| Resumo : |
De acordo com o Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA), no Brasil, o setor aéreo dentro da área de transportes é responsável por 5% emissões dos gases do efeito estufa. Com intuito de reduzir estes números, estudos têm apontado como solução a utilização de fontes alternativas de propulsão. Neste contexto, o presente trabalho analisou a oportunidade de utilizar um vetor turboélice híbrido elétrico em um voo regional de curta distância. A aeronave ATR-72, e a rota Rio de Janeiro a São Paulo serviram como base do estudo devido à notoriedade da aeronave e da rota na aviação brasileira regional. Foi definida a missão a ser executada e as regulamentações seguidas pelo voo, e para realizar os cálculos foram coletadas as variáveis do vetor escolhido. Partindo dos padrões estabelecidos na aeronave convencional, uma aeronave híbrida elétrica com sistema em paralelo foi definida. Para chegar aos valores explícitos nos resultados foram utilizados métodos analíticos, solucionados através do software EES, os cálculos basearam-se nas equações de Breguet, aliadas ao método de fração de peso, utilizado no desenvolvimento preliminar de aeronaves. O sistema de baterias foi dimensionado usando como referência uma bateria disponível no mercado, mas também baterias com energias específicas que estarão disponíveis até 2030 e baterias hipotéticas que ainda são alvos de estudos. Foram realizados cinco estudos de casos, e os que apresentaram os melhores resultados foram os modelos utilizando ambos os motores com funcionamento em conjunto ao longo de toda a missão, variando a potência de cada fonte de acordo com o grau de hibridização, e o modelo com a turbina gás dimensionada para cruzeiro, com o motor elétrico suprindo a diferença de potência necessária para a decolagem e subida. Os casos foram analisados variando o grau de hibridização de 0 a 1 e a energia específica da bateria em 276,1, 400, 700, 1000, 1500 e 2000 Wh/kg. O efeito da variação do grau de hibridização e da energia específica em relação ao consumo, peso final da aeronave e custos de insumos energéticos foram estudados, e assim concluiu-se que no caso com funcionamento dos motores em conjunto durante toda a missão, graus de hibridização mais altos geram uma redução no consumo de combustível chegando a 49% para energia específica de 1500 Wh/kg e uma redução nas emissões de 43% com a mesma energia específica, porém, a aeronave ainda sofre com um acréscimo no peso final em mais de 10%. No outro caso a aeronave aumenta sua eficiência com redução no consumo total de combustível de até 2% com EE de 2000 Wh/kg e reduz até 3 % as emissões de CO2 para mesma energia específica, porém com um aumento do peso final da aeronave sem notoriedade, chegando a um peso máximo de decolagem com combustível e baterias de 22300 kg. |