DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE AERODINÂMICO PARA RECUMBENT HANDBIKES
Gabriela Fischer/UNIVR, UFRGS Pedro Figueiredo / UFRGS, FADEUP
Luca P. Ardigò / UNIVR [email protected] RESUMO
O objetivo do presente estudo foi determinar o coeficiente aerodinâmico (Ca) para recumbent handbikes a fim de melhorar a acurácia das estimativas de potência mecânica. Participou deste estudo 1 atleta do sexo feminino, com lesão medular incompleta (nível T5/T9), idade 33 anos, massa corporal 62 kg, estatura 1,70 m. Os testes foram realizados com a handbike da própria atleta, modelo recumbent (Carbonbike), equipada com o medidor de potência mecânica SRM. A atleta foi instruída a pedalar, na pista de atletismo, em diferentes velocidades (18 a 30 kmh-1) com frequência livremente escolhida e também com frequências previamente determinadas (60, 75, 90 e 105 rpm) . A atleta realizou 2 voltas para cada situação sob registro da potência mecânica (SRM). O Ca resultou em 0,71±0,07. Este valor foi 14% menor comparado ao valor de Ca para atletas em posição sentada ou ajoelhada sobre a handbike. Estimativas de potência mecânica para recumbent handbikes utilizando o valor de Ca proposto podem apresentar maior acurácia.
Palavras-Chave: biomecânica, resistência do ar, esporte paralímpico INTRODUÇÃO
No Brasil, mais de 900 mil pessoas possuem tetraplegia, paraplegia e hemiplegia permanente. Muitas destas pessoas necessitam da cadeira de rodas para se locomover no seu dia-a-dia (MELLO & WINCKLER, 2012). Infelizmente, o movimento para empurrar a cadeira de rodas gera uma estressante sobrecarga sobre as articulações dos membros superiores, limitando a realização de longos percursos pelos cadeirantes (VAN DRONGELEN et al., 2005). Como alternativa para esta limitação, surgiram as cadeiras de roda com uma manivela acoplada. O movimento contínuo e circular resultou em uma maior eficiência mecânica e menor sobrecarga (ARNET et al., 2014).
Com a evolução destes dispositivos alternativos de propulsão surgiram as atuais handbikes. Elas são equipamentos modernos, leves, com sistema de marchas, utilizadas tanto para a reabilitação quanto para a competição (VAN DER WOUDE et al., 2006). Após sua estreia no Jogos Paralímpicos de Atenas 2004, o Handbiking tornou-se um esporte muito popular entre os cadeirantes e vem conquistando mais e mais praticantes.
Em contrapartida, muitos atletas amadores e até mesmo profissionais ainda carecem de orientação para melhorar o
desempenho físico neste esporte paralímpico. Além da demanda metabólica, conhecer a demanda mecânica, em termos de potência, é fundamental para otimizar o desempenho durante as provas. Equipamentos que medem diretamente a potência mecânica seriam ideais para monitorar o rendimento do atleta. Porém, nem sempre estes equipamentos encontram-se disponíveis e seu alto custo limita o investimento por parte do handbiker (GROEN et al., 2010).
Dado o exposto, formas alternativas para obter a potência mecânica durante a realização do Handbiking poderiam ser de grande auxílio tanto para o atleta quanto para o treinador. Groen et al., (2010), propuseram uma equação para estimar a potência mecânica em handbikers na posição ajoelhada e sentada. Entretanto, a sua utilização para atletas em posição supinada sobre a recumbent handbike poderia não ser a mais indicada.
Parte-se do princípio que durante a pedalada sobre a handbike, o atleta produz potência mecânica para superar dois tipos de forças resistentes: a força de atrito entre a roda e a superfície e a resistência do ar. Conhecendo essas duas forças contrárias é possível então estimar a potência mecânica (CAPELLI et al., 2008). Contudo, uma importante variável denominada coeficiente aerodinâmico (Ca) deve ser previamente determinada para que o cálculo da resistência do ar seja possível. Portanto, o objetivo do presente estudo foi determinar o coeficiente aerodinâmico para recumbent handbikes afim de melhorar a acurácia das estimativas de potência mecânica para este modelo.
MÉTODOS
Participou deste estudo 1 atleta do sexo feminino, classificação WH2, com lesão medular incompleta (nível T5/T9), 14 anos desde a lesão, idade 33 anos, massa corporal 62 kg, estatura 1,70 m e 7 anos de prática em Handbiking. A atleta foi informada sobre o objetivo e os métodos do estudo devidamente descritos no termo de consentimento livre e esclarecido. O estudo foi aprovado pelo comitê de ética da Universidade de Verona, Itália.
Os testes foram realizados com a handbike da própria atleta (Figura 1), modelo recumbent (Carbonbike, Suíça), massa 14 kg e manivelas (170 mm) montadas de modo síncrono. Os pneus foram calibrados a 8 bars de pressão (diâmetro das 3 rodas 622 mm e 25 mm de largura). A handbike foi equipada com o medidor de potência mecânica SRM (Alemanha).
Figura 1. Handbike modelo recumbent
O protocolo de testes foi realizado em uma pista de atletismo na ausência de vento. A atleta foi instruída a pedalar em diferentes velocidades (18 a 30 kmh-1) com frequência livremente escolhida e também com frequências previamente determinadas (60, 75, 90 e 105 rpm). Para cada velocidade e para cada frequência a atleta realizou 2 voltas na pista de atletismo perfazendo um total de 30 voltas sob registro da potência mecânica (SRM).
A equação para determinar o coeficiente aerodinâmico (Ca, adimensional) descrita por CAPELLI et al, 2008 é:
PO=(Cr.m.g + 0,5.A...Ca.v2)v
onde PO (W) é a potência mecânica medida diretamente pelo SRM, Cr é o coeficiente de atrito (adimensional) determinado pelo método da desaceleração utilizando um GPS (Garmin EDGE), m é a massa (kg) do sujeito e da handbike somadas, g é a aceleração da gravidade (9,82 ms-2), A (m2) é a área frontal do sujeito sobre a handbike determinada através da análise de uma foto frontal através do programa Image J, . é a densidade do ar calculada através da pressão atmosférica (752 mmHg), da temperatura do ar (294,15 K) e a densidade do ar seco (1,239kgm-3) e v é a velocidade de progressão.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A PO variou de 47,9 a 122,13 W nas velocidades testadas. Cr resultou em 0,0067 o qual foi superior ao valor de 0,0039 encontrado por GROEN et al., (2010) realizando o método da desaceleração em superfície lisa. Desta forma, o maior Cr do presente estudo pode ser justificado pelo maior atrito imposto pela superfície (tartan) da pista de atletismo. Além disso, o Cr pode ser influenciado pela pressão dos pneus, número de rodas, diâmetro e largura das rodas e tipo de pneu (WILSON, 2004).
A área frontal (A) foi de 0,33 m2. Este valor foi similar aos valores achados no ciclismo de competição (0,33m2) (WILSON, 2004) e em bicicletas modelo recumbent (0,34m2) (CAPELLI et al., 2008). Groen et al., (2010) calculando a A de handbikes de sujeitos na posição sentada ou ajoelhada encontrou o valor de 0,40 m2. A densidade do ar (.) neste estudo foi de 1,19 kgm-3 e o C
a, por sua vez, resultou em 0,71±0,07. Este valor aproximou-se ao valor da bicicleta recumbent de 2 rodas Easy Racer (Tabela 1).
Tabela 1 – Valores de coeficiente aerodinâmico (Ca) para handbikes e bicicletas.
Tipo de veículo Ca Referência
Handbike Carbonbike (3 rodas/posição
Handbike Schmicking (3 rodas/posição
sentada/ajoelhada) 0,83 GROEN et al., 2010
Bicicleta recumbent Sly Way (2
rodas/posição supinada) 0,84 CAPELLI et al., 2008 Bicicleta recumbent Easy Racer (2
rodas/posição supinada) 0,77 WILSON, 2004
Bicicleta recumbent Karkyk (4
rodas/posição supinada) 1,06 ZAMPARO et al., 2000 Bicicleta tradicional de competição (2
rodas/posição curvada) 0,80-0,88 PUGH,1974 KYLE,1979 WILSON, 2004 Bicicleta aerodinâmica de competição (2
rodas/posição curvada) 0,64 CAPELLI et al., 1993 Bicicleta passeio (2 rodas/posição neutra) 1 WILSON, 2004
Análises mais acuradas da A, Ca e da resistência da ar são obtidas utilizando a técnica de referência, ou seja, túnel de vento (DEBRAUX et al., 2011). No túnel de vento é possível avaliar a área frontal efetiva (produto da A pelo Ca). Valores de área frontal efetiva na ordem de 0,20 a 0,30 foram encontrados para um atleta sobre uma recumbent handbike pedalando no túnel de vento (Politécnico de Milão, comunicação verbal). Considerando as medidas deste estudo, a área frontal efetiva foi 0,23, ou seja, muito similar aos valores encontrados utilizando a técnica de referência.
CONCLUSÃO
O Ca para a recumbent handbike foi menor comparado ao valor de Ca para atletas em posição sentada ou ajoelhada sobre a handbike. Estimativas de potência mecânica para recumbent handbikes utilizando o valor de Ca proposto neste estudo podem apresentar maior acurácia.
REFERÊNCIAS
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journal of applied physiology and occupational physiology, v. 67, n.
DEBRAUX P, GRAPPE F, MANOLOVA A V, BERTUCCI W. Aerodynamic drag in cycling: methods of assessment. Sports biomechanics, v. 10, n. 3, p.197-218, 2011.
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