Para uma plataforma aérea ancorada composta por múltiplos balões, a força que os guinchos auxiliares necessitam de realizar durantes os processos de descolagem e aterragem aumenta consideravelmente quando comparada com os valores para casos onde a plataforma é apenas composta por um balão. Como visto no subcapítulo anterior, para o pior cenário possível dos processos de descolagem e aterragem, cada guincho têm de suportar uma força de tração igual a 10480,44 N, ou seja, sensivelmente 1070 kgf.
Como já referido no subcapítulo 2.1.3, os guinchos auxiliares que a Omnidea dispõem atualmente são da empresa COMEUP sendo do modelo CP-500T dos guinchos elétricos.
63 Estes guinchos apresentam um binário de 41,26 kgf·m e uma velocidade angular aproximada de 3,67 rad/s.
De modo a verificar se os guinchos auxiliares atuais podem ser utilizados para a descolagem e aterragem de uma plataforma formada por vários balões, é necessário analisar as suas especificações em termos, sobretudo, de força de tração. Para o caso especifico onde é usado um cabo de Dyneema de 6 mm de diâmetro, estas especificações são apresentadas na Tabela 5.10.
Tabela 5.10: Especificações dos guinchos auxiliares atuais da empresa para um cabo de Dyneema de diâmetro 6 mm (adaptado de [11]).
Layer Raio [m] Força de tração [kgf]
Velocidade de recolha do cabo [m/min] Comprimento de cabo armazenado [m] 1 0,054 757,00 12,00 12,44 2 0,060 687,61 13,21 26,26 3 0,066 625,10 14,53 41,47 4 0,072 573,01 15,85 58,06 5 0,078 528,93 17,17 76,03
Analisando a Tabela 5.10, é possível verificar que a força máxima que os guinchos auxiliares atuais que a empresa dispõem é de 757 kgf que, tal como era espectável, é inferior à força mínima necessária (1068,34 kgf) para o caso de uma plataforma constituída por múltiplos balões. É confirmada assim a necessidade de escolher um novo par de guinchos auxiliares para o sistema.
Uma vez que o fabricante COMEUP apresenta uma vasta lista de guinchos elétricos para além do modelo CP-500T, foi dada prioridade a esta empresa durante a escolha dos novos guinchos auxiliares. O modelo escolhido para o novo par de guinchos elétricos auxiliares foi então o CWG-30375 (Figura 5.8).
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Segundo o fabricante, o guincho CWG-30375 é de fácil montagem e bastante seguro uma vez que possui um travão eletromagnético, um limitador de capacidade que evita a sobrecarga do guincho e um interruptor (caso solicitado) que permite a paragem imediata do sistema. A máxima eficiência mecânica é garantida pelo uso de engrenagens planetárias e rolamentos de esferas de alta eficiência e resistência a elevados esforços. O peso de cada guincho é 185 kgf [22].
As dimensões do guincho CWG-30375 são apresentadas na Figura 5.9.
Figura 5.9: Dimensões do guincho CWG-30375 (adaptado de [22]).
À semelhança dos guinchos CP-500T, o cabo usado nos guinchos CWG-30375 é cabo de aço sendo neste último caso específico com diâmetro igual a 10 mm. Deste modo, uma vez que os cabos de aços em ambos os guinchos serão substituídos por cabos de Dyneema com 6 mm de diâmetro, as especificações apresentadas no catálogo do fabricante acerca do guincho CWG-30375 não corresponderam à realidade do sistema da Omnidea. Deste modo, é necessário a adaptação das especificações dos guinchos ao caso onde são usados os cabos auxiliares de Dyneema com 6 mm de diâmetro.
Algumas das dimensões (já apresentadas na Figura 5.9) e características mais relevantes do guincho CWG-30375 para a adaptação das especificações estão sumariadas na Tabela 5.11.
Tabela 5.11: Dimensões e características mais relevantes do guincho CWG-30375 [22].
Binário do tambor, [kgf·m] 97,68
Velocidade angular do tambor, [rad/s] 2,07
Diâmetro do tambor do guincho, [mm] 127
Diâmetro da flange do tambor [mm] 275
Comprimento do tambor, [mm] 230
65 Tanto o valor do binário como o da velocidade angular, apresentados na tabela anterior, foram obtidos tendo por base os valores fornecidos pelo fabricante acerca da força e velocidade de recolha de cabo para o caso onde é utilizado um cabo de aço.
Para ser possível fazer a adaptação das especificações do guincho é importante introduzir o conceito de layer, que neste contexto, simboliza cada camada formada pelo enrolamento do cabo no tambor do guincho. Na Figura 5.10 é possível visualizar um esquema de um tambor com 3 layers de cabo.
Figura 5.10: Esquema do tambor do guincho com 3 layers de cabo.
Observando a Figura 5.10 é possível definir relações entre o diâmetro de cada layer e o diâmetro do tambor. O diâmetro da 1ª layer,
,
é dado então por:
(5.12)
Com sendo o diâmetro do tambor e
o diâmetro do cabo de Dyneema.
De um modo geral, o valor do diâmetro da n-ésima layer,,
é dado por:
(5.13)
Com sendo o número da layer pretendida ( = 1, 2, 3, …).
O valor do diâmetro de cada layer ganha importância uma vez que é necessário (tal como o binário, , do guincho) para o cálculo da força de tração que o guincho produz. No que diz respeito à velocidade de recolha do cabo, esta tem em conta, para além também do diâmetro de cada layer, a velocidade angular do tambor. A força, , e a velocidade de recolha do cabo, , são dadas respetivamente pelas equações (5.14) e (5.15):
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(5.14)
(5.15)
Com e sendo, respetivamente, o binário e a velocidade angular do tambor do guincho e o diâmetro da n-ésima layer.
Para ter ideia da quantidade de cabo que vai sendo armazenado no tambor de cada guincho ao longo da recolha dos balões, é possível calcular o comprimento total do cabo armazenado,
, através da equação (5.16):
(5.16)
Com sendo o comprimento do tambor,
o diâmetro do cabo de Dyneema
e o diâmetro da n-enésima layer [23].Recorrendo aos valores da Tabela 5.11 e aplicando as equações (5.13), (5.14), (5.15) e (5.16) é possível adaptar as especificações do guincho para o caso onde é utilizado um cabo de Dyneema com 6 mm de diâmetro. As especificações, já adaptadas, das forças e velocidades de recolha do cabo em função das primeiras 5 layers estão presentes na Tabela 5.12.
Tabela 5.12: Especificações dos novos guinchos auxiliares CWG-30375 para um cabo de Dyneema com diâmetro 6 mm. Layer Diâmetro layer [m] Força de tração [kgf] Velocidade de recolha do cabo [m/min] Comprimento de cabo armazenado [m] 1 0,133 1426,00 8,50 16,02 2 0,145 1347,32 8,99 33,48 3 0,157 1244,34 9,74 52,39 4 0,169 1155,99 10,49 72,74 5 0,181 1079,348 11,23 94,54
Analisando os valores das forças de tração e do comprimento de cabo armazenado da Tabela 5.12 verifica-se que a utilização dos guinchos CWG-30375 é uma boa solução já que, uma vez que os cabos auxiliares têm comprimento igual a 60 metros, a força de tração que os guinchos realizam encontra-se ente 1155,99 kgf e 1244,34 kgf, sendo estes valores sempre superiores ao valor máximo de 1068,34 kgf que é exigido. É de salientar porém que os guinchos nunca recolhem os cabos auxiliares por completo, ou seja, apenas serão enrolados no tambor cerca de 54 metros. Posteriormente, em subcapítulos seguintes, são calculados os
67 valores exatos do comprimento de cabo que é armazenado no tambor e da força que os guinchos produzem no momento em que os balões pousam e aterram na estrutura auxiliar.
Caso se pretenda aumentar o comprimento dos cabos auxiliares para valores superiores a 60 metros, não será necessário alterar o tambor e os guinchos auxiliares CWG-30375.
Com base no diâmetro da flange, tambor do guincho e cabo de Dyneema é possível chegar ao comprimento máximo de cabo que é possível armazenar no tambor. Para isso basta subtrair ao diâmetro da flange o valor do diâmetro do tambor, dividindo de seguida por dois. O resultado dará o comprimento desde da superfície do tambor até ao topo da flange, :
Dividindo o comprimento pelo diâmetro do cabo de Dyneema é obtido o número máximo de layers,
,
que o tambor suporta:
Verifica-se assim que os guinchos têm capacidade para armazenar 12 layers de cabo Dyneema com 6 mm de diâmetro considerando que a folga entre a última layer e o topo da flange é a mínima possível.
Através do mesmo raciocínio levado para a construção da Tabela 5.12, para a layer número 12, teremos um diâmetro de layer,
,
igual a 0,265 metros e um comprimento de cabo armazenado no tambor igual a 272 metros. Conclui-se assim que, mesmo não alterando os novos guinchos auxiliares, há possibilidade de aumentar o comprimento dos cabos auxiliares (quando necessário ou se pretenda) até um comprimento de, sensivelmente, 272 metros.69