Tecnologia de Pranchas de Paddle Insufláveis: Aplicando Física à Forma da Prancha SUP

Como um desporto relativamente jovem, o stand up paddle cresceu rapidamente na última década e a tecnologia das pranchas de paddle insufláveis evoluiu em paralelo. As pranchas SUP podem ser vistas em vias navegáveis em todo o mundo e existem numa variedade de formas, tamanhos e construções. Estas diferenças não são apenas superficiais; desempenham um papel significativo na experiência do remador na água.

Mas como sabemos ao certo o que torna uma prancha mais rápida? O que realmente afeta como uma prancha se move na água? Existem formas de estudar e medir o desempenho de uma prancha. Para isso, a nossa equipa de investigação e desenvolvimento aplicou um ramo da física chamado Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Com a ajuda do CFD, conseguiram obter uma compreensão mais científica do desempenho das pranchas de paddle. Prepare-se para uma introdução à ciência do SUP!

Um modelo SUP digitalizado em 3D para simulação CFD

Tecnologia de Pranchas de Paddle Insufláveis: Desvendando a Ciência

Então, o que é CFD? É uma técnica usada para estudar a física do movimento dos fluidos. Utiliza números e dados para analisar e resolver problemas relacionados com o fluxo de fluidos, neste caso a água em torno de uma prancha de paddle. Simplificando, à medida que uma prancha de paddle se move na água, o seu desempenho é afetado pelo próprio deslocamento de água que está a causar.

Para medir este impacto, é realizada uma simulação CFD usando um ficheiro de Desenho Assistido por Computador (ou CAD). Os resultados da simulação mostram-nos as propriedades físicas como velocidade e pressão que podem ser usadas para avaliar o desempenho de uma prancha. Por exemplo, ao analisar a linha de corrente do fluxo, podemos ver como o campo de fluxo em torno da prancha e o contorno de uma prancha (ou a forma da prancha) podem ser melhorados para reduzir a resistência e o arrasto. Esta técnica tem sido amplamente utilizada em indústrias como a automóvel, aeroespacial e até em artigos desportivos!

Linhas de corrente em torno de uma prancha SUP numa simulação CFD

Que resistência!

A nossa equipa realizou uma série de simulações CFD no Waterwalker 126. A imagem acima mostra as linhas de corrente em torno da prancha. As curvas das linhas de corrente representam a velocidade local do fluxo. Como pode ver, o fluxo estagna na proa da prancha e depois acelera ao longo do bordo, que eventualmente se separa na popa. Isto cria resistência na prancha, o que acontece quando um objeto sólido (a prancha) entra em contacto com um fluido (água).

Existem dois tipos principais de arrasto que uma prancha de paddle experimenta ao mover-se na água. Um é chamado arrasto de pressão e o outro é chamado arrasto de cisalhamento. Embora ambos sejam devido ao movimento da prancha na água, têm causas e efeitos diferentes.

Imagens CAD mostrando alta e baixa pressão na proa e na popa

Arrasto de Pressão

O arrasto de pressão resulta da diferença de pressão entre a proa e a popa da prancha. Quando remas, a água à frente da prancha é empurrada para a frente e, em contrapartida, a água tenta empurrar a prancha para trás. Esta interação cria uma pressão relativamente alta na proa.

Ao mesmo tempo, à medida que a prancha avança, cria-se uma zona de baixa pressão na popa, e a água é atraída para preencher essa área. A diferença entre a alta pressão na proa e a baixa pressão na popa forma o arrasto de pressão, que atua para resistir ao movimento para a frente da prancha. É por isso que as pranchas de corrida têm proas afiadas e popas estreitas, para que a diferença de pressão seja menor entre a proa e a popa, reduzindo assim o arrasto de pressão.

Imagem CAD mostrando a tensão de cisalhamento no fundo de uma prancha de paddle

Arrasto de Cisalhamento

O arrasto de cisalhamento, que também resulta do movimento relativo, não se baseia na diferença de pressão entre a proa e a popa. Em vez disso, baseia-se na resistência na superfície da prancha e afeta as partes da prancha que estão em contacto com a água, nomeadamente os bordos e o fundo da prancha.

À medida que a prancha se move na água, uma camada muito fina de fluido adere à superfície da prancha causando tensão de cisalhamento que desacelera a prancha. O arrasto induzido por esta tensão de cisalhamento é o arrasto de cisalhamento. É por isso que as pranchas de corrida são mais estreitas e mais aerodinâmicas, pois essas características ajudam a minimizar o contacto com a água e assim reduzir o arrasto de cisalhamento.

Gráficos que demonstram os efeitos da velocidade e do ângulo nos diferentes tipos de arrasto

Como Outros Fatores Afetam o Arrasto

Velocidade

Além do design da forma do SUP, as condições de remada também afetam a magnitude do arrasto de pressão e do arrasto de cisalhamento. No nosso estudo, investigámos o efeito da velocidade e do ângulo da prancha de SUP. Tanto o arrasto de pressão como o arrasto de cisalhamento estão relacionados com a velocidade da prancha na água. Portanto, quanto mais rápido for, maior será o arrasto. No entanto, os dois tipos de arrasto comportam-se de forma diferente a diferentes velocidades. O arrasto de pressão começa por ser menor e depois aumenta de forma mais significativa com a velocidade da prancha, em comparação com o arrasto de cisalhamento, onde o efeito é mais gradual.

Ângulo

O ângulo de uma prancha é afetado por onde o remador está a ficar na prancha. Quanto mais para trás estiver na sua prancha de paddle, mais o nariz se levantará da água, criando um maior ângulo de ataque. Quanto maior o ângulo de ataque, maior é o aumento da resistência de pressão, enquanto a resistência de cisalhamento diminui devido à menor superfície de contacto com a água.

Quilhas

Existem também outros tipos de resistência. A resistência causada pelas quilhas é um deles. As quilhas desempenham um papel importante no controlo da direção da prancha. E embora possa parecer uma parte relativamente pequena da prancha, a quilha causa uma resistência notável. No nosso estudo, descobrimos que em baixas velocidades, a resistência causada pelas quilhas era mais significativa. À medida que a prancha acelerava, as quilhas criavam menos resistência. Fatores como o layout das quilhas e as formas das quilhas desempenham um papel na determinação da resistência, pelo que há potencial para otimizar o layout e as formas das quilhas.

Pranchas Melhores Através da Ciência

Então, o que é que todas estas descobertas nos dizem? Em última análise, estamos a quantificar como o contorno da prancha e outros fatores podem ser otimizados para reduzir a resistência. A resistência afeta definitivamente o desempenho da prancha e o seu prazer na água, retardando-o e fazendo-o trabalhar mais. Ao entender exatamente quais as áreas que criam resistência e em que quantidades, podemos otimizar melhor os nossos designs para reduzir a resistência, aumentar a estabilidade e o deslize, e proporcionar-lhe a melhor experiência de SUP na água!

Estamos sempre no laboratório a trabalhar arduamente para tirar o máximo proveito do nosso equipamento e a aplicar os conhecimentos que descobrimos de volta nos designs e formas das nossas pranchas de paddle. Embora possa parecer que a solução é simplesmente criar pranchas estreitas com um nariz e cauda afilados para minimizar a resistência, a complexa interação de fatores como estabilidade, volume e uso pretendido tem de ser considerada. Fique atento a mais publicações relacionadas com tecnologia como esta no futuro.

Quanto mais entendermos exatamente onde e como a resistência afeta uma SUP na água, melhor seremos a oferecer a combinação perfeita de desempenho e estabilidade para qualquer atividade ou uso de SUP. Com a ajuda do CFD, podemos criar modelos mais precisos, realizar testes mais relevantes e chegar a conclusões mais impactantes. Com estas técnicas aprimoradas como parte do nosso processo de investigação e desenvolvimento, estamos entusiasmados para impulsionar o desporto para a frente!

Para parafrasear o personagem de Matt Damon em "Perdido em Marte", "Diante de probabilidades esmagadoras, só nos resta uma opção. Vamos ter de aplicar a ciência ao máximo."