E-JETs FUEL SAVING - E1

1- INTRODUÇÃO

Ao definir os objetivos deste POST, o foco inicial era fornecer orientações sobre como reduzir os custos diretos do voo (aqueles que só incidem quando a aeronave voa).

No entanto, muitos destes custos são específicos da Empresa (salário dos tripulantes, por exemplo) e não podem ser contabilizados. 
Então, a decisão foi focar nas ações relacionadas à economia de combustível.

Basicamente, este POST objetiva:

·            Enumerar a influência  das ações do piloto e do DOV no consumo de combustível;

·     Enumerar os fatores que provocam a deterioração do motor e a degradação da aeronave, bem como as ações do piloto e da Manutenção para minimizá-los.

1.1- Definições:

COC - (cash operating costs) são os custos diretos que ocorrem quando a aeronave voa. O COC não inclui os custos fixos, tais como leasing, seguros e os custos de capital.

O COC, geralmente, inclui:

·    - Custos relacionados com o combustível (no Brasil, pode atingir 40% dos custos da operação (COC)).

·          - Tarifas relacionadas ao voo (de aeroporto, de navegação e de pouso); e

·         -  Demais custos relacionados à duração do voo (Manutenção, tripulação, etc.). 

Cost Index- a finalidade do "cost index" é relacionar o custo do combustível com os custos relacionados ao tempo de operação. A redução do consumo de combustível por quilômetro voado, normalmente, é obtida através da redução da velocidade. No entanto, ao reduzir a velocidade, os custos da tripulação e de Manutenção aumentam, pois são variáveis com a duração do voo.

Esta equação é solucionada pelo “cost Index”.

Nota: o FMS dos E-Jets E-1 não tem capacidade de processar o “cost índex”.

TSFC -(Thrust Specific Consumption) – é um índice que mostra o consumo do motor por tração (Fuel Flow/Thrust). O TSFC mostra a eficiência do motor, que pode ser observada pela necessidade de um maior FF e ITT para uma determinada N1. Quanto menor FF e ITT para manter a N1, melhor a performance do motor.

2- INFLUÊNCIA dos PROCEDIMENTOS no CONSUMO de COMBUSTÍVEL

Lembre-se: quando aplicar métodos para reduzir o combustível requerido, a segurança do voo não pode ser desconsiderada.

Para tornar os exemplos mais concretos, os cálculos foram efetuados com a mesma referência – "Trip distance" (air distance) média de 600 NM. 
Neste voo hipotético, ações inadequadas do piloto e do DOV podem influenciar o "trip fuel", aumentando-o em até 275 Kg ou mais.

a- Flight Planning

Fuel required - a quantidade de combustível reabastecida para a realização de um voo deve ser suficiente para cumprir os requisitos legais. A definição de uma alternativa é um destes requisitos. A distância desta alternativa é um parâmetro importante, pois, a cada 100 NM representa um acréscimo de 0,63% no "trip fuel".

Outro fator é o adicional de combustível, o chamado “extra fuel” ou “combustível das crianças”.

Embora não seja uma exigência legal, o “extra fuel” é, normalmente, abastecido em situações previstas de mau tempo, excesso de tráfego aéreo ou outro fator julgado necessário. 
Para cada 200 Kg de combustível extra, o "trip fuel" aumenta, em média, 0,28 %.

A Empresa deve prover o piloto com informações confiáveis para que ele possa decidir o “extra fuel” com economia, porém mantendo a segurança do voo.

b- "Take Off"

"Reduced TO Thrust" - na realidade, decolar com potência reduzida consome de 1 a 3 Kg a mais (dependendo da altitude de aceleração) do que em uma decolagem com potência máxima, pois, com menor razão de subida, mais tempo é necessário para atingir o segundo segmento (mais tempo, maior consumo).

A finalidade de decolar com potência reduzida é a extensão da vida do motor. Quanto menor a ITT na decolagem, menor o custo de manutenção do motor. Além disso, com potência reduzida, a probabilidade de falha do motor na decolagem é menor.

Flap Selection - uma decolagem com Flap 4, em comparação com uma com Flap 2, consome cerca de 20 kg a mais. Os parâmetros para este cálculo considera que a fase de decolagem termina a 1500 pés, recolhendo os flaps a partir de 400 pés.

Caso os flaps sejam recolhidos a partir de 1000 pés (em vez de 400) há um acréscimo de 10 Kg. (adicionais aos 20 Kg).

c- "Climb"

A subida tem um impacto significativo no consumo, principalmente nos trechos curtos e médios, onde representa de 20% a 40% do "trip time", usando um FF cerca de 40% maior que o FF da fase de cruzeiro. 

High Speed Climb- subir com alta velocidade (acima da “optimum climb speed”) é a melhor maneira de aumentar o "trip fuel". Quanto mais alta a velocidade, maior é o "trip fuel". Com uma velocidade acima de 300 Kts, este acréscimo pode chegar a 3.5%. Isto representa um consumo extra de cerca 108 kg (calculados de 10.000 pés até o nível de cruzeiro).

Nota - subir com CLB-2, em vez de CLB-1 aumenta o "trip fuel" em, aproximadamente, 25 kg. Entretanto, subir com CLB-2 pode reduzir os custos de manutenção do motor. Cabe à Empresa fazer as contas e decidir pelo mais conveniente.

d- "Cruise Speed/ Altitude Management"

d.1- Nível Ótimo (FMS) - o FMS dos E-Jets sugere um nível ótimo. Problema já conhecido, este nível sugerido pelo FMS deve ser desconsiderado. O nível de cruzeiro mais econômico para o LRC é o nível da tabela do AOM (Long Range Cruise Altitude Capability), exceto se fatores como vento e turbulência indicarem outra conduta. 

Voar 2000 pés abaixo da “Cruise Altitude Capabiity” causa um impacto de, aproximadamente, 37 kg (1.14%) no "trip fuel".

Nota: este cálculo considera que a velocidade e direção do vento se mantiveram estáveis.

d.2- Wind Altitude Trade- ao subir para um nível mais alto devemos considerar a variação do vento. Dependendo da variação do vento (principalmente se houver um acréscimo significativo de vento de proa) não é aconselhável subir. Acontece que a solução deste “significativo” é complexa e de difícil aplicação. O AOM publica uma tabela chamada “Wind Altitude TRADE” que pode ajudar nesta solução.
d.3- Speed- voar com velocidade M 0.01 a mais em relação à velocidade de LRC, provoca um acréscimo de, aproximadamente, 13 Kg (0.40%) no "trip fuel".

e- "Trimming"

O AP (auto-pilot), quando acoplado, compensa a aeronave para “pitch”, mas não compensa para “roll” e nem para “yaw”. Para compensar as tendências de “row” e “yaw”, o AP atua na superfície de comando (ailerons), causando um aumento do arrasto. Por isso, sempre que necessário, o piloto deve interferir e compensar a aeronave manualmente.

Fuel balance – caso o desbalanceamento esteja provocando a necessidade de compensação, efetue o “fuel balance” primeiro, depois compense. Normalmente, pequenos desbalanceamentos de combustível não descompensam a aeronave.

f- "Holding"

Se tiver que efetuar um holding, faça liso. Usar Flap 1 provoca um consumo de cerca de 20% a mais, em comparação com o avião liso.

Nos E-Jets, não existe grandes diferenças de consumo, quando em espera (do FL100 ao FL 300). Portanto, ajuste o nível de espera em função da distância do aeroporto de destino, de modo a efetuar uma descida normal e econômica quando for pousar. 

Uma maneira de aumentar o combustível disponível para espera é efetuar a espera na rota da alternativa e na altitude que pretende seguir para o alternado.

Por exemplo, com destino SBEG e alternativa SBPV, caso a espera tenha que ser realizada no FL300, é melhor esperar a aproximadamente 90 NM de SBEG, porém na rota para SBPV.

g- Descent

Descer em FPA de 3%, em vez de “Idle descent”, provoca um consumo de até 19 kg a mais no "trip fuel". Porém, não adianta descer em “idle” e nivelar a baixa altura, antes do destino.

A descida em “idle + path” é a solução ideal, mas difícil de ser executada, pois o FMS do E-1 não tem essa capacidade: “tem que ser feita no braço”.

Descer em alta velocidade (próximo da VMO/MMO) também causa maior consumo, mesmo em “idle”. Este consumo excedente, provocado pelo maior arrasto, pode chegar a 20 kg.

h- Aproximação e Pouso

O pouso na configuração de “flap full”, nas mesmas condições, consome 10 kg a mais de combustível do que o pouso efetuado com Flap 5.

No táxi IN, o consumo com 2 motores aumenta em aproximadamente 5 kg/minuto. 

Aplicar o reverso a pleno, até quase parar a aeronave, provoca um consumo de 10 kg, em comparação com reverso mínimo. Além disso, o uso do reverso com potência máxima aumenta a possibilidade de ingestão.

Use seus conhecimentos matemáticos para decidir pela configuração mais econômica, sem esquecer a segurança do voo.

i- SUMÁRIO - Adicional de Consumo:

Segue um sumário do adicional de consumo (em relação ao "trip fuel"), considerando o voo exemplificado (600 NM de "trip distance").

ITEM	Adtl. Trip Fuel	Percentual
Aumento de 100 NM na distância para o alternado	19 Kg.	0,63 %
Aumento de 200 Kg. no comb. requerido (extra fuel)	9 Kg.	0,28 %
Usar Flap 4 na decolagem  (em vez de Flap 1)	19 Kg.	0,63 %
Limpar a 1000 pés (em vez de 400) na decolagem	10 Kg.	0,32 %
“High speed climbing” (acima de 10.000 pés)	108 Kg.	3,5 %
Voar 2000 pés abaixo da altitude ideal	37 kg.	1,14 %
Voar M 0.01 mais rápido que o LRC	13 kg	0,4 %
Vmo/Mmo na descida	20 kg.	0,65 %
Descer com 3 graus de FPA (em vez de Idle dsc)	20 Kg.	0,65 %
Pousar com Flap Full (em vez de Flap 5)	10 Kg.	0,32 %
Usar “full reverse” ate quase parar	10 Kg.	0,32 %
TOTAL	275 Kg	8,84%

j- Consumo por minuto de operação:

Táxi bi-motor                                                                          8 kg/min

Táxi mono-motor  (sem APU)                                                  5 kg/min

Consumo do APU (so eletrico)                                                1,7 kg/min

Consumo do APU  (com carga: elet. e ar)                                2,4 kg/min

Operação do de-ice do motor                                                  10 kg/h.

Operação do de-ice das asas                                                  110 kg/h.

3- DETERIORAÇÃO do MOTOR e DEGRADACAO da AERONAVE:

A deterioração do motor e a degradação da aeronave também provocam aumento no consumo de combustível. Piloto e Manutenção podem minimizar este potencial causador de gastos.

3.1- DETERIORAÇÃO do MOTOR

O TSFC -(Thrust Specific Consumption) mostra com que eficiência o motor converte a energia térmica do combustível em energia de tração.

A deterioração do motor é mostrada com um FF e ITT mais altos para manter um determinado valor de N1 (valores mais altos de TFSC).

a- Fatores que Provocam a Deterioração do Motor:

Os componentes do motor a jato são submetidos a temperaturas acima de 900⁰ C e pressões extremas.

Quanto mais severa for a operação do motor, maior a deterioração. 

A operação severa do motor provoca:

·         Erosão das partes móveis, com modificação na forma aerodinâmica e "blade tip clearances" (representa 45% do total TSFC);

·         Aumento de espaços entre os selos internos do motor, devido à erosão e fricção;

·         Vazamento nas juntas e nos selos (representa 5% da deterioração); e

·         Erosão por FOD.

b- Procedimentos Operacionais para Evitar a Deterioração do Motor:

·         Potência  para iniciar o táxi: minimize a quebra da inércia quando parado (tente usar, no máximo, 40% N1). Evite parar o avião totalmente no táxi para não ter que repetir o processo;

·      Táxi: durante as curvas evite deixar o motor para fora da pista. Caso não seja possível, não acelere motor externo quando o ele estiver fora da pista;

·         Reverso: não aplique o reverso com velocidade de táxi, só em emergência.

·         Decolagem: evite usar “static TO” desnecessariamente;

·     Geral: evite movimentos rápidos com as manetes. Isto causa fricção na ponta das palhetas e aumenta os espaços.

b.1- Prevenção de FOD (areia, neve, partículas de metal, cinzas vulcânicas, pavimento solto): partículas nos pavimentos podem danificar significativamente os componentes do motor, devido ingestão por sucção, mesmo em “IDLE thrust”. Uma causa comum de ingestão no solo é o vórtice criado na entrada do motor. O vórtice aumenta com o aumento da potência, principalmente em baixas velocidades. O vórtice pode ser dissipado aumentando a velocidade do avião ou com "headwind" forte.

Regras gerais para dissipar os vórtices:

- 10 Kts de velocidade dissipam vórtices formados com até 40% de    N1;

- 30 Kts de velocidade dissipam vórtices formados na potência típica de decolagem.

b.2- Reduced Thrust

Para cada 1000 ciclos de operação do motor, o motor deteriora em aproximadamente 0,07%, se decolar TO-1 em vez de TO-2.

Decolar com TO-2 (em de TO-1) significa:

- menos FF e menor ITT;

- custos de manutenção menores; e

- menor probabilidade de falha na decolagem.

c-  Procedimentos de Manutenção

·         Lavagem do compressor;

·         Inspeção e correção de problemas no motor;

·         Análise do "trend monitoring".

3.2- DEGRADAÇÃO AERODINÂMICA da AERONAVE

As aeronaves são desenhadas para ter o máximo de sustentação com um mínimo de arrasto. O objetivo é consumir menos combustível por NM voada. A degradação aerodinâmica provoca aumento do arrasto e, consequentemente, do consumo.

Se a aeronave não for bem mantida, pode-se ter uma degradação aerodinâmica de 2% (em 5 anos). Por outro lado, se a aeronave for bem mantida, espera-se 0,5% de degradação, em 10 anos. 

Até mesmo sujeira pode degradar a aeronave e provocar aumento no consumo (até 0.1 % do “specific range”).

Causas da degradação aerodinâmica:

·         Desalinhamento de portas, painéis de acesso, janelas e rebites;

·         Vazamento de selos e selos aerodinâmicos danificados;

·         Enrugamento, rugosidade e remendos na pintura;

·         Superfície de comando desregulada/descompensada;

·         Reparos irregulares, que deformam a aerodinâmica da aeronave.

Áreas cuja degradação mais afeta consumo:

·         Asas;

·         Flaps e Slats;

·         Spoilrs e Ailerons.

4- E-JETs X E-2 (Fuel Saving)

Além da redução de consumo devido aos aperfeiçoamentos aerodinâmicos (novas asas) e aos novos motores, o FMS do E-2 promete novas características para auxiliar no “fuel saving” (algumas destas características são opcionais)

- Melhor capacidade de processamento do FMS, para fornecer mais precisão nos cálculos de performance da aeronave;

- Cost Index (solução para o COC mais econômico);

- Capacidade de calcular “idle descent”;

- Capacidade de efetuar os cálculos para solucionar as decisões do “wind altitude trade” (escolha da melhor altitude em função do vento);

- RNP 0.1 (mais precisão e mínimos mais baixos nas aproximações).

5- CONCLUSAO

A redução do consumo de combustível é resultado de um esforço conjunto, de DOVs, pilotos e Manutenção. A correta operação e uma manutenção adequada da aeronave, aliadas a uma aeronave bem equipada, são fundamentais para redução do consumo de combustível.

Os DOVs contribuem com um planejamento adequado.

Os pilotos exercem uma fundamental ação, operando corretamente a aeronave e os motores.

A Manutenção contribui para uma aeronave com baixa degradação e motores mais eficientes.

 HAPPY FUEL SAVINGs