Çalışan Yoksulluğun Kavramsal Çerçevesi

Para ser possível realizar o dimensionamento das ligações aparafusadas e com cavilhas que se encontram nos blocos dos vários balões, é importante determinar os cenários mais relevantes de estudo e os respetivos carregamentos a que os componentes ficam sujeitos.

Dada a disposição dos parafusos e da cavilha (utilizados na fixação das peças com olhais e de ligação aos blocos) e aos carregamentos a que estes são submetidos, verifica-se que existem dois casos principais relevantes de análise. Estes cenários são então durante o funcionamento da plataforma onde é aplicada uma força perpendicular aos eixos dos parafusos (força vertical) e quando os balões são recolhidos onde a força aplicada, apesar de ser inicialmente perpendicular, tende a ser paralela aos eixos dos parafusos (força horizontal).

De modo a chegar ao valor das forças que atuam nos elementos em cada um dos cenários apresentados, é necessário ter em conta as forças resultantes dos vários balões da plataforma e o valor máximo da força que os guinchos auxiliares realizam aquando da aterragem dos balões na estrutura auxiliar.

Para o cálculo da força resultante da plataforma é considerado o cenário mais desfavorável, isto é, uma plataforma constituída por quatro balões, todos eles com rotação imposta e com velocidade do vento e velocidade angular máximas (18 m/s e 70 RPM respetivamente). Neste cenário, as forças que atuam nos vários balões e nos cabos que ligam estes são representadas na Figura 6.19.

Figura 6.19: Forças resultantes que atuam em cada balão da plataforma e força de tração em cada par de cabos que ligam os vários balões.

86

Para obter as forças resultantes de cada um dos balões, são considerados os valores das forças de sustentação e de arrasto (Tabela 5.4) e da impulsão e do peso (Tabela 5.7). Recorrendo à equação (1.3) e tendo em consideração também a impulsão e peso de cada balão, vem para o balão principal (no cenário mais desfavorável):

Por cabo, teremos então, igual a 14088,13 N.

Para um balão secundário, recorrendo ao mesmo raciocínio vem:

Por cabo, vem então, igual a 8263,74 N.

Observando a Figura 6.19 verifica-se que a força de tração que cada cabo, dos pares de cabos que ligam o vários balões, é dada em função da força resultante do balão principal, dos balões secundários e do número de balões que constituem a plataforma. A força de tração por cada cabo, , é então dada na equação (6.1).

_(6.1)

Com sendo a força resultante que atua no balão principal, a força resultante que atua no balão secundário e _{o número de balões que constituem a plataforma} (n=1, 2, 3, 4)

Para o pior cenário possível (plataforma constituída por quatro balões com rotação e pares de cabos que ligam o balão secundário mais baixo ao Bridle Point), substituindo os valores na equação (6.1) vem:

Analisando o valor obtido verifica-se que é superior a 37278 N (3,8 toneladas), valor este indicado no catálogo do fabricante como sendo o máximo que cada cabo suporta. Dado isto, verifica-se para este cenário que há a rotura dos cabos principais que ligam o balão secundário mais baixo ao Bridle Point. Deste modo, é necessário considerar para o pior cenário possível, velocidades angulares dos balões mais reduzidas (opta-se por variar as velocidades de rotação uma vez que estas podem ser controladas pelos operadores, ao contrário da velocidade do vento).

Assim sendo, passa a ser considerado como cenário mais desfavorável o caso onde a plataforma é formada por quatro balões com rotação imposta e com velocidade de vento e velocidade angular igual a, respetivamente, 18 m/s e 40 RPM.

87 Com base nas novas considerações, é possível obter os coeficientes de arrasto e sustentação para cada tipo de balão e assim calcular o valor das forças de sustentação, de arrasto e resultante (levando em consideração também a impulsão resultante e peso de cada balão). Todos estes valores são apresentados na Tabela 6.1.

Tabela 6.1: Valores das forças resultantes dos dois tipos de balões com rotação imposta e velocidade do vento e velocidade angular iguais a 18 m/s e 40 RPM.

Coeficiente

de arrasto Coeficiente de sustentação arrasto [N] Força de

Força de sustentação [N] Força resultante [N] Balão principal 1,2 1,8 14478,91 21718,37 26135,52 Balão secundário 1,2 1,6 12700,80 9525,60 15885,60

Substituindo os valores das forças resultantes da anterior tabela na equação (6.1), temos que a força de tração que atua em cada cabo que liga o balão secundário mais baixo ao Bridle Point é:

Verificamos assim que o valor obtido é inferior ao máximo suportado pelos cabos (37278 N), demonstrando a importância da redução da velocidade angular dos balões em período de grandes velocidades de vento. Este cenário continua porém a ser um caso bastante desfavorável e desaconselhado uma vez que a força resultante que a plataforma origina aproxima-se bastante da suportada pelos cabos. Todavia, em cálculos futuros de dimensionamento de ligações, para o cenário de funcionamento da plataforma (aplicação de força vertical), será utilizado o último valor calculado. No que toca às simulações, consoante o tipo de sistema e de balão que se está a estudar, o valor a utilizar poderá variar tal como será visto no subcapítulo 6.5.

Já no cenário onde os balões são recolhidos, no cenário mais desfavorável, isto é, quando os cabos auxiliares ficam praticamente paralelos com o chão, a força exercida nos parafusos e cavilha é também ela praticamente paralela ao solo e horizontal.

Como será apresentado no subcapítulo 7.5.1, o valor máximo da força que os guinchos auxiliares realizam aquando da aterragem dos balões na estrutura auxiliar é de 12170,97 N, sendo esta força uma resultante das três componentes na direção de cada um dos eixos, ou seja, o valor da força na direção do eixo _{(componente paralela ao solo e que interessa para o} dimensionamento das ligações) será sempre menor que a resultante. Mesmo assim, o dimensionamento das ligações é realizado para o valor de 12170,97 N, garantido deste modo uma margem de segurança extra.

88