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 executada uma simulação CFD usando um ficheiro de Desenho Assistido por Computador (ou CAD). Os resultados da simulação mostram-nos 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 o arrasto e a resistência. 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 arrasto na prancha, que ocorre 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

Para 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 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, cujo 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 arrasto. O arrasto causado 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 um arrasto notável. No nosso estudo, descobrimos que em baixas velocidades, o arrasto causado pelas quilhas era mais significativo. À medida que a prancha acelerava, as quilhas criavam menos arrasto. Fatores como o posicionamento e a forma das quilhas influenciam o arrasto, pelo que existe potencial para otimizar o posicionamento 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."