Design and study of a solar simulator for athletes’ acclimation training

Abstract

Vários estudos têm demonstrado que a realização de treino de aclimatação permite aos atletas melhorar o seu rendimento físico durante competições desportivas realizadas com condições ambientais adversas. A maioria dos treinos de aclimatação tem em conta os efeitos nocivos de altos níveis temperatura e humidade do ar. No entanto, despreza os efeitos nocivos relacionados com a os ganhos térmicos por radiação solar.Este facto foi chamado à atenção por uma atleta de marcha, após treinar na câmara climática do Laboratório de Aerodinâmica Industrial (LAI), pertencente à Associação para o Desenvolvimento de Aerodinâmica Industrial (ADAI). Assim, surge a necessidade de aumentar o leque de capacidades da câmara climática referida.Neste sentido, foi feito um estudo de tecnologia existente e um estudo de dimensionamento de um simulador solar a ser implementado na câmara climática.O estudo de dimensionamento envolveu: a medição da radiação emitida por uma luminária, de um simulador solar já existente, em unidades fotométricas e radiométricas; o cálculo de um coeficiente de convserção de unidades fotométricas para unidades radiométricas; a modelação da luminária em estudo, através da manipulação matemática dos valores medidos; a validação do modelo; a importação do modelo para o DIALux; e o estudo da óptima configuração.Assim, com o estudo de tecnologia existente, conclui-se cada luminária deveria ser constituída por uma lâmpadas de iodelos metálicos um refletor parabólico e uma lente Fresnel. O modelo construído foi valiado com sucesso, apesar de se encontrar subdimensionado.Através do estudo de dimensionamento, chegou-se à conclusão que, para atingir valores de irradiação superiores a 900W/m2 na grande maioria àrea das costas do altela, seriam necessárias trinta e duas luminárias (com lâmpadas 575W de potência consumida), colocadas a uma distância de 1.25 metros do atleta. Para atingir valores de irradiação superiores apenas a 680 W/m2, seriam apenas precisas vinte e quatro luminárias, nas mesmas condições. Às luminárias foi atribuida uma inclinação de 60º com a vertical, com o intuito de replicar a direção da radiação solar natural.

Several studies have shown that performing acclimation training allows athletes to improve their physical performance during sports competitions carried out under adverse environmental conditions. The majority of acclimation trainings take into account the high levels of air temperature and air humidity. It is common practice in acclimation training to replicate ambient conditions with high air temperature and relative humidity. Nonetheless, high solar irradiation is often neglected.This fact was brought to the attention of a racewalking athlete after training in the climate chamber of the Industrial Aerodynamics Laboratory (LAI) belonging to the Association for the Development of Industrial Aerodynamics (ADAI). As a result, the need to increase the climate chamber’s range of simulation capacities.For that purpose, a study on already existing tecnology and a desing study for the a solar simulator to be implemented in the climate chamber were carried out.The design study involved: measuring the radiation emitted by a luminaire from an existing solar simulator in photometric and radiometric units; modeling the luminaire through the matimatical manipulation of the measured values; validation the model; importing the model to DIALux; and studying the optimal configuration of the solar simulator.Hence, with the study of existing technology, it was concluded that each luminaire should consist of a metal halide lamp, a parabolic reflector and a Fresnel lens.The model was succefully validated, even though it was found to be underdimentioned.Through the design study, it was concluded that in order to to reach irradiation values above 900W/m2 in the majority of the athlete’s back are, thirty-two luminaires would be necessary (with lamps powered by 575W), placed at 1.25m distant from the athlete. To reach irradiations values just above 680W/m2, only twenty-four luminaires would be needed under the same conditions. The luminaires were assigned an inclination angle of 60° with the vertical, in order to replicate the direction of natural solar radiation.