December 27, 2007

CFD em Esportes - O Campeão

Hoje em dia, existe uma enorme pressão da indústria desportiva e do entretenimento sobre o desempenho ótimo dos atletas (e deles próprios também), seja em conquista de campeonatos ou medalhas de ouro. Isso promove um desenvolvimento tecnológico constante de novos e melhores produtos de esporte e lazer, o aperfeiçoamento contínuo do projeto de estádios esportivos e seu ambiente e propicia a competitividade entre os patrocinadores e empresas de produtos esportivos. Como era de se esperar, uma área de importância crítica em todos os esportes (hum, ok... Xadrez, não.) é o escoamento do ar ou água ao redor dos equipamentos esportivos, dos atletas e espectadores, sem esquecer dos processos fluidodinâmicos que envolvem a manufatura dos equipamentos esportivos. E é aí que CFD pode ser aplicada aos esportes.

As técnicas CAE (Computer Aided Engineeering) podem melhorar o projeto de várias peças de acessórios esportivos e a fluidodinâmica computacional provou ser indispensável na predição de escoamentos em várias aplicações esportivas. Em geral, as simulações CFD complementam as técnicas experimentais para estimar as forças causadas pelo escoamento (força de arrasto, por exemplo) sobre ou próximo aos equipamentos e atletas. As empresas líderes em seus segmentos esportivos e atletas já testaram e obtiveram melhoras de performance com o uso de CFD, onde foi possível construir protótipos virtuais e testá-los no computador antes que a primeira peça do equipamento fosse construída e testada na pista, quadra, piscina ou campo.

Estudo de Caso
Existem vários exemplos de aplicações de CFD em esportes. Pode procurar no Google que você vai encontrar. Mas o que eu mais gosto é a aplicação de CFD em natação [1] devido aos vários anos que pratiquei esse esporte (vou ver se volto a nadar quando acabar o doutorado - podem cobrar!). Bem, o desenvolvimento tecnológico na natação se baseou em pesquisas experimentais realizadas a pelo menos 20 anos atrás e Barry Bixler, então engenheiro da empresa Honeywell Engines and Systems, começou a usar CFD na pesquisa aplicada a esse esporte. O time de natação americano viu o potencial da técnica e juntou esforços para melhorar a performance de seus atletas. De fato, o trabalho do Sr. Bixler tem grande potencial e possui uma abordagem lógica (e cientificamente correta) para ganhar evidências sólidas que vão ajudar a comunidade da natação a entender como a propulsão do nadador é gerada. Seu trabalho permite analisar condições como aceleração e rotação da braçada e melhorar sua eficiência.

Seu trabalho inclui o estudo da trajetória do braço ao longo da braçada e a influência do escoamento (velocidade, pressão e arrasto) sobre o mesmo. Veja alguns de seus resultados (clique nas imagens para ver a animação):





Assim, o Sr. Bixler quer demonstrar através desta pesquisa os benefícios que podem ser alcançados para a comunidade da natação ao obter informações valiosas provindas de simulações CFD. Ele espera ser capaz de otimizar os movimentos dos atletas de forma a melhorar a performance dos nadadores de elite. De fato, ele conseguiu alcançar vários méritos (veja aqui).

Para detalhes, veja o artigo na íntegra (em inglês) no site da Fluent.

Ah, sim... O estudo de caso... Bem, o que você acha que deve ter sido usado nestas simulações? Modelos? Tipo de malha? Condição de contorno?

Eu não sei, mas de início eu teria usado a equação de Navier-Stokes para a quantidade de movimento usando um modelo de turbulência do tipo SST para capturar os efeitos perto e longe do braço do nadador. Poderia usar uma malha não estruturada para se adaptar às irregularidades do contorno da mão (onde existiria um refino maior da malha) e com condições de contorno variáveis no infinito de modo a simular o movimento do braço. Bem, essa é uma abordagem. O que você usaria?

Referências:
[1] http://www.fluent.com/about/news/pr/pr11.htm
A Fluent Inc. permite o uso das imagens postadas no blog.

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