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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D9 - Sensores de Presión y Flujo
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3118
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Campo de presión sobre el pez
¿Cómo se mide y descompone la presión sobre el cuerpo del pez?
Grupo 2: Grupo 2: Presión hidrostática y profundidad
¿Qué origina la componente estática de la presión registrada?
Grupo 3: Grupo 3: Presión dinámica y velocidad local
¿Cómo relaciona el flujo local la velocidad con la presión dinámica?
Grupo 4: Grupo 4: Reconstrucción del flujo desde presión
¿Cómo puede la distribución de presión reconstruir el campo de velocidades exterior?
Grupo 5: Grupo 5: Anemometría de hilo caliente
¿Cómo convierte un hilo caliente el enfriamiento por flujo en una medida de velocidad?
Grupo 6: Grupo 6: Medición de caudal unidireccional
¿Cómo se mide el caudal completo en un túnel de nado?
Grupo 7: Grupo 7: Ola de presión caudal y percepción
¿Qué revela la ola de presión generada por la aleta caudal?
ID:1059
Grupo 1: Grupo 1: Campo de presión sobre el pez
Descripción
¿Cómo se mide y descompone la presión sobre el cuerpo del pez?
Pregunta clave: ¿Cómo se mide y descompone la presión sobre el cuerpo del pez?
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 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. 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. 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. 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.
ID:5237
Grupo 2: Grupo 2: Presión hidrostática y profundidad
Descripción
¿Qué origina la componente estática de la presión registrada?
Pregunta clave: ¿Qué origina la componente estática de la presión registrada?
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.
ID:5238
Grupo 3: Grupo 3: Presión dinámica y velocidad local
Descripción
¿Cómo relaciona el flujo local la velocidad con la presión dinámica?
Pregunta clave: ¿Cómo relaciona el flujo local la velocidad con la presión dinámica?
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. 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.
ID:5239
Grupo 4: Grupo 4: Reconstrucción del flujo desde presión
Descripción
¿Cómo puede la distribución de presión reconstruir el campo de velocidades exterior?
Pregunta clave: ¿Cómo puede la distribución de presión reconstruir el campo de velocidades exterior?
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. 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. 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. 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. 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.
ID:5240
Grupo 5: Grupo 5: Anemometría de hilo caliente
Descripción
¿Cómo convierte un hilo caliente el enfriamiento por flujo en una medida de velocidad?
Pregunta clave: ¿Cómo convierte un hilo caliente el enfriamiento por flujo en una medida de velocidad?
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. 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.
ID:5241
Grupo 6: Grupo 6: Medición de caudal unidireccional
Descripción
¿Cómo se mide el caudal completo en un túnel de nado?
Pregunta clave: ¿Cómo se mide el caudal completo en un túnel de nado?
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.
ID:5242
Grupo 7: Grupo 7: Ola de presión caudal y percepción
Descripción
¿Qué revela la ola de presión generada por la aleta caudal?
Pregunta clave: ¿Qué revela la ola de presión generada por la aleta caudal?
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. 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. 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. 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. 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.
ID:5243