
maior, que tenha esse valor como “break-even”
ERJ-135:‘ SPILLAGE ’ @ 27 assentos
ERJ-145:‘ BREAK-EVEN ’ @ 25 assentos
Capacidade de assentos ideal para a aviação regional
(na ausência de ‘Scope Clauses’).
37
50
70
Maiores detalhes: ver http://www.ruleof70to110.com/main/index.html
~98
EMBRAER 170/175 e EMBRAER 190/195
Mesma seção transversal
da fuselagem
195
195
108 – 116 assentos
108 – 116 assentos
190
190
98 – 106 assentos
98 – 106 assentos
175
175
78 – 86 assentos
78 – 86 assentos
170
170
70 – 78 assentos
70 – 78 assentos
Família ERJ-145
7,55 m
ERJ-135
ERJ-135
37 assentos
6,75 m
20,04 m
26,33 m
7,55 m
6,75 m
ERJ-140
ERJ-140
44 assentos
20,04 m
28,47 m
7,55 m
ERJ-145
ERJ-145
50 assentos
6,75 m
20,04 m
29,87 m
Redução de SFC dos motores - histórico
Diferentes configurações de motores aeronáuticos
Turbofan de baixo
bypass (militar)
Acelera uma pequena m x
massa de ar a uma
alta velocidade
V
Turbofan de alto
bypass (civil)
Acelera uma grande
massa de ar a uma
velocidade média
mxV
Turboélice
Acelera uma enorme
massa de ar a uma
velocidade muito
baixa
m
Fonte: Rolls-Royce
xV
Eficiência propulsiva e eficiência térmica
0.700
Specific Fuel Consumption lb/hr / lbf @ 0.8Mn
0.70
0.725
0.750
Propulsive
Efficiency
ηprop
0.775
0.65
0.800
0.60
0.55
Approaching practical
limit for Low NOx
combustion?
0.825
Current
Rolls-Royce
HBR
Engines
0.850
0.875
0.900
0.925
0.950
0.975
1.000
0.50
0.45
0.40
0.35
0.4
≈ 30%
Theoretical
Improvement
@ 0.8Mn
Approaching
Theoretical Limit, i.e.,
Stoichiometric TET,
Ultimate Component
Efficiencies, 80+
OPR.
0.30
0.500
0.525
0.550
0.625
Fonte: Rolls-Royce
Approaching
0.425 Limit,
Theoretical
i.e., Open Rotor
0.450
Propulsive
0.475 Efficiency
0.575
0.600
Thermal Efficiency ηth
x Transfer Efficiency ηtran
GTF (PW1000G) e Open Rotor (Rolls-Royce)
Fonte: P&W
Fonte: Rolls-Royce
Exemplo de medida de eficiência em consumo
ASM/USGal
Gal
ASM/US
70,0
70,0
68,0
68,0
(BR1)
(BR1)
(BR2)
(BR2)
66,0
66,0
64,0
64,0
(ATA)
(ATA)
(US1)
(US1)
62,0
62,0
60,0
60,0
58,0
58,0
2002
2002
2003
2003
2004
2004
2005
2005
2006
2006
2007
2007
2008
2008
Exemplo de parâmetro para comparação e verificação de eficiência em
consumo de combustível: ASM/US Gal (Assentos
oferecidos/combustível utilizado)
Fonte: Relatórios Anuais da ATA e das Companhias Aéreas 2007
Outras ações para reduzir o consumo de combustível
Modernização do Controle de
Tráfego Aéreo (ATC)
Planejamento de rotas diretas
(setores mais curtos)
Quantidade mínima de combustível
de segurança
Aumento de “load factor”
Otimizar operação no solo (APU,
veículos de serviço, “turn around”,
espera no solo)
Sistemas (MEA, etc)
Cuidados na manutenção (limpeza:
avião e motor)
Combustíveis Alternativos
Efeito do poder calorífico dos combustíveis no
alcance
FT-Synfuel
Jet A1/Biodiesel
Dados aproximados, baseados
em um alcance de projeto
de 1500 nm
Metano/Etanol
H2Liq
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