{"id":35975,"date":"2023-09-06T07:42:12","date_gmt":"2023-09-06T10:42:12","guid":{"rendered":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/?p=35975"},"modified":"2023-10-04T16:28:39","modified_gmt":"2023-10-04T19:28:39","slug":"projeto-de-aviao-da-usp-pode-reduzir-ate-30-o-consumo-de-combustivel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/?p=35975","title":{"rendered":"Projeto de avi\u00e3o da USP pode reduzir at\u00e9 30% o consumo de combust\u00edvel"},"content":{"rendered":"

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\nAo projetar um avi\u00e3o, uma miniatura precisa ser testada em uma estrutura chamada t\u00fanel de vento – Foto: Pedro Bravo-Mosquera<\/small><\/p>\n

Para garantir a qualidade de vida da popula\u00e7\u00e3o mundial nos pr\u00f3ximos anos, precisamos de uma mudan\u00e7a de rota capaz de frear o aquecimento global. Embarcando na discuss\u00e3o, pesquisadores da Escola de Engenharia de S\u00e3o Carlos (EESC) da USP v\u00eam tra\u00e7ando novos caminhos para a redu\u00e7\u00e3o das emiss\u00f5es de carbono na avia\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Pedro David Bravo-Mosquera \u00e9 um dos pesquisadores a bordo de um novo conceito de aeronave comercial que apresenta novos rumos na confec\u00e7\u00e3o de avi\u00f5es de grande porte para passageiros. O artigo\u00a0Potential Propulsive and Aerodynamic Benefits of a New Aircraft Concept: A Low-Speed Experimental Study<\/i><\/a>\u00a0foi publicado na revista\u00a0Aerospace<\/i>. A pesquisa mostra parte do trabalho de doutorado de Pedro, cuja tese pode ser acessada\u00a0aqui<\/a>.<\/p>\n

O projeto do avi\u00e3o foi feito em um modelo 28 vezes menor a fim de ser testado em t\u00faneis de vento. Comparado aos grandes jatos convencionais, o modelo de avi\u00e3o proposto traz uma redu\u00e7\u00e3o de cerca de 12% no combust\u00edvel queimado. Por\u00e9m, uma economia de at\u00e9 30% pode ser alcan\u00e7ada com os combust\u00edveis alternativos e os materiais mais leves previstos para os pr\u00f3ximos 20 anos.<\/p>\n

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O projeto combina dois recursos inovadores. Um deles \u00e9 a asa em caixa, como se fossem duas asas em alturas diferentes que se juntam nas pontas, melhorando a efici\u00eancia e estabilidade do voo. Pedro Mosquera comenta que esse formato aumenta o desempenho do deslocamento em voo. \u201cA principal vantagem desta configura\u00e7\u00e3o \u00e9 aumento da efici\u00eancia aerodin\u00e2mica em cruzeiro e uma melhor distribui\u00e7\u00e3o dos esfor\u00e7os aerodin\u00e2micos entre as asas, o que pode reduzir o peso da estrutura\u201d.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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A outra tecnologia implementada \u00e9 a de motores junto ao corpo do avi\u00e3o. Nesse sistema de propuls\u00e3o chamado \u201cingest\u00e3o de camada limite\u201d, os motores sugam o escoamento de ar ao redor da aeronave. Isso permite que a aeronave se mova com menos pot\u00eancia, reduzindo ent\u00e3o o uso de combust\u00edvel.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Reduzir a queima de combust\u00edvel \u00e9 um dos principais objetivos do projeto. A asa em caixa, por si s\u00f3, aumentou a efici\u00eancia aerodin\u00e2mica em cerca de 8,2% na condi\u00e7\u00e3o de cruzeiro, ou seja, ap\u00f3s a subida e antes da descida. J\u00e1 o sistema de propuls\u00e3o por ingest\u00e3o de camada limite melhorou a propuls\u00e3o em 6,5%, reduzindo o desperd\u00edcio de energia.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Como o foco \u00e9 a efici\u00eancia, os avi\u00f5es conseguiriam uma performance semelhante \u00e0 velocidade atingida hoje, por\u00e9m com maior economia de energia. Isso significa tamb\u00e9m que os trajetos poderiam ser mais longos que avi\u00f5es do mesmo porte, com 180 passageiros, pois haveria menos necessidade de abastecimento com a mesma capacidade de combust\u00edvel no tanque.<\/p>\n

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Asas em caixa<\/strong><\/p>\n

O modelo 14-bis, de Alberto Santos Dumont, utilizou asas em forma de caixa, que n\u00e3o eram exatamente uma novidade. Elas foram testadas em 1893 pelo engenheiro ingl\u00eas Lawrence Hargrave na confec\u00e7\u00e3o de pipas. O conceito aerodin\u00e2mico das asas em caixa, no entanto, foi apresentado apenas em 1924 pelo f\u00edsico alem\u00e3o Ludwig Prandtl.<\/p>\n

\u201cEle apresenta o benef\u00edcio de diminui\u00e7\u00e3o do arrasto induzido quando h\u00e1 duas asas conectadas \u00e0s pontas. Existe um fen\u00f4meno de v\u00f3rtice de ponta em uma asa normal que pode ser reduzido se conseguirmos fazer asas mais longas, ou com uma superf\u00edcie vertical na ponta delas\u201d, explica Pedro Mosquera. Esses v\u00f3rtices s\u00e3o gerados pela pr\u00f3pria sustenta\u00e7\u00e3o das asas, mas exercem uma for\u00e7a contr\u00e1ria ao movimento do objeto que est\u00e1 voando.<\/p>\n

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Primeiras pipas em formato de caixa, desenvolvidas pelo ingl\u00eas Lawrence Hargrave em 1893, cujo conceito foi usado por Santos Dumont no projeto do 14-bis \u2013 Foto: Charles Bayliss\/Wikimedia Commons \u2013 Licen\u00e7a: Dom\u00ednio P\u00fablico<\/small><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Composi\u00e7\u00e3o ilustrativa feita para reportagem de jornal sobre o voo de Alberto Santos Dumont a bordo do 14-bis em 12 de novembro de 1906 \u2013 Foto: Autor desconhecido\/Wikimedia Commons \u2013 Licen\u00e7a: CC BY-SA 3.0<\/small><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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As asas de qualquer avi\u00e3o s\u00e3o levemente voltadas para cima e criam uma diferen\u00e7a de press\u00e3o entre a parte superior e a parte inferior. Como a press\u00e3o na parte de cima da asa \u00e9 muito menor que na de baixo, a for\u00e7a resultante joga o avi\u00e3o para cima. Quando esse ar pressionado debaixo da asas escoa pelas laterais para a parte de cima, formam-se grandes redemoinhos nas pontas. Isso introduz uma for\u00e7a contr\u00e1ria ao movimento do avi\u00e3o, induzida pela sustenta\u00e7\u00e3o das asas: quanto maior a sustenta\u00e7\u00e3o, maior \u00e9 o arrasto induzido. Esse efeito \u00e9 evitado quando h\u00e1 uma dobra voltada para cima nas extremidades.<\/p>\n

O conceito de asas em caixa tamb\u00e9m permite a constru\u00e7\u00e3o de avi\u00f5es mais leves. \u201cO 14-bis s\u00f3 voou por causa da uni\u00e3o das duas asas feita com uma superf\u00edcie que estava atr\u00e1s do centro de gravidade. N\u00e3o se tinha ideia disso, mas essas asas juntas, com essa superf\u00edcie que tem algum tipo de efeito aerodin\u00e2mico, d\u00e3o uma rigidez muito grande. Duas asas sozinhas seriam muito flex\u00edveis, a n\u00e3o ser que houvesse uma estrutura muito grande em cada uma delas. Unindo as pontas ou fazendo uma caixa, isso fica muito mais resistente\u201d, conta Catalano.<\/p>\n

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Ingest\u00e3o de camada limite<\/strong><\/p>\n

O conceito de ingest\u00e3o de camada limite para avi\u00e3o de passageiros, por sua vez, foi\u00a0apresentado pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT<\/i>) em 2017<\/a>. Desde ent\u00e3o, tem sido testado em projetos conceituais pela Nasa, a Administra\u00e7\u00e3o Nacional da Aeron\u00e1utica e Espa\u00e7o dos Estados Unidos.<\/p>\n

Quando um avi\u00e3o voa, quatro for\u00e7as atuam nele: o empuxo faz a nave ir para frente, o arrasto desacelera, o peso empurra para baixo e a sustenta\u00e7\u00e3o nas asas compensa o peso.<\/p>\n

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\nFor\u00e7as que atuam no avi\u00e3o – Foto: Wikimedia Commons – Licen\u00e7a: Dom\u00ednio P\u00fablico<\/small><\/p>\n

Pedro Mosquera conta que, com as t\u00e9cnicas usadas atualmente, somente motores muito grandes poderiam diminuir o consumo de combust\u00edvel. Esse aumento de tamanho, entretanto, traz outros problemas. \u201cO motor maior vai ocupar uma \u00e1rea maior, o que vai produzir mais arrasto em um voo. Ele tamb\u00e9m vai ser mais pesado e, para levantar esse peso, \u00e9 preciso mais sustenta\u00e7\u00e3o. O arrasto induzido \u00e9 a sustenta\u00e7\u00e3o ao quadrado. \u00c9 um efeito bola de neve. \u00c9 importante saber parar para pensar uma configura\u00e7\u00e3o ao n\u00edvel da tecnologia que temos atualmente.\u201d<\/p>\n

A proposta trabalha com outra ideia. Com o avi\u00e3o em movimento, as mol\u00e9culas de ar ao redor se agrupam devido ao atrito com a superf\u00edcie. Isso forma uma camada de ar com velocidade reduzida pr\u00f3xima \u00e0 aeronave, o que aumenta a espessura total de deslocamento do objeto atrav\u00e9s do ar. Na parte da frente do avi\u00e3o, essa camada de ar \u00e9 zero, mas vai ficando mais espessa quanto mais as mol\u00e9culas de ar batem sobre a fuselagem.<\/p>\n

Nos avi\u00f5es de passageiros convencionais, os motores ficam distantes do corpo para evitar que esse fluxo ca\u00f3tico de ar ao longo da estrutura seja aspirado e danifique o propulsor.<\/p>\n

No entanto, a tecnologia explora a possibilidade de incorporar motores na parte de tr\u00e1s da aeronave, sugando o fluxo de ar da superf\u00edcie. Essa configura\u00e7\u00e3o exige um ventilador mais robusto capaz de corrigir os turbilh\u00f5es antes que alcancem o propulsor, como explica o pesquisador. \u201cOs vetores de velocidade que entram no motor s\u00e3o completamente perturbados. Uma das etapas seguintes de pesquisa \u00e9 justamente pesquisar compressores que ajudem esses vetores de velocidade a serem apropriados para o correto funcionamento do motor.\u201d<\/p>\n

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\nImagem: Reprodu\u00e7\u00e3o da pesquisa<\/small><\/p>\n

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\u00a0As dificuldades, segundo o professor Catalano, s\u00e3o o que mais motiva a cria\u00e7\u00e3o de projetos inovadores.<\/p>\n

\u201cN\u00e3o conseguimos fazer nada isoladamente. Uma coisa \u00e9 melhorada enquanto a outra piora. \u00c9 aquele puxa de l\u00e1, puxa de c\u00e1. Por isso, trabalhar na \u00e1rea de otimiza\u00e7\u00e3o multidisciplinar \u00e9 excitante.\u201d<\/em><\/div>\n

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Testes em t\u00faneis<\/strong><\/p>\n

Antes de produzir um avi\u00e3o, parte dos testes s\u00e3o feitos em computadores. Em seguida, uma miniatura precisa ser testada em um t\u00fanel de vento.\u00a0No ambiente controlado do t\u00fanel, o vento passa como se o modelo, que fica parado, estivesse voando. Nessa etapa, uma balan\u00e7a mede o arrasto, a sustenta\u00e7\u00e3o e outras for\u00e7as que atuam sobre o prot\u00f3tipo em escala menor.<\/p>\n

Dessa forma, \u00e9 poss\u00edvel simular a aeronave subindo, descendo, virando, rolando e em outras condi\u00e7\u00f5es. Os pesquisadores tamb\u00e9m medem a press\u00e3o exercida na asa e visualizam o escoamento de ar, o que permite corrigir efeitos n\u00e3o previstos nas simula\u00e7\u00f5es computacionais.<\/p>\n

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\nFotos: Pedro Bravo-Mosquera<\/small><\/p>\n

O projeto atingiu o n\u00edvel tr\u00eas no\u00a0Technology Readiness Level<\/i>\u00a0(TRL<\/i>), uma escala desenvolvida pela Nasa para avaliar a maturidade de uma determinada tecnologia. Quando atinge o n\u00edvel quatro, o mais alto alcan\u00e7ado exclusivamente pelas universidades, a tecnologia precisa ser submetida a testes pela ind\u00fastria.<\/p>\n

Atualmente, a EESC desenvolve quatro projetos com a Embraer. O sucesso completo \u00e9 alcan\u00e7ado no n\u00edvel nove do TRL, quando a tecnologia est\u00e1 implementada e \u00e9 comprovadamente eficaz, um processo que normalmente leva de 10 a 15 anos.<\/p>\n

O Brasil \u00e9 um dos poucos pa\u00edses que concebe, projeta, constr\u00f3i, certifica e vende avi\u00f5es comerciais. De acordo com a plataforma alem\u00e3\u00a0Statista<\/i>,\u00a0a ind\u00fastria aeron\u00e1utica brasileira foi a 11\u00aa maior exportadora do mundo em 2021<\/a>, \u00e0 frente das de Israel, Pa\u00edses Baixos, Su\u00ed\u00e7a e Jap\u00e3o.<\/p>\n

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Metas ambientais<\/strong><\/p>\n

Em 2022, ainda como menor demanda devido \u00e0s pol\u00edticas de covid-zero em pa\u00edses como a China,\u00a0a avia\u00e7\u00e3o foi respons\u00e1vel por 2% de todas as emiss\u00f5es de g\u00e1s carb\u00f4nico relacionadas \u00e0 produ\u00e7\u00e3o de energia no mundo<\/a>, segundo a Ag\u00eancia Internacional de Energia (AIE).<\/p>\n

Embora seja um percentual pequeno do total, o impacto \u00e9 maior porque os avi\u00f5es liberam vapor e gases de efeito estufa pr\u00f3ximos \u00e0 camada de oz\u00f4nio. Nas esta\u00e7\u00f5es \u00famidas, os avi\u00f5es deixam um rastro de fuma\u00e7a formado majoritariamente por vapor d\u2019\u00e1gua. As nuvens formadas assim, cheias de fuligem de querosene, t\u00eam um efeito estufa quatro vezes maior que a camada de CO2. Isso poderia ser evitado com biocombust\u00edveis que produzem fuligem diferente, capaz de resfriar do globo terrestre.<\/p>\n

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\nRastro de fuma\u00e7a no c\u00e9u formada por vapor e gases de efeito estufa.<\/small><\/p>\n

De 1990 a 2019, a libera\u00e7\u00e3o desses gases pelas aeronaves cresceu 2,3% ao ano, superando o aumento dos transportes ferrovi\u00e1rio, rodovi\u00e1rio e mar\u00edtimo. Em valores absolutos, os gases emitidos pelos avi\u00f5es em 2022 correspondem a 80% do n\u00edvel pr\u00e9-pand\u00eamico, que deve ser ultrapassado at\u00e9 2025 com a volta gradual dos voos internacionais.<\/p>\n

A efici\u00eancia do combust\u00edvel na avia\u00e7\u00e3o melhorou 1,8% ao ano gra\u00e7as \u00e0 introdu\u00e7\u00e3o de aeronaves e motores mais eficientes entre 2010 e 2019. Para alcan\u00e7ar o objetivo de neutralidade de carbono estabelecido pela AIE em 2050, a efici\u00eancia precisa crescer a uma m\u00e9dia de 2% ao ano, de acordo com a Organiza\u00e7\u00e3o da Avia\u00e7\u00e3o Civil Internacional (OACI), entidade das Organiza\u00e7\u00e3o das Na\u00e7\u00f5es Unidas (ONU) respons\u00e1vel pelas atividades de transporte de pessoas na avia\u00e7\u00e3o mundial desde 1947.<\/p>\n

\u00a0O professor Catalano explica que, embora n\u00e3o seja poss\u00edvel deixar de emitir poluentes, as planta\u00e7\u00f5es usadas na produ\u00e7\u00e3o de combust\u00edveis aliadas a uma maior efici\u00eancia dos avi\u00f5es podem compensar o desequil\u00edbrio de gases do efeito estufa presentes na atmosfera. \u201cA meta de emiss\u00e3o zero na avia\u00e7\u00e3o em 2050 significa que ela ser\u00e1 sustent\u00e1vel, com tecnologias de baixa assinatura de carbono, como biocombust\u00edveis, hidrog\u00eanio verde e propuls\u00e3o el\u00e9trica, por exemplo.\u201d<\/p>\n

Ele acrescenta que, atrav\u00e9s das inova\u00e7\u00f5es tecnol\u00f3gicas, \u00e9 poss\u00edvel aumentar o tr\u00e1fego a\u00e9reo, diminuindo a polui\u00e7\u00e3o. \u201cSe n\u00f3s agirmos mesmo, essa queda vai acontecer. Se n\u00e3o agirmos, as emiss\u00f5es v\u00e3o sempre subir exponencialmente.\u201d<\/p>\n

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Texto: Ivan Conterno – Estagi\u00e1rio, sob orienta\u00e7\u00e3o de Val\u00e9ria Dias e Luiza Caires
\n<\/em>Arte: Gabriela Var\u00e3o – Estagi\u00e1ria, sob orienta\u00e7\u00e3o de Mois\u00e9s Dorado
\n<\/em>Mais informa\u00e7\u00f5es: e-mails pedro.mosquera@embraer.com.br, com Pedro David Bravo-Mosquera, e catalano@sc.usp.br, com\u00a0<\/i>Fernando Martini Catalano.<\/i><\/p>\n

Jornal da USP<\/em><\/p>\n

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Jun\u00e7\u00e3o in\u00e9dita de duas tecnologias inovadoras nas asas e nas turbinas conseguiria economizar 12% do combust\u00edvel queimado.<\/p>\n","protected":false},"author":9,"featured_media":36763,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"inline_featured_image":false,"footnotes":""},"categories":[111,37],"tags":[],"class_list":["post-35975","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-comunicados-alunos","category-noticias","entry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/35975","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/9"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=35975"}],"version-history":[{"count":19,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/35975\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":36096,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/35975\/revisions\/36096"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/36763"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=35975"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=35975"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/eesc.usp.br\/comunicacao-admin\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=35975"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}