Simulação comprova que agir em pelotão reduz mais de 90% do esforço
Voar de modo organizado e em bando é uma estratégia utilizada por estas aves para diminuir o gasto calórico e, assim, alcançar maiores distâncias.
A economia de energia é tamanha que os pássaros chegam a percorrer distâncias até 70% mais longe do que se voassem desordenados.
Um exemplo a ser citado é o caso do cisne, ele chega a sobrevoar mais de dois mil quilômetros por dia numa velocidade média de 130 quilômetros por hora. Por dia, ele pode viajar o equivalente ao trajeto de São Paulo à Salvador.
O posicionamento também ajuda para que as aves se vigiem, já que nenhuma sai da vista da outra, é uma questão de sobrevivência. Quando em grupo, elas estão mais protegidas de predadores.
Antes de falarmos sobre o recente estudo sobre o esforço de locomoção envolvendo ciclistas e a simulação computacional, vamos falar brevemente sobre como tudo começou. Uma pesquisa inicial foi realizada envolvendo a cooperação do grupo ambientalista Waldarappteam, da Áustria, com cientistas britânicos do Royal Veterinary College, de Londres.
A espécie escolhida para o estudo foi o íbis eremita, ave em risco de extinção. Os pesquisadores colocaram rastreadores que registraram velocidade, posição e cada movimento das asas dos pássaros.
Os dados revelaram que as aves se posicionam de forma estratégica a fim de aproveitar o impulso gerado pelo deslocamento de ar causado pelo bater das asas da ave que voa à frente. Até o bater das asas é sincronizado para evitar qualquer esforço desnecessário.
A formação em bando das aves demonstra o quanto ainda podemos aprender com as estratégias de economia de energia da natureza.
As aves de aço
A inspiração animal está no radar dos profissionais de aviação. Em palestra ao Royal Academy of Engineering Lecture, Richard Deakin, chefe executivo da National Air Traffic Services (NATS), afirmou que num futuro próximo – em menos de 30 anos – as companhias aéreas irão voar suas aeronaves em formação como fazem os pássaros.
A margem de segurança de vôo de cerca de 20 aeronaves – muito menos do que as quatro milhas náuticas que separam aeronaves civis hoje, será o suficiente, segundo a Airbus.
Em uma formação V de 25 aves, cada uma pode reduzir em até 65% o arrasto induzido e aumentar seu alcance em 7%. Embora as eficiências para aeronaves comerciais não sejam grandes, elas permanecem significativas.
Das aves para as pistas: Simulação no ciclismo
Como não poderia ser diferente, no ciclismo você pedala em bando, assim como as aves, para se proteger do vento e experimentar uma menor resistência do ar.
Ciclistas e treinadores profissionais sugerem que, quando você está bem encaixado na “barriga do pelotão”, muitas vezes não é necessário pedalar, portanto, a resistência do ar é significativamente menor.
Bert Blocken, professor doutor do Departamento de Construção de Ambientes da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, nos Países Baixos e do Departamento de Engenharia Civil de Leuven, na Bélgica, realizou um estudo sobre ciclismo utilizando simulação em parceria com a Ansys e a Cray.
Em meio às pesquisas, descobriram que no meio de um pelotão os ciclistas experimentam apenas de 5 a 10% da resistência do ar em relação ao restante. O resultado foi demonstrado por simulações computacionais por meio de ferramentas Ansys e ensaios em túnel de vento. Ambos os métodos, executados de forma independente, produziram os mesmos resultados.
Este novo estudo mostra pela primeira vez a distribuição da resistência do ar para cada ciclista em um pelotão de 121 membros. Os resultados mostram que no meio e na parte de trás do pelotão é como se o indivíduo pedalasse de 12 a 15 quilômetros por hora em um pelotão que está acelerando a 54 quilômetros por hora. É por isso que parece certo que os pilotos gastem pouca energia nessas posições.
Não devemos interpretar mal estes resultados: um ciclista amador pode andar junto com um pelotão de ciclistas profissionais por uma curta distância e sob as condições do estudo em uma estrada plana e reta. Mas assim que o ciclista curvar sua rota, surge o efeito sanfona, o pelotão se estende e a resistência se torna maior.
As condições tornam-se praticamente impossíveis para o amador. Os resultados de resistência do ar (abaixo) oferecem uma visão adicional sobre quão excepcionais são os desempenhos dos ciclistas de elite.
A resistência do ar para cada um dos 121 ciclistas em um pelotão de ciclismo, como uma porcentagem da resistência do ar de um único ciclista.
Os pilotos podem se alimentar destes dados para descobrir o melhor posicionamento em um pelotão. Ao fundo, a resistência do ar é muito baixa, mas há menos oportunidades de reagir a ataques e as quedas acontecem com mais frequência.
Para pilotos de altíssimo nível ou velocistas, os pesquisadores recomendam que a melhor posição seria na linha seis, sete ou oito, onde eles são suficientemente protegidos por outros pilotos e a pouca distância em relação à frente possibilita reagir conforme a necessidade da prova.
As equipes do professor Blocken examinaram dois pelotões de 121 ciclistas, onde a distância entre as linhas diferia como numa prova real. As simulações computacionais somaram 3 bilhões de células – um recorde mundial para uma aplicação esportiva – e exigiram licenças de supercomputadores Cray e computação de alto desempenho (HPC) da Ansys. As simulações foram executadas continuamente até o fim dos cálculos por 54 horas e utilizou-se um total de 49 terabytes de memória de trabalho.
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