Simulações em laboratório avançam estudos de navegação em rios brasileiros

Um rio pode caber dentro de um laboratório? Em escala reduzida, a resposta é sim. É dessa forma que pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias (INPH), vinculado ao Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (Dnit), estudam o movimento da água e a passagem de comboios por trechos com curvas e correntes fortes.

Com impressão 3D, inteligência artificial e simulações, a equipe busca identificar dificuldades de navegação e avaliar soluções voltadas à segurança e à eficiência das hidrovias.

Atualmente, a equipe do INPH trabalha com dois modelos de trechos que apresentam curvas e correntes fortes. Um está em fase de avaliação e ensaios; o outro, na etapa final de construção, antes da calibração. Ambos foram concebidos para estudar condições que podem dificultar a passagem de comboios formados por chatas e empurradores.

Imagine um comboio de barcaças carregadas de soja se aproximando de uma curva do rio. Se uma corrente lateral empurrar as embarcações, a manobra pode ficar mais difícil. No laboratório, os pesquisadores reproduzem essa situação em escala e observam como o comboio se comporta em diferentes condições. Os testes ajudam a identificar dificuldades de passagem e a avaliar medidas para tornar a navegação mais segura.

Reproduzir um rio exige mais do que copiar o formato do leito e das margens. Para que os testes sejam úteis, a água também precisa se comportar no modelo de maneira semelhante à observada na natureza.

Para isso, os pesquisadores utilizam a lei de semelhança de Froude, princípio que permite reproduzir, em escala, fenômenos hidráulicos relacionados à velocidade, à vazão e às forças exercidas pela água.

Depois da construção vem a calibração, etapa em que as medições obtidas no laboratório são comparadas com dados coletados no rio para verificar se o modelo representa adequadamente as condições reais.

Com essa correspondência estabelecida, a equipe pode realizar ensaios e observar como as correntes influenciam a trajetória das embarcações. Os resultados ajudam a reconhecer pontos que exigem maior atenção durante a passagem e a manobra dos comboios.

A construção de um modelo começa com um levantamento topobatimétrico, que registra as características do terreno acima e abaixo da água. A partir dessas informações, os pesquisadores criam um "gêmeo digital", representação virtual detalhada do trecho estudado.

Essa versão digital é dividida em partes, impressa em 3D e montada no laboratório como um grande quebra-cabeça. Segundo o Instituto, a manufatura digital reduz o tempo de construção e aumenta a precisão do modelo físico, permitindo erros inferiores a um milímetro na construção.

A unidade utiliza recursos de manufatura digital desde 2022, inclusive em projetos de molhes e estruturas de proteção costeira. A impressão 3D amplia essa experiência nos estudos hidroviários, ao transformar dados coletados no rio em peças que podem ser montadas e testadas.

Antes e durante os ensaios físicos, programas de modelagem numérica permitem avaliar diferentes cenários e condições hidrológicas. As análises consideram séries históricas da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA). Programas de desenho assistido por computador, conhecidos como CAD, também são utilizados na criação do gêmeo digital.

No laboratório, câmeras de rastreamento por infravermelho acompanham o fluxo da água e a trajetória de comboios reproduzidos em escala. Os registros ajudam os especialistas a observar dificuldades de passagem e de manobra sob diferentes condições.

As informações coletadas no rio, nos modelos físicos e nas simulações são reunidas em um simulador de manobras. A ferramenta permite avaliar, em tempo real e em ambiente virtual, as condições de navegabilidade em diferentes cenários.

Cada medição, simulação e ensaio produz dados que precisam ser organizados e analisados. De acordo com o INPH, recursos de inteligência artificial, na forma de inteligência computacional aplicada, auxiliam na análise, validação e catalogação dessas informações ao longo da pesquisa.

As ferramentas ajudam a comparar resultados, mas a interpretação dos dados e a avaliação das alternativas cabem aos especialistas. É a combinação entre tecnologia e conhecimento técnico que permite compreender melhor as dificuldades encontradas pelas embarcações e estudar possíveis soluções.

Ao reproduzir trechos de rios no computador e no laboratório, os pesquisadores podem investigar como uma corrente afeta uma manobra e testar diferentes condições de passagem. Esse conhecimento oferece suporte técnico a decisões voltadas a uma navegação mais segura e eficiente.