Performance Desportiva 9 - CIDESD
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Performance Desportiva 9 - CIDESD
VOLUME 4 , NÚMERO 9 JANEIRO-MARÇO DE 2013 Performance Desportiva 9 COMPUTACIONAL FLUID DYNAMICS Aplicações para o treino na Natação Ligações ao tecido empresarial CIDESD-M.A.R.KAYAKS Investigação e Desenvolvimento desportivo: Natação www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 JANEIRO-MARÇO DE 2013 Editorial A acompanhar as mudanças estruturais e funcionais em curso no país surge também um novo conceito para o boletim técnico-científico do grupo da Performance Desportiva do CIDESD. Suportado na retaguarda por uma renovada equipa de editores, as temáticas agora a tratar centrar-se-ão nas três grandes linhas de intervenção a que o CIDESD e a área da Performance Desportiva estão elenquadas (i) Dinâmica computacional de fluídos (CFD); (ii) CreativeLab, e; (iii) Factores genéticos, fisiológicos e biomecânicos determinantes do rendimento. A elaboração de cada um dos números do boletim, que manterá a sua periodicidade trimestral, socorrer-se-á maioritariamente das opiniões oriundas de diferentes personalidades (investigadores, treinadores e outros agentes desportivos) com ênfase no desporto nacional. Simultaneamente, o boletim pautará pela diversidade desportiva, descriminando o contributo técnico-científico num amplo leque de modalidades. Espera-se assim que o boletim seja assumido como uma ferramenta útil para equipas de carácter multidisciplinar. Mais do que um espaço de evidências científicas, pretenderemos que investigadores e treinadores possam encurtar as pontes entre si, nomeadamente entre a teoria e a prática. Os Editores PERFORMANCE DESPORTIVA BOLETIM TÉCNICO-CIENTÍFICO PUBLICAÇÃO TRIMESTRAL DO CENTRO DE INVESTIGAÇÃO EM DESPORTO, SAÚDE E DESENVOLVIMENTO HUMANO (ISSN 1647-3280) EDITORES - MÁRIO COSTA, NUNO LEITE, BRUNO TRAVASSOS EDIÇÃO GRÁFICA - BRUNO FIGUEIRA www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 PÁGINA 3 A dinâmica computacional de fluidos: aplicação ao contexto desportivo A investigação em ciências do FOAM®, Elmer®, SU2®). Entre quenas fracções da unidade de desporto visa o estudo da inter- outras, as principais vantagens medida da performance. A teoria acção entre fenómenos físicos, destes pacotes é que não será dos ganhos marginais (ou residantropométricos e fisiológicos necessário um domínio aprofun- uais) diz que por vezes melhorias Tiago M Barbosa1,2 [email protected]. sg que concorrem para a produção dado da pesada matemática que tidas como estatisticamente não do movimento humano. Numa subjaz a todo o processamento significativas, quando obtidas primeira instância, os investiga- dos dados, ou da aprendizagem cumulativamente em vários facdores debruçam-se na descrição de linhas de comando para a tores determinantes da perfore a caracterização do estado de executar a respectiva pro- mance podem ter um elevado movimento, bem como, nas suas gramação. poder interpretativo do resultado 1 Nanyang Technological University Singapura 2 CIDESD causas; seguidamente procuram Em contexto desportivo, a CFD desportivo obtido. Neste contexto, identificar os factores deter- tem potencial para explorar a Biomecânica computacional minantes da performance e a temáticas tão diversas como: (i) a quando aplicada ao contexto desquantificação do contributo par- influência de determinada roupa portivo tem uma elevada latitude cial de cada um deles. Se por um desportiva na performance de de actuação. Daí que diversas lado, centram esforços no estudo velocistas e saltadores no Atletis- empresas da indústria de equido movimento humano per si. Por mo; (ii) a influência dos fatos de pamentos desportivos se socorram outro, dedicam-se à análise dos banho na performance dos recorrentemente de técnicas de factores exógenos que poderão nadadores; (iii) o número, ge- CFD para de alguma forma ter um papel ometria e forma de costurar os produtos, análise sejam dos seus embarcações “A CFD É UMA TÉCNICA QUE PERMITE O DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS E O APERFEIÇOAMENTO DE TÉCNICAS DESPORTIVAS.” relevante no desempenho hu- painéis numa bola de Futebol; desportivas (p.e. Nelo®), vestuário mano, como são a título ilustrati- (iv) a geometria das embar- de atletismo (p.e. Nike®), fatos de vo, os casos dos equipamentos e cações nos desportos aquáticos; banho (Speedo® e Arena®) ou materiais desportivos. (v) a posição corporal em cima equipas de desportos motorizados Uma das áreas emergentes de de uma bicicleta ou de uma moto; (p.e. F1 Mclaren team). investigação em contexto despor- (vi) a optimização da geometria Em jeito de conclusão, a CFD é tivo, é a dinâmica computacional dos capacetes de ciclistas e de uma técnica de avaliação emerde fluidos (CFD do inglês, com- motociclistas; (vii) o comporta- gente que permite o desenvolviputer fluid dynamics). A CFD m e n t o aerodinâm ico d o s mento de produtos e aperfeiçoa- consiste num conjunto de simu- engenhos nos concursos de lan- mento de técnicas desportivas. É lações numéricas para a predição çamentos no Atletismo; (viii) o claramente uma técnica que dado quantitativa das características de efeito do drafting no Ciclismo, o seu poder visual aliado a inescoamento de fluidos em torno Natação de águas abertas e/ou formações válidas e precisas, facilde corpos (que neste caso ocorre Triatlo; (ix) o comportamento mente em contexto desportivo). se transforma em in- aerodinâmico da bola de Futebol, formação útil para investigadores, Com a emergência de pacotes de Andebol ou Voleibol em função analistas desportivos, técnicos e análise para CFD em ambiente do tipo de efeito gerado (i.e. atletas. Logo, é uma ferramenta gráfico e intuitivos, a investigação spins induzidos à bola); (x) os ótima para a aproximação e neste domínio sofreu um aumento diferentes tipos de asas (i.e. aero- criação de vasos comunicantes de interesse. Tanto mais, que fiol) que se podem colocar num entre a teoria e a prática, entre a hoje em dia estão disponíveis carro de Fórmula 1 em função do Ciência e a Tecnologia, entre a quer produtos comerciais a pre- traçado do circuito. ços relativamente ( p.e. , Fl uen t® ) ; investigação e o controlo/ acessíveis Em muitas circunstâncias, num avaliação do treino/competição. que r de dado desporto, a diferença entre aplicações freeware (p.e. Open- atletas de elite mede-se por pe- www.cidesd.utad.pt PERFORMANCE DESPORTIVA PÁGINA 4 Nadar com dedos juntos ou com dedos afastados? Vários estudos têm de- as características hidrodi- mais elevados de coeficimonstrado que os mem- nâmicas de um modelo de ente de arrasto propulsivo Daniel A. Marinho1,2 [email protected] 1 Departamento de Ciências do Desporto, Universidade da Beira Interior, Covilhã. 2 CIDESD bros superiores, nomea- uma mão de um nadador em comparação com os damente a mão do nada- de elite, obtido através de outros dois modelos dor, desempenha um pa- tomografia axial computo- (dedos juntos e dedos pel primordial na produ- rizada, com ção de força propulsiva espaçamentos diferentes com um grande afastaentre os mento). Os valores do co- em natação e consequen- dedos. Foi desenvolvido eficiente de força ascensitemente na velocidade de um volume computacional onal apresentam apenas nado. A posição relativa para simular o escoamen- pequenas diferenças entre “OS DADOS dos dedos durante o tra- to da água em torno do os três modelos, nos vá- PARECEM SUGERIR QUE A COLOCAÇÃO DA MÃO COM UM LIGEIRO AFASTAMENTO DOS DEDOS PODE PERMITIR A CRIAÇÃO DE MAIS PROPULSÃO .” jecto subaquático da mão modelo de mão do nada- rios ângulos de orientação é um dos temas em que dor em três posições: (i) testados. Neste sentido, os parece não existir um con- dedos juntos, (ii) dedos dados parecem sugerir senso no que se refere à com um pequeno afasta- que a colocação da mão posição mais vantajosa a mento (0,32 cm de distân- com um ligeiro afastamenadoptar. Esta é uma ques- cia entre os dados) e, (iii) to dos dedos pode permitão controversa e que tem dedos com um grande tir a criação de mais prolevantado muitas discus- afastamento (0,64 cm). pulsão durante o trajecto sões na comunidade técni- Foram calculadas as forças subaquático da mão dos co-científica da natação. produzidas pela mão nadadores, podendo levar Pode ser observada uma (coeficiente de força de a um aumento da eficiêngrande variabilidade de arrasto propulsivo e de cia propulsiva com uma posições durante o treino força ascensional) com consequente melhoria da e a competição. Há nada- diferentes orientações do performance de nado. dores que colocam os de- modelo, tentando simular dos totalmente unidos, diferentes orientações da Referência outros que apresentam um mão durante o trajeto mo- Marinho DA, Barbosa TM, ligeiro afastamento dos tor subaquático, com o Reis VM, Kjendlie PL, Almesmos e outros ainda programa que apresentam um afas- Fluent®. tamento mais pronunciado. computacional ves FB, Vilas-Boas JP, Machado L, Silva AJ, Rouboa Os principais resultados encontrados revelaram Através de técnicas de que o modelo com um simulação numérica com- pequeno afastamento dos putacional, foram testadas dedos apresenta valores AI. (2010). Swimming propulsion forces are enhanced by a small finger spread. Journal of Applied Biomechanics, 26(1): 8792. www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 PÁGINA 5 PUBLICAÇÕES NESTA LINHA DE INTERVENÇÃO (CFD) Novais, M.L., Silva, A.J., Mantha, V.R., Ramos, R.J., Rouboa, A.I., Vilas-Boas, J.P., Luís, S.R., & Marinho, D.A. (2012). The effect of depth on drag during the streamlined glide: a three-dimensional CFD analysis. Journal of Human Kinetics, 33(1), 55-62. I.F. (2011)=0.329 The aim of this study was to analyze the effects of depth on drag during the streamlined glide in swimming using Computational Fluid Dynamics. The Computation Fluid Dynamic analysis consisted of using a three-dimensional mesh of cells that simulates the flow around the considered domain. We used the K-epsilon turbulent model implemented in the commercial code Fluent® and applied it to the flow around a three-dimensional model of an Olympic swimmer. The swimmer was modeled as if he were gliding underwater in a streamlined prone position, with hands overlapping, head between the extended arms, feet together and plantar flexed. Steady-state computational fluid dynamics analyses were performed using the Fluent® code and the drag coefficient and the drag force was calculated for velocities ranging from 1.5 to 2.5 m/s, in increments of 0.50m/s, which represents the velocity range used by club to elite level swimmers during the push-off and glide following a turn. The swimmer model middle line was placed at different water depths between 0 and 1.0 m underwater, in 0.25m increments. Hydrodynamic drag decreased with depth, although after 0.75m values remained almost constant. Water depth seems to have a positive effect on reducing hydrodynamic drag during the gliding. Although increasing depth position could contribute to decrease hydrodynamic drag, this reduction seems to be lower with depth, especially after 0.75 m depth, thus suggesting that possibly performing the underwater gliding more than 0.75 m depth could not be to the benefit of the swimmer. Keywords: biomechanics; swimming; performance; simulations Mantha, V.R., Silva, A.J., Marinho, D.A., & Rouboa, A.I. (2012). Numerical simulation of two-phase flow around flat-water competition kayak design-evolution models. Journal of Applied Biomechanics (in press). I.F. (2011)=0.76 The aim of the present study was to analyze the hydrodynamics of the 97 kg-class single-rower, flat water sports competition, full scale three kayak design evolution models (Nelo® K1 Vanquish L I, II and III) of M.A.R. Kayaks Lda., Portugal, which is one of the fastest frontline kayak. The effect of kayak design transformation on kayak hydrodynamics performance was studied by the application of computational fluid dynamics (CFD) method. The steady-state CFD simulations where performed by application of k-ω turbulent model and volume of fluid (VOF) method to obtain two-phase flow around kayak. The numerical result of viscous, pressure drag and coefficients along with wave drag at individual average race velocities is obtained. At average velocity of 4.5 m/s reduction in drag was 29.4% for design change from LI to LII and 15.4% for change from LII to LIII, demonstrating and reaffirming a progressive evolution in design. Also, the knowledge of hydrodynamics of drag presented in the current study facilitates in estimation of the paddling effort required from the athlete during his progression at different race velocities. This study finds an application during selection and training, where a coach can select the kayak with better hydrodynamics. www.cidesd.utad.pt PERFORMANCE DESPORTIVA PÁGINA 6 Natação em Portugal! Que futuro? cionar condições, 1º: desenhar, montar e colocar no devidamente protocoladas, para o terreno uma estrutura de apoio mul- apoio neste processo complexo. De tidisciplinar para nadadores de entre estes centros de investigação, escalões de formação, esperanças António J. Silva1,2 o CIDESD em particular através do olímpicas e nadadores integrados [email protected] grupo de “Performance Desporti- no plano olímpico; va” ocupa um lugar determinante 2º: disponibilizar a atletas dos esca- Presidente da Federação Portuguesa de Natação neste âmbito de actuação. lões de formação e seus treinadores A Federação Portuguesa de Na- serviços e programas de controlo e 2 tação, por mim liderada assume formação do processo de treino e este papel de coordenação na defe- de competição tendo em vista a sa dos seus melhores objectivos e, identificação de potenciais atletas 1 CIDESD O motivo principal da existência de federações desportivas é o de pro- as melhores com base nestas sinergias, estamos de alta competição a médio/longo porcionar as melhores condições a processar a criação de um Gabi- prazo; para a massificação, qualidade e nete de Controlo e Avaliação do 3º: disponibilizar a atletas de alta elitização dos desportistas. Não Treino e Competição (GACO). O deverão existir organizações den- competição e seus treinadores ser- GACO é uma estrutura multidisci- tro deste âmbito que façam da per- viços e programas de controlo e plinar no âmbito das ciências do formação do processo de treino e petuação da sua existência o objec- desporto e que terá como objectivo tivo último da sua actividade. É o de competição tendo em vista a geral o apoio multidisciplinar de mesmo que justificar a manutenção excelência atletas e técnicos de natação pura médio prazo; do que existe, mesmo sabendo que desportiva no que concerne ao con- outras organização 4º: Dar a conhecer a importância da trolo e avaliação dos processos de poderiam redundar em ganhos de actividade científica no domínio das treino e de competição. O seu cam- eficiência e menos desperdícios, Ciências do Desporto aplicadas à po de actuação passará numa estra- que seriam posteriormente canali- natação, através de audiências a tégia de: (i) a longo prazo identi- zados para o objectivo central sen- especialistas e público em geral; ficar, seleccionar, promover e ori- do este a actividade. Assim, deveri- Enquanto presidente da Federação entar os jovens nadadores dos es- am ser feitos esforços a todos os Portuguesa de Natação e director calões de formação e; (ii) a curto e níveis no sentido de procurar siner- do CIDESD perspectivo esta coor- médio prazo apoiar os nadadores gias e vasos comunicantes com denação, suportado por uma equi- de alta competição, através da sua transvases, para congregar von- pa técnico-científica multidiscipli- inclusão no grupo de elite e a aqui- tades numa tentativa de direccionar nar de agentes motivados e propos- sição de outros apoios/designações as melhores condições para os tos a aproximar a natação portugue- governamentais que existam para o eleitos, ou na promoção destes, sa da elite mundial! Para tal será efeito a cada momento. A missão é desde a formação até ao alto rendi- necessário o estabelecimento de clara, “Apoiar os nadadores portu- mento desportivo. parcerias com as demais organiza- gueses a alcançar a excelência des- Por outro lado, o fundamento da ções científicas (Instituições de En- portiva e auxiliar na identificação e existência de centros de investi- sino Superior e Centros de Investi- enquadramento de potenciais at- gação e instituições de ensino supe- gação) do país, que possam ser letas de alta competição para as rior na área das ciências do despor- uma mais-valia na consecução dos gerações vindouras.” to é o de, entre outros, propor- objectivos estratégicos traçados. Os objectivos estão formulados: fórmulas de desportiva a curto/ www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 PÁGINA 7 PROJECTOS DESENVOLVIDOS NO ÂMBITO DO CFD Applying Computational Fluid Dynamics to sports research: a hydrodynamic analysis. POCTI-FCT (92.000,00 €). Computational fluid dynamics: an analytical tool for the 21st century swimming research FCT (POCI/ DES/58872/2004). (2004-2008 funding 38.521, 00€). Energy cost in swimming: characterization and relationship with other relevant bioenergetical and biomechanical performance determinants. POCTI-FCT (126.000,00 €). Testing several types of sports boats. I&DT, M.A.R. Kayaks. Entity number 4608 Edictal number 17/2008 – SI I&DT (32.250,00 €). Water Tree/CIDESD – FCT SI I&DT 06/SI/2009 (30.000,00 €). EVENTOS FUTUROS www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 PÁGINA 8 CIDESD em parceria com o maior fabricante do mundo de Kayaks Desde a sua fundação, em minantes: (i) modificações podem ser um instrumento 1978, a empresa de Ma- manuais; (ii) Digitalização importante, na avaliação nuel (NELO) 3D; (iii) processo CAD das características da em- sediada (computer aided design), barcação. A prototipagem já e; (iv) Prototipagem. A é a etapa remanescente produziu mais de 30 mil modificação manual de um utilizada quando se quer barcos modelo é a forma mais testar uma solução nova. modelos para o mundo expedita introduzir No desporto a engenharia inteiro. em alterações para que se tem que trabalhar em par- parceria com uma rede obtenha a perceção imedi- alelo com a ergonomia e o alargada instituições ata do aspeto final. É um design e é por este motivo entre as quais o Centro de momento inicial onde são que Investigação em Desporto, efetuados pequenos ajus- série de soluções e mate- Saúde e Desenvolvimento tamentos nos diversos lo- riais para a rápida proto- Humano (CIDESD/UTAD), cais para se obter o re- tipagem das ideias. dedica-se ao da sultado esperado e avan- Em termos de resultados dinâmica computacional çar para a digitalização desportivos, de fluídos (CFD) para a 3D. Após as alterações medalha de Portugal nos otimização do design dos manuais, torna-se Jogos Olímpicos de Lon- equipamentos através da necessário transportar as dres 2012 foi obtida na observação escoa- ideias para um programa prova K2 1000 metros por mento da água em torno de CAD para que se inicie Emanuel Silva e Fernando das embarcações. Todos a etapa de engenharia Pimenta, com o uso de os modelos emergentes e inversa. Através da uti- embarcações NELO. São inovadores são desenha- lização de um scanner 3D resultados deste calibre dos e concebidos pela são rapidamente digital- que refletem a importância própria empresa, com o izadas embarcações, da aproximação de cen- contributo de pessoal es- peças ou componentes e tros de investigação para pecializado em técnicas com uma precisão eleva- com os fabricantes no sen- avançadas a par de um da. Este desenho assistido tido de inovar o material elevado investimento em por computador represen- desportivo e potencializar maquinaria. A introdução ta uma etapa importante o resultado competitivo. de modificações em deter- no ciclo de desenvolvi- m i nad a mento do produto. É neste Ramos “M.A.R.-kayaks” em Vila surge quatro do Conde de diferentes Atualmente, de uso do e m ba r ca çã o , tendo em aspetos as de conta âmbito em que as simu- deter- lações numéricas (CFD) é necessária a (Manuel Ramos. Foto retirada do Diário de Notícias de 4 de janeiro de 2012) uma única www.cidesd.utad.pt VOLUME 4 , NÚMERO 9 PÁGINA 9 INTERNACIONALIZAÇÃO E DIFUSÃO O membro do CIDESD Daniel Marinho foi premiado com a distinção de INVESTIGADOR DO ANO 2012 na Natação! O prémio foi atribuído pela International Society of Swimming Coaching, e vem reconhecer o excelente trabalho desenvolvido pelo Professor da Universidade da Beira Interior no âmbito do processo de treino. O Director do CIDESD António José Silva foi eleito no passado dia 12 de Janeiro o novo presidente da Federação Portuguesa de Natação. O Pró-Reitor para o Desenvolvimento e Internacionalização da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro apresenta na página 7 as novas linhas orientadoras da Federação Portuguesa de Natação. A internacionalização do CIDESD continua bem patente nos mais diversos quadrantes, sejam eles científicos ou técnicos. A estratégia de difusão do conhecimento produzido pelos membros do CIDESD reflete-se na qualidade dos trabalhos apresentados worldwide bem como na assinatura de protocolos com diferentes instituições. O grupo da Performance Deportiva tem ao seu dispor um site extremamente prático e intuitivo com inúmeras funcionalidades. Para mais informações consulte http:// www.cidesd.utad.pt/cidesd/sp/spigroup.html www.cidesd.utad.pt PERFORMANCE DESPORTIVA Centro de Investigação em Desporto, Saúde e Desenvolvimento Humano O Boletim técnico-científico do grupo da Performance Desportiva tem o objectivo de publicar material que combine os resultados provenientes do conhecimento científico mais actual com as aplicações práticas e o conhecimento profissional. Pretende divulgar informação e produzir conhecimento em três linhas de investigação prioritárias: 1) Dinâmica computacional de fluídos (CFD); 2) CreativeLab, e; 3) Factores genéticos, fisiológicos e biomecânicos determinantes do rendimento. O âmbito de aplicação destas linhas é durante ou após o processo de treino ou competição desportivas e centra-se nos desportistas, nos treinadores e nos juízes, masculinos e femininos, envolvidos no desporto de formação e no desporto de alto-rendimento. Conselho Editorial António Jaime Eira Sampaio; Antonio Jose Rocha Martins da Silva; Aldo Filipe de Matos Moreira Carvalho da Costa; Bruno Filipe Rama Travassos; José Carlos Gomes de Carvalho Leitão; Daniel Almeida Marinho; José Augusto Afonso Bragada; Mário António Cardoso Marques; Mário Jorge de Oliveira Costa; Nuno Miguel Correia Leite; Roland Van den Tillaar; Rui Marcelino Maciel Moreira; Susana Cristina Araújo Póvoas; Tiago Manuel Cabral dos Santos Barbosa; Victor Manuel de Oliveira Maçãs. Centro de Investigação em Desporto, Saúde e Desenvolvimento Humano Edifício CIFOP – Rua Dr. Manuel Cardona UTAD – Apartado 1013 – 5001-801 Vila Real E-mail (secretariado): [email protected] E-mail (direcção): [email protected] Telefone: 259 330 155 Fax: 259 330 168 O CreativeLab será o tema do próximo número do Boletim Performance Desportiva. A temática do CreativeLab encontra-se fundamentada no estudo e compreensão do trabalho colaborativo e do conceito de Criatividade, e será devidamente escalpelizada no próximo número. MAIS INFORMAÇÕES! WWW.CIDESD.UTAD.PT Formação técnica e científica no âmbito da Performance Desportiva Doutoramento Ciências do Desporto — Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Ciências do Desporto — Universidade da Beira Interior Mestrado Jogos Desportivos Colectivos — Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Avaliação nas Actividades Físicas e Desportivas — Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Ciências do Desporto — Universidade da Beira Interior Licenciatura Ciências do Desporto. Ramos: Desportos Individuais; Jogos Desportivos Colectivos — Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Licenciatura em Desporto — Instituto Politécnico de Bragança Licenciatura em Ciências do Desporto—Universidade da Beira Interior www.cidesd.utad.pt
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