D9 Sensores de Presión/Flujo

Tópico

Los sensores de presión y flujo permiten medir directamente el campo de presiones sobre la superficie del cuerpo del pez, o en el fluido que lo rodea, así como la velocidad local de ese flujo en puntos específicos. En estudios de hidrodinámica, los sensores de presión miniaturizados, implantados o adheridos a la superficie del pez, registran la distribución de presión que actúa sobre su cuerpo, de la que se puede inferir directamente la fuerza de arrastre que el pez enfrenta y la distribución de sustentación que genera. Los sensores de flujo, ya sean electromagnéticos o de hilo caliente, permiten en cambio medir la velocidad del propio fluido, con una resolución espacial y temporal reducida a una escala muy pequeña.

Los sensores de presión implantables, construidos como diminutos elementos piezorresistivos, miden la diferencia entre la presión en el punto donde están implantados y una presión de referencia, o bien la presión absoluta en ese punto. La presión que estos sensores registran en la superficie del pez tiene dos componentes distintos: la presión estática hidrostática, que depende únicamente de la profundidad a la que se encuentra el pez, y la presión dinámica, que genera el propio flujo de agua al pasar sobre el cuerpo del pez y que crece en proporción a la densidad del agua y al cuadrado de la velocidad de ese flujo.

Precisamente porque esa presión dinámica depende de la velocidad del flujo, la distribución de presión dinámica que se registra alrededor del cuerpo del pez puede usarse para reconstruir el campo de velocidades del flujo exterior, aplicando el mismo principio de conservación de energía que describe la relación entre presión y velocidad en un fluido; de este modo, el propio cuerpo del pez, cubierto de sensores de presión, actúa como su propio instrumento para medir la velocidad del flujo que lo rodea.

Entre los sensores de flujo mencionados al comienzo de este modelo, los anemómetros de hilo caliente miden la velocidad del fluido a partir de cuánto calor pierde un hilo metálico que se mantiene calentado a una temperatura constante: la corriente eléctrica que hay que suministrarle a ese hilo para sostener su temperatura frente al enfriamiento que provoca el flujo es, según la ley de King, una función calibrada de la velocidad de ese mismo flujo.

Cuando lo que se necesita medir no es la velocidad del flujo en un punto sino el caudal completo que circula en una sola dirección, como ocurre dentro de un túnel de nado, se recurre en cambio a caudalímetros electromagnéticos o de ultrasonido con efecto Doppler, que miden ese caudal con alta precisión.

El comportamiento más revelador que estos sensores de presión permiten observar es que, colocados sobre el cuerpo del pez, detectan la ola de presión que genera su propia aleta caudal al batir, la misma ola de presión que se describió al comienzo de este modelo como parte del campo de presiones sobre la superficie del cuerpo. Este hallazgo permite estudiar cómo el propio pez podría, en principio, detectar con su línea lateral el campo de flujo que él mismo genera al nadar.

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