MÓDULO 6 - CAPACIDADE DO LADO AÉREO Cláudio Jorge Pinto Alves (versão: 14/05/2014)

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1 MÓDULO 6 - CAPACIDADE DO LADO AÉREO Cláudio Jorge Pinto Alves (versão: 14/05/2014) 1 - INTRODUÇÃO De 1970 a 2010 observou-se um aumento de 7% ao ano no movimento de passageiros e prevê-se, para o período de 2010 a 2030, uma taxa de crescimento de 5,1% anuais [1]. Em função disso, o número de atrasos (e cancelamentos) de voos, cresce significativamente, ou por falta de capacidade em setores do espaço ou nos aeroportos, por condições meteorológicas desfavoráveis, ou outros motivos. Em Nova Iorque, as operações cresceram 60% e os atrasos, 110%. De fato, a capacidade de um aeroporto está associada à capacidade de cada um dos seus subsistemas e se limita pelo "gargalo". De uma forma geral quer-se um aeroporto com sistemas balanceados, sem ociosidades nem estrangulamentos. A capacidade está sempre associada a um nível de serviço. Pode-se afirmar que qualquer sistema dispõe de um limite de capacidade, que corresponde a uma condição de atraso ou desconforto inaceitável. Em termos de pistas, a FAA trabalha com duas definições: Capacidade Prática Horária - é o número de operações durante uma hora que corresponde a um nível tolerável de atraso (referência de atraso médio é de 4 minutos) e Capacidade Máxima Horária - é o número máximo de operações que o lado aéreo pode acomodar durante uma hora quando sujeito a demanda contínua. Esta última só pode ocorrer por pequenos intervalos de tempo, pois sua persistência tende a gerar congestionamentos e a paralisar o tráfego. Figura 1 Capacidade e nível de serviço

2 São vários os fatores que influenciam a capacidade das pistas em aeroportos: Configuração e uso das pistas Regras e procedimentos de tráfego aéreo Comprimento do trecho comum de aproximação Condições meteorológicas Relação entre pousos e decolagens Frota de aeronaves operantes (mix) Características operacionais das aeronaves Restrições da pista (obstáculos e horizonte) Ocorrência de toque e arremetida Separação entre as aeronaves na operação 2 MÉTODO FAA Uma pista simples, em média, suporta cerca de operações-ano. Num aeródromo com pequenas aeronaves em condições visuais favoráveis (VMC) uma pista simples atende até 99 operações por hora, Caindo para 60 quando as aeronaves são de grande porte. Condições instrumentais de operação (IMC) fazem a capacidade cair para 42 a 53 operações por hora. A Advisory Circular 150/ de 1983 [2], no site disponibiliza uma versão com correções até janeiro de É recomendado seu uso para o estágio de planejamento. Esse documento dispõe de 5 capítulos: ( a ) Chapter 1 - traz algumas definições e termos associados à capacidade. ( b ) Chapter 2 explicita a modelagem para cálculo de capacidade e atrasos para o planejamento de longo prazo, considerando uma situação comumente encontrada em aeroportos norte-americanos. ( c ) Chapter 3 contém instruções para cálculo de capacidade horária, volume de serviço anual e atrasos para uma ampla gama de configurações e situações de operação. ( d ) Chapter 4 traz instruções para cálculo de capacidade em situações especiais: condições meteorológicas desfavoráveis, ausência de cobertura radar/ils e aeroportos com pista restrita a pequenas aeronaves. ( e ) Chapter 5 identifica alguns programas computacionais que calculam capacidade. Nos seus apêndices estão relatados exemplos de aplicação. Muitas tabelas estão disponíveis, principalmente nos capítulos 2, 3 e 4, para subsidiar os cálculos necessários. Cálculo do Índice-Mix Para o modelo da FAA são consideradas as seguintes classes de aeronaves: Tipo A - pequenos monomotores pesando até kg Tipo B - pequenos bimotores pesando até kg Tipo C - aeronaves entre e kg (inclui B737, E145 etc) Tipo D - aeronaves pesando mais de kg (inclui A300, DC10, B747 etc) O valor do Índice Mix é obtido através da expressão: Indice-mix = % C + 3 x % D Isto é, o peso da porcentagem de grandes aeronaves é muito significativo, enquanto que aeronaves do tipo A e B representam um mesmo nível de solicitação da pista e inferior às aeronaves maiores.

3 São hipóteses da modelagem: Os valores se baseiam nas regras e práticas de controle de tráfego aéreo observadas nos aeroportos norte-americanos Porcentagens iguais de chegadas e partidas Saídas e acessos de pista suficientes e sem cruzamentos Porcentagens de toque e arremetida conforme Tabela 1 Espaço aéreo sem limitações Pelo menos uma pista equipada com ILS Para o cálculo anual considera-se 10% do tempo em operação VFR Tabela 1 Hipóteses Intrínsecas [2] Índice-mix % Toque e arremetida X* Y** X* - razão entre demanda anual e demanda média diária (do mês pico) Y** - razão entre demanda média diária e demanda média de hora-pico (do mês pico) Assim, identificando-se o Índice-Mix e a configuração que melhor se ajusta às especificadas temos os valores fornecidos pelo modelo. A Tabela 2 traz um extrato com as configurações existentes no Brasil. Para avaliação de espera (atrasos) pode ser utilizada a Figura 2 que fornece uma estimativa da espera por aeronave baseado na razão entre a demanda anual e o volume de serviço (capacidade anual). Multiplicando-se o valor da espera por aeronave pela demanda anual obtêm-se a estimativa de total de atraso anual. Adota-se a porção superior da banda quando domina a operação de operações da Aviação Comercial Regular. A parte inferior refere a situações onde a Aviação Geral é dominante.

4 Tabela 2 Capacidades Fornecidas [2] Configuração Índice-Mix VFR IFR Vol. Anual 0 a a Pista Única 51 a a a Pista Paralela 0 a a Separadas de 210 e 750 m 51 a a a Pista Paralela 0 a a Separadas de 750 e 1030 m 51 a a a Pista Paralela 0 a a Separadas De mais de 1030 m 51 a a a a a Cruzadas 51 a a a a a Em V aberto 51 a a a

5 Figura 2 Estimativa de atraso [2] Estão disponíveis ainda os custos decorrentes pela espera. Na Tabela 3 estão reveladas as estimativas para custos com tripulação, combustível e manutenção, para operadores da aviação comercial (regular ou táxi aéreo) e, os custos de combustível e manutenção, para os operadores da aviação geral (geral). No capítulo 3 (Chapter 3) desse mesmo documento é apresentado o procedimento para avaliação da capacidade de pista e de atraso. São 62 figuras contendo valores de capacidade básica, fator de saída e toque e arremetida. O procedimento é: Selecionar a configuração de pista e identificar as figuras a serem consultadas Consultando a figura apropriada para obtenção da capacidade ou do atraso, baseado no Índice-Mix e na porcentagem de chegada obter o C*, o T e o Fator de Saída (E). O cálculo da capacidade corresponde ao produto de C* por T e por E. Situações mais específicas e cálculos de capacidade de pátios e pistas de taxiamento, com exemplos, são abordadas nos capítulos seguintes da referida AC.

6 Tabela 3 Custos Associados a Atrasos [2] Aeronave USD/minuto Classe A - 1 motor 1-3 assentos 0, assentos (geral) 1,00 Até lb + 4 assentos (regular) 1,80 Classe B motor 2 / pistão (geral) 2,50 2 / pistão (táxi) 3,70 Até lb 2 / turbina (geral) 5,20 2 / turbina (táxi) 6,80 Classe C Motor pistão (geral) 2,80 Motor pistão (táxi) 4,00 De a lb Motor pistão (regular) 2,90 2 / turbina (geral) 5,60 2 / turbina (táxi) 7,30 2 / turbina (regular) 6,60 4 / turbina (regular) 15,10 2 / jato (geral) 13,60 2 / jato (táxi) 16,80 2 / jato (regular) 22,00 3 / jato (regular) 31,40 4 / jato (regular) 35,50 Classe D 2 / jato (regular) 39,00 3 / jato (regular) 57, lb 4 / jato (regular) 79,30 Pistão (geral) 1,40 Pistão (táxi) 2,30 Helicópteros Turbina (geral) 3,30 Turbina (táxi) 4,40 3 MODELAGEM ANALÍTICA O estudo de capacidade pode ser feito através de modelos analíticos baseados na representação gráfica das trajetórias das aeronaves durante procedimentos de pouso e decolagem, os diagramas espaço-tempo. A capacidade é formulada como o inverso do tempo médio de serviço das aeronaves que se movimentaram na pista. O tempo médio desse serviço na pista é definido pelo maior dos dois valores: a separação no ar em termos de tempo ou o tempo de ocupação da pista. Considerando o caso mais simples de uma pista dedicada apenas a pousos, sob condições de demanda contínua e não levando em conta as possibilidades de ocorrência de erros por parte de pilotos e controladores de vôo, o tempo de ocupação de pista por uma aeronave pode ser obtido pela diferença entre os tempos de passagem pela cabeceira da pista de uma aeronave líder i e outra seguidora j. As aeronaves que compõem a frota operante na pista podem ser agrupadas em classes discretas de velocidades de aproximação Vi, Vj, etc. O tempo médio de serviço ponderado pelas classes de aeronaves pode ser obtido através de uma matriz Mij, de separações entre aeronaves que chegam à cabeceira da pista e das porcentagens de participação Pij, das classes de aeronaves na frota. O valor esperado do tempo médio de serviço ponderado entre as classes de aeronaves da frota E[Tij] é o somatório entre os produtos de Pij e de Mij. Esses modelos determinam o número máximo de operações que um sistema de pistas pode acomodar num intervalo de tempo específico quando há demanda contínua de serviço. Nestes modelos o valor da capacidade pode ser traduzido pelo inverso da média do tempo de serviço para todas as aeronaves e tratam do corredor de aproximação em conjunto com a pista, formando o sistema

7 pista. Janic mostra em [5] uma abordagem muito interessante de avaliação de capacidade dos diversos subsistemas do Transporte Aéreo. De forma geral o tempo de ocupação de uma pista na decolagem varia de 30 segundos (pequenas aeronaves) a 60 segundos (grandes aeronaves). Já o tempo de ocupação no pouso depende das velocidades e do porte das aeronaves líder e seguidora. Essas separações variam de país para país. Para decolagens, numa pista simples, a separação oscila de 45 a 120 segundos. Para o pouso a variação é de 3 a 7 milhas náuticas. Em rota, no Brasil, utilizam-se os mínimos, no caso de separação radar, mostrados na Tabela 4. Tabela 4 Separações-Radar [4] No Brasil o cálculo da capacidade da pista é efetuado pelo Centro de Gerenciamento de Navegação Aérea (CGNA) através de uma metodologia descrita no MCA [6]. No sítio considerando as condições locais de cada aeroporto, é revelado o valor adotado como sendo o da capacidade horária de pista. O gerenciamento do fluxo de tráfego aéreo leva em consideração esse valor no planejamento e monitoramento dos voos. 4 SIMULAÇÃO Muitos são os modelos desenvolvidos que utilizam técnicas de simulação que buscam retratar as operações de uma pista e quantificar sua capacidade e identificar suas limitações. O Simulation Model (SIMMOD) é um dos modelos mais utilizados no Brasil. O Airfield Delay Simulation Model (ADSIM) é um modelo de simulação por eventos discretos que calcula tempos de viagem, atrasos e fluxos de operação. O Runway Exit Interactive Design Module (REDIM), um software free, está sendo testado no ITA para verificar sua eficácia no cálculo de capacidades de pista. Outros modelos como o Reorganised ATC Mathematical Simulator (RAMS), também está sendo estudado no ITA mais diretamente quanto à capacidade do espaço aéreo e o TAAM, um programa de custo bastante elevado, tem sido empregado por especialistas no Brasil. Muito citado na literatura, o ARENA, um pacote de aplicação mais geral, tem sido estudado mais para simulação do lado terrestre de aeroportos (por exemplo: terminais de carga, estacionamento de veículos e terminais de passageiros).

8 Referências [1] Ashford, N. et al (2013). Airport Operations. Elsevier. [2] Federal Aviation Administration (1983). Airport capacity and delay. (AC 150/5060-5). Washington (versão 1995) [3] Horonjeff, R et al (2010). Planning and design airports. 4th ed. McGraw-Hill [4] Ministério da Defesa (2013). Regras do ar. (ICA ) Brasília [5] Janic, Milan (2000). Air transport system analysis and modelling: capacity, quality of services and economics. Gordon and Breach Science Publishers, UK [6] Ministério da Defesa (2009). Capacidade do sistema de pistas. (MCA ). Brasília