O Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) realizou testes com bolas de futebol de vários campeonatos do Brasil e Europa, inclusive a Brazuca da Copa do Mundo deste ano.

Laser verde incidindo sobre a Brazuca para realização do mapeamento do escoamento no entorno da bola. Crédito foto: Proteste

Os ensaios foram solicitados pela Proteste Associação de Consumidores. O objetivo foi verificar se as bolas oficiais e réplicas estão de acordo com os sete requisitos internacionais da Federação Internacional de Futebol Associado (Fifa), e os pesquisadores também realizaram ensaios aerodinâmicos das bolas que, embora não sejam exigidos pela federação, são fundamentais para evitar problemas como o ocorrido com a Jabulani, que tinha um comportamento errático quando chutada em velocidades próximas a 80 km/h.

Os ensaios aerodinâmicos de cada bola foram compostos por três fases. Na primeira foram determinados no túnel de vento os coeficientes de arrasto, que indicam a resistência ao avanço da bola no ar, em uma faixa de velocidades entre 6 a 110 km/h. Na segunda fase foram realizados os ensaios com laser, usando o sistema de velocimetria por imagem de partículas (PIV, de particle image velocimetry), para efeito de comparação com as medições de coeficiente de arrasto e verificação da região de transição, chamada de crise do arrasto.

“Para certa velocidade, a força de arrasto exercida sobre a bola muda bruscamente. Essa variação repentina é denominada crise do arrasto”, explica Gabriel Borelli Martins, pesquisador do Laboratório de Vazão do IPT no qual o túnel de vento está instalado. Esse ponto é aquele em que a bola pode adquirir um comportamento instável se chutada a alta velocidade. O ponto de crise do arrasto, obtido experimentalmente pelas medições da força de arrasto e da esteira, é comprovado arremessando a bola por um canhão a ar comprimido, com velocidade inicial entre 80 e 70 km/h, e medindo sua trajetória e velocidade em componentes tridimensionais, por um conjunto de câmeras.


 

Esses dados foram processados pelo Laboratório de Engenharia Naval e Oceânica do IPT, que identifica a velocidade em que a bola muda a trajetória. Em alguns casos, ela faz um zigue-zague, se a crise do arrasto for para altas velocidades, como na velocidade de cerca de 70 km/h, por exemplo, ou se mantém em linha reta, caso a crise seja para velocidades baixas, na faixa de 40 km/h.

PADRÃO FIFA – Os ensaios exigidos pela Fifa foram realizados no Laboratório de Equipamentos Mecânicos e Estruturas do IPT, em uma mesa de coordenadas tridimensionais, na qual foram feitas as medições de circunferência das bolas,

Medição da esfericidade da bola, que não pode ultrapassar 1,5%. Crédito foto: Proteste

que devem estar entre 68,5 centímetros e 69,5 centímetros de esfericidade e aceitam um desvio máximo de até 1,5% na forma esférica da bola e de retenção de forma e tamanho.

Em seguida, a bola foi colocada em um canhão e lançada duas mil vezes a 50 km/h contra uma parede, que é a quantidade de chutes estimados em uma partida de 90 minutos de duração. Neste caso, há uma tolerância na deformação de 1,5 centímetro da circunferência, e na forma esférica de 1,5%, mas a pressão não pode variar mais que 0,1 bar, e deve-se observar ainda se os pontos de costura e a válvula de ar se mantêm sem danos.

Outra parte dos ensaios, de acordo com critérios Fifa, foi realizada no Laboratório de Tecnologia Têxtil do IPT. Nele foram realizados os testes de massa, nos quais as bolas foram infladas até atingir uma pressão de 0,8 bar. A massa deve ser controlada, devendo estar entre 420 g e 445 g, para evitar o risco de lesões, gasto excessivo de energia e perda do domínio da bola.

Ensaio de retenção de forma, tamanho e pressão – a bola é disparada a 50 km/h contra uma parede

O mesmo processo foi feito no ensaio de perda de pressão, mas neste caso a bola foi calibrada com uma pressão de 1,0 bar e a análise da perda de pressão é realizada após 72 horas, no qual a perda não deve ser superior a 20%. O ensaio é necessário para os pesquisadores analisarem se a bola pode se manter com a mesma pressão durante pelo menos 90 minutos, que é o tempo de duração de uma partida de futebol.

No ensaio de absorção de água a bola foi comprimida 250 vezes contra um recipiente contendo dois centímetros de água. Ela foi pesada no início e no final do processo, e a diferença da massa não pode exceder 15%. O ensaio é importante para analisar a qualidade da bola quando há partidas sob a chuva, o que pode aumentar excessivamente a sua massa. Isso impediria que a bola flutuasse, afundando no campo encharcado e possibilitando a alteração de suas características aerodinâmicas.

No teste de repique, a uma temperatura de 20 ºC, a bola foi ‘grudada’ ao equipamento de medição de repique com um ímã e, por meio do comando do software, liberada a distâncias de um a dois metros do solo. Acoplado ao equipamento havia um microfone que captava o som entre um quique e outro.

Ensaio de repique da bola – um microfone próximo ao solo mede o intervalo entre dois repiques e o software determina a altura da bola, para um ambiente climatizado em 20 ºC. Crédito foto: Proteste

“Por meio deste intervalo de tempo é possível calcular a altura do repique que a bola atinge; esse valor deve estar entre 130 centímetros e 155 centímetros e o processo é repetido dez vezes com cada uma das bolas”, explica Karina Uru Oshio, pesquisadora do Laboratório de Tecnologia Têxtil. Os pesquisadores utilizaram bolas diferentes para cada teste, pois em alguns deles elas podem ficar mais ovaladas ou até mesmo soltar a costura, o que prejudicaria outros ensaios.

Ao final dos testes foi verificado que todas as bolas oficiais estavam dentro das especificações de bolas ‘aprovadas’. As réplicas estavam dentro das especificações de bolas ‘inspecionadas’, de acordo com os requisitos da Fifa.

EVOLUÇÃO DAS BOLAS NO MUNDIAL - Nas primeiras edições da Copa do Mundo, as bolas de futebol tinham 12 gomos e este número aumentou depois para 16, sempre costuradas manualmente. Isso seguiu até a década de 1970, quando bolas com 32 gomos em formato de hexágonos e pentágonos começaram a ser utilizadas.

Esse tipo de bola sempre foi muito elogiado pelos jogadores; em 2006 houve uma grande inovação, alterando o formato dos gomos, reduzindo seu número para 14 e deixando-a impermeável. Com isso a bola ficou mais lisa, mas sem os problemas de movimentos em zigue-zague que ocorreram com a Jabulani, a polêmica bola da Copa do Mundo de 2010, muito mais lisa e com apenas oito gomos.

“O problema da ‘Jabulani’ era o aumento brusco da força de arrasto em cerca de três vezes, com velocidade em torno de 80 km/h, enquanto a ‘Teamgeist’, a bola da Copa 2006, tinha uma variação mais suave na força do arrasto, em torno de duas vezes, para uma velocidade de 60 km/h”, afirma Gilder Nader, pesquisador do Laboratório de Vazão do IPT.

A bola da Copa do Mundo de 2014 é a Brazuca que, embora possua apenas seis gomos, são todos simétricos e com grande rugosidade da superfície, aproximando-a das características aerodinâmicas da Cafusa, a bola da Copa das Confederações de 2013. Os testes indicam que a Brazuca possui ótimo desempenho aerodinâmico.