Introdução

A utilização de veículos compactos tem se tornado cada vez mais atrativa nos grandes centros urbanos. Nesse contexto, a análise por simulação CFD contribui para o desenvolvimento de soluções voltadas à mobilidade urbana. Além disso, a maior facilidade para deslocar e estacionar veículos menores representa uma oportunidade para empresas do setor.

Além da facilidade de deslocamento no trânsito, o tipo de propulsão desses veículos também constitui um diferencial. Algumas soluções utilizam propulsão híbrida por meio de pedais com assistência elétrica, similar às e-bikes. Entretanto, esses veículos contam com carenagem e maior conforto ao usuário.

Um dos principais obstáculos para a utilização mais ampla das bicicletas nas grandes cidades é, sobretudo, a exposição às intempéries. Chuva, vento, poluição e até mesmo poças de lama podem, eventualmente, inviabilizar o deslocamento diário para o trabalho.

Nesse sentido, os veículos carenados têm ganhado destaque, principalmente em países mais desenvolvidos, como a Alemanha. O veículo TWIKE, por exemplo, representa uma iniciativa consolidada nesse segmento.

Figura 1 – Veículo TWIKE híbrido movido a propulsão humana/elétrica.

No Brasil, uma empresa de São Paulo desenvolveu o veículo chamado BOTO, com formas orgânicas inspiradas no mamífero de mesmo nome, muito comum nos trópicos.

Para o desenvolvimento do protótipo BOTO, a Kot realizou simulações utilizando a técnica de CFD, com o propósito de avaliar melhorias para redução de arrasto aerodinâmico. Considerando a potência limitada da propulsão humana com auxílio do motor elétrico, qualquer redução no arrasto impacta positivamente a performance do veículo, tanto em velocidade quanto em alcance.

Modelagem

Por se tratar de um veículo em fase inicial de desenvolvimento, foi utilizado um modelo em escala reduzida para a elaboração da malha em volumes finitos. Posteriormente, o modelo em escala foi escaneado, possibilitando sua inserção rápida no software de CFD. Dessa forma, etapas mais demoradas do processo, como a modelagem detalhada, foram significativamente reduzidas.

A utilização de modelos escaneados apresenta algumas limitações quanto à precisão. Contudo, em análises realizadas nas fases iniciais de protótipos, a rapidez nas iterações é, muitas vezes, mais importante do que a precisão absoluta dos resultados.

Isso ocorre porque o protótipo sofre alterações constantes durante o desenvolvimento. Assim, o teste de novas soluções e melhorias torna-se frequente, bem como a necessidade de quantificar pequenos ganhos de desempenho.

Figura 2 – Modelagem por meio da técnica de escaneamento digital de modelos em escala reduzida.

Posteriormente, o modelo passou por pequenos ajustes antes de ser incorporado diretamente ao software CFD. Foram realizados ajustes de escala para as dimensões reais e correções em regiões com imperfeições decorrentes do processo de escaneamento.

Resultados

Os resultados das simulações indicaram, por conseguinte, a necessidade de melhorias na parte superior traseira do protótipo. O objetivo foi deslocar o ponto de descolamento do fluxo, mantendo o escoamento mais rente à superfície. Como resultado, houve redução do arrasto total.

Figura 3 – Resultados – distribuição de pressão na carenagem do protótipo BOTO.

Por se tratar de um corpo rombudo sem perfilagem aerodinâmica, o coeficiente de arrasto (Cd) calculado por CFD foi da ordem de 0,20. Como base comparativa, podem ser considerados alguns veículos compactos tradicionais comercializados no Brasil.

O Fiat 500, por exemplo, apresenta coeficiente de arrasto entre 0,33 e 0,36. Já o GM Kadett, conhecido pelo baixo arrasto aerodinâmico, atingia aproximadamente 0,30 em suas melhores versões.

Em contrapartida, bicicletas sem qualquer tipo de carenagem apresentam coeficientes de arrasto entre 1,1 e 0,88. Portanto, observa-se uma diferença expressiva em relação ao veículo proposto.

Figura 4 – Resultados – adição de uma carenagem junto a roda traseira do protótipo.

Considerações finais

As melhorias propostas foram implementadas rapidamente por meio da técnica de escaneamento. Dessa maneira, foi possível avaliar com agilidade as modificações realizadas na maquete em escala reduzida.

A partir das análises de escoamento via CFD, tornou-se possível propor melhorias voltadas à redução do arrasto aerodinâmico. Consequentemente, houve melhora na performance do veículo e contribuição para o desenvolvimento de alternativas voltadas à mobilidade urbana.

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