A população global e a urbanização cresceram nas últimas décadas. Com eles vieram dezenas de novos edifícios altos, drones, sistemas de ventilação mais eficientes em energia, e táxis aéreos planejados pela Uber e outras empresas. Mas esses avanços tecnológicos devem enfrentar um fenômeno físico natural:o vento.

Os cientistas apresentaram as últimas descobertas sobre modelagem e previsão do fluxo de ar urbano - na esperança de construir edifícios melhores, cidades, e transporte - na 73ª Reunião Anual da Divisão de Dinâmica de Fluidos da American Physical Society.

Os céus urbanos do futuro podem estar repletos de aeronaves autônomas:táxis aéreos, drones, e outros sistemas autônomos. Uma equipe da Oklahoma State University desenvolveu técnicas para modelar os riscos ambientais que esses veículos podem encontrar para que possam navegar com segurança pelas cidades.

"Ambientes urbanos apresentam enormes desafios para drones e plataformas de mobilidade aérea urbana, "disse o pesquisador Jamey Jacob, quem liderou a equipe. "Além dos desafios de congestionamento de tráfego e obstáculos, existem lacunas tecnológicas críticas na modelagem, detecção, e acomodar os campos de vento locais urbanos dinâmicos, bem como na navegação de precisão em condições climáticas incertas. "

Os pesquisadores conectaram sensores a aeronaves robóticas para fazer medições mais coesas de esteiras de construção, ou o fluxo de ar perturbado em torno dos edifícios. Eles combinaram esses dados com previsões numéricas para obter uma imagem melhor dos complexos padrões de vento encontrados em ambientes urbanos.

O trabalho pode ajudar a melhorar a previsão do vento e do tempo, não apenas para aeronaves não tripuladas, mas também para aviões convencionais.

"O potencial de equipar todos os drones e táxis aéreos urbanos, bem como outras aeronaves, com sensores oferece uma oportunidade de mudar o jogo em nossa capacidade de monitorar, prever, e relatar eventos climáticos perigosos, "disse Jacob.

Outro grupo, com base na Universidade de Surrey também investigou esteiras de construção. Visando melhorar a qualidade do ar nas cidades, eles procuraram as diferenças de vigília entre um único edifício alto e um grupo de edifícios altos.

"Compreender como modelar a esteira de edifícios altos é o primeiro passo para permitir que os planejadores da cidade reduzam o efeito da ilha de calor, bem como melhorem a qualidade do ar urbano, "disse Joshua Anthony Minien, pesquisador em engenharia mecânica.

A equipe realizou experimentos em um túnel de vento, variando o agrupamento, proporção da tela, e espaçamento de edifícios altos. Eles foram encorajados a ver que, quando medidos longe o suficiente a jusante, um agrupamento de edifícios e um edifício isolado têm características de esteira semelhantes. Mudanças na direção do vento também parecem afetar significativamente a esteira de aglomerados de edifícios.

Todos os edifícios, alto ou não, deve ser ventilado.

"A capacidade de prever taxas de fluxo de ventilação, tempos de purga e padrões de fluxo são importantes para o conforto e a saúde humana, conforme destacado pela necessidade de prevenir a propagação do coronavírus no ar, "disse o pesquisador da Universidade de Cambridge, Nicholas Wise.

Com o professor de engenharia Gary Hunt, Wise encontrou um problema nos modelos atuais de sistemas passivos de ventilação natural. Eles geralmente usam o fluxo de deslocamento - onde o ar noturno mais frio entra em um edifício por uma abertura e o ar mais quente acumulado durante o dia sai por outra abertura.

Sua modelagem matemática revelou que o fluxo de deslocamento não continua durante a purga de ar quente, como se acreditava. Em vez de, a sala experimenta um "fluxo de troca desequilibrado" que pode retardar o processo de purga.

"Todo fluxo de deslocamento muda para fluxo de troca desequilibrado, "disse Wise.

Os pesquisadores ficaram surpresos com o quanto a adição de uma pequena abertura de baixo nível acelera o resfriamento da sala, em comparação com uma sala com apenas uma abertura de alto nível. Seu modelo será útil para projetistas de sistemas de ventilação natural.