Hak Kavramı ve Hakların Sınıflandırılması

A aviação comercial mundial está sofrendo cada vez mais pressão para se tornar mais lucrativa, evitando desperdícios e baixando custos operacionais. O cenário mundial de custos de combustíveis fósseis atingiu uma grande alta nos preços durante o ano de 2008 (Figura 2.1).

Figura 2.1: Variação do preço em dólares do barril de petróleo (linha vermelha) e combustível aeronáutico (linha preta) entre 2003 e 2009

(http://www.iata.org/whatwedo/economics/fuel_monitor/price_development.htm).

Apesar de o preço do barril de petróleo ter caído significativamente durante o ano de 2009, fabricantes de aeronaves e seus fornecedores possuem metas de redução de consumo de combustível no desenvolvimento das futuras aeronaves. Tais metas, indicadas por pesquisas de mercado, apresentam reduções de no mínimo 15% de consumo de combustível e emissões de gás carbônico em relação a aeronaves atuais (BOEING, 2008). O Conselho Consultivo de Pesquisas Aeronáuticas na Europa prevê reduções nas emissões de gás carbônico para 2020 em até 50% (EUROPA, 2001). Essas metas não são alcançáveis com as tecnologias de sistemas, materiais e motores disponíveis hoje. Pesquisas nas áreas de aerodinâmica, processos de fabricação com materiais mais leves, sistemas e motores são necessárias e estão em desenvolvimento.

Nesse cenário, o avião com sistemas mais elétricos pode ser considerado uma alternativa e está em estudo por várias empresas e institutos de pesquisa com grande expectativa de redução de consumo de combustível. Existem vários programas de pesquisa e iniciativas da indústria relacionados a aviões com sistemas mais elétricos. Entre os mais significativos destacam-se:

POA – “Power Optimized Aircraft”:

Com início em janeiro de 2002 e com duração de cinco anos, contou com a participação de 43 organizações do setor aeronáutico europeu entre indústrias, institutos de pesquisa e universidades. O projeto POA sofreu investimentos totalizando 100 milhões de Euros, financiados pelos participantes e pela própria comunidade européia. A Liebherr- Aerospace liderou o projeto, e os demais principais envolvidos são: Airbus, Alenia Aeronautica, Goodrich, Thales Avionics, Rolls Royce, Snecma Moteurs, Hispano-Suiza e German Aerospace Center. Como resultado, o projeto POA demonstrou que os sistemas mais elétricos são capazes de extrair 35% menos potência do motor em cruzeiro do que os sistemas convencionais. Por outro lado, os sistemas mais elétricos possuem tendência a serem mais pesados que os convencionais, principalmente o sistema elétrico. Isto ocorre devido à alta estimativa de peso da eletrônica de potência que é utilizada no avião com sistemas mais elétricos. Entretanto, o estudo demonstrou que há possibilidade de se atingir 2% em economia de combustível (FALEIRO, 2006). Este valor é altamente dependente do tipo de missão, de acréscimos ao arrasto do avião devido a tomadas de ar externas para o ar condicionado mais elétrico e acréscimos em peso. O estudo também mostrou que há ganhos em manutenção para os sistemas mais elétricos, visto que são eliminadas linhas de ar comprimido e linhas hidráulicas que estão sujeitas a vazamentos.

Boeing 787:

A Boeing espera uma redução no consumo de combustível de aproximadamente 20% em relação às aeronaves atuais, devido a:

• melhorias aerodinâmicas: asa transônica avançada, otimização multidisciplinar com relação a peso, arrasto e desempenho de motor, redução de carenagens devido a melhor instalação compactada de sistemas, entre outros;

• novos conceitos de estruturas e materiais: fuselagem fabricada em material composto; • motor sem extração de ar comprimido (Trent 1000 da Rolls Royce e Genx da GE, Figura

• utilização de arquiteturas de sistemas mais eficientes baseadas no conceito mais elétrico.

Figura 2.2: Rolls Royce Trent 1000 e GE Genx, ambos utilizam o conceito sem extração de ar comprimido (fontes: http://www.geae.com/, http://www.rolls-royce.com/civil/index.jsp ).

Bombardier C-Series:

Desenvolvimento anunciado pela Bombardier com redução de 15% no custo operacional em relação a aeronaves atuais e 20% em redução de consumo de combustível. Os avanços tecnológicos são: freios elétricos, utilização de tecnologia “fly-by-wire”, materiais compósitos mais leves, novo motor Pratt&Whitney PW1000G que possui tecnologia “geared fan” (faz com que o ventilador opere em velocidades mais lentas e otimizadas, reduzindo consumo de combustível).

Outras iniciativas de projetos de sistemas mais elétricos/mais eficientes:

• Pratt&Whitney: pesquisa aplicada aos motores turbojatos para aviões com sistemas mais elétricos. Eliminação da caixa de engrenagens do motor, acoplamento de arranque-gerador sem escova no eixo de alta pressão;

• Liebherr: responsável pela liderança do projeto POA;

• Goodrich: participou do POA desenvolvendo sistemas de atuação (comandos de voo, trem de pouso e freios acionados eletricamente ou com geração local de energia hidráulica), desenvolvimento de sistemas de degelo eletro-térmico e mecânico de baixa potência elétrica;

• Hamilton Sundstrand: participação no programa 787 da Boeing. Desenvolvimento de sistema de ar-condicionado para avião sem extração de ar do motor, desenvolvimento de sistemas de geração de potência elétrica para o Boeing 787;

• TIMES: “Totally Integrated More Electric Systems”: programa patrocinado pelo Departamento de Comércio do Reino Unido;

• MEA: “More Electric Aircraft Program”: US Air Force Research Laboratory. Desenvolvimento de tecnologia mais elétrica para a aviação militar;

• Hispano-Suiza: Participou do POA. Desenvolveu duas frentes: controle do motor e na distribuição de potência;

• Messier-Bugatti: Participou do POA. Trabalha com o projeto de freios elétricos;

• Snecma: Participou do POA, possui estudos na área de motores sem extração de ar comprimido;

• Honeywell: Desenvolve sistemas mais elétricos com soluções para unidade auxiliar de potência, unidade de controle ambiental, inversores de potência e outros sistemas.

Devido a este cenário atual da aviação mundial, surge a necessidade de analisar as novas tecnologias e arquiteturas de sistemas. Esta análise deve ser profunda o suficiente considerando aspectos energéticos, exergéticos e econômicos. Para tanto, a exergia é totalmente aplicada à esta necessidade visto que permite quantificar diferentes aspectos do projeto e desempenho de aeronaves em um mesmo padrão de avaliação e comparação. O uso combinado de índices aeronáuticos tradicionais, tais como combustível consumido, consumo específico de combustível e peso de decolagem, com parâmetros exergéticos de desempenho mostram-se de uso conveniente por permitirem uma análise global do desempenho da aeronave. Esta análise integrada permite a comparação de diferentes configurações auxiliando o engenheiro no processo de otimização e de entendimento de como ocorrem e se relacionam os processos de conversão de energia na aeronave.

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Objetivo

O objetivo principal deste trabalho é propor um método que utiliza a análise exergética para concepção e avaliação de sistemas aeronáuticos. O método é proposto para harmonizar o uso da exergia como ferramenta de decisão na concepção e avaliação de desempenho de sistemas aeronáuticos, assim como parâmetro de otimização. O método propõe índices que podem ser aplicados a todos os sistemas do avião, inclusive o motor.

Objetiva-se também utilizar este método para avaliar arquiteturas competitivas de sistemas de gerenciamento de ar mais elétrico frente aos sistemas convencionais aeronáuticos para uma mesma aeronave, e assim obter a real comparação em termos de qualidade de conversão de energia em nível sistema e impactos em nível avião.

A quantificação dos requisitos de dimensionamento e a apresentação da modelagem termodinâmica dos sistemas de gerenciamento de ar convencionais e mais elétricos, assim como a modelagem do motor para ambas as versões da aeronave, também são objetivos desta tese.

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Revisão Bibliográfica: Análise Exergética na Indústria