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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E8 - Condiciones del Fluido: El Medio en que Opera el Sistema
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:3232
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: Marco ambiental externo
¿Qué fija el marco físico externo del vuelo?
Grupo 2: Grupo 2: Altitud y densidad del aire
¿Cómo modifica la altitud la densidad del aire?
Grupo 3: Grupo 3: Densidad y exigencia aerodinámica
¿Cómo cambia la exigencia de vuelo cuando disminuye la densidad?
Grupo 4: Grupo 4: Altitud, oxígeno y potencia muscular
¿Cómo limita la altitud la potencia muscular sostenible?
Grupo 5: Grupo 5: Límite combinado de vuelo en altura
¿Cómo se combinan la exigencia aerodinámica y la limitación fisiológica?
Grupo 6: Grupo 6: Viento y vuelo dinámico
¿Cómo puede el viento aportar energía al vuelo planeado?
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento con el sistema de vuelo
¿Cómo entran las condiciones del fluido en aerodinámica, cinemática y potencia?
ID:1096
Grupo 1: Grupo 1: Marco ambiental externo
Descripción
¿Qué fija el marco físico externo del vuelo?
Pregunta clave: ¿Qué fija el marco físico externo del vuelo?
Las condiciones del fluido —las propiedades físicas del aire y del entorno atmosférico en el que vuela un ave— son distintas de todos los demás componentes del sistema de vuelo: mientras el ala, los huesos, los músculos y los tendones son partes del propio ave, las condiciones del fluido son el entorno, un conjunto de variables que el ave no controla pero a las que debe adaptarse en cada vuelo. Ya sea reduciendo la densidad y el oxígeno disponible del aire a gran altitud, o entregando energía aprovechable a través del gradiente de viento sobre las olas, estas condiciones del fluido son las que fijan, en cada vuelo concreto, el marco físico dentro del cual la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido del ave deben operar, sin que el ave misma pueda modificar ese marco, solo adaptarse a él. Además, las condiciones del fluido son uno de los datos de entrada que necesita la curva de potencia del ave, la relación entre la velocidad de vuelo y la potencia muscular que esa velocidad exige. Un ejemplo concreto de cómo las condiciones del fluido afectan al vuelo es la altitud: el aire a cuatro mil metros de altitud tiene apenas un sesenta y dos por ciento de la densidad que tiene el aire al nivel del mar. El albatros, en particular, practica una técnica llamada vuelo dinámico, con la que extrae energía directamente del gradiente de viento que se forma sobre las olas del océano, una forma de aprovechar las condiciones del fluido que la ingeniería humana todavía no ha logrado replicar por completo.
ID:2156
Grupo 2: Grupo 2: Altitud y densidad del aire
Descripción
¿Cómo modifica la altitud la densidad del aire?
Pregunta clave: ¿Cómo modifica la altitud la densidad del aire?
Como la sustentación depende directamente de la densidad del aire, un ave que vuela a esa altitud debe volar un veintisiete por ciento más rápido que al nivel del mar para generar exactamente la misma sustentación con esa misma ala. La combinación de una menor densidad del aire, que exige volar más rápido, con un menor oxígeno disponible, que reduce la potencia que el músculo pectoral puede sostener, es la misma combinación que a gran altitud puede llevar a un ave sana al límite de su capacidad de vuelo. Un ejemplo concreto de cómo las condiciones del fluido afectan al vuelo es la altitud: el aire a cuatro mil metros de altitud tiene apenas un sesenta y dos por ciento de la densidad que tiene el aire al nivel del mar. Ya sea reduciendo la densidad y el oxígeno disponible del aire a gran altitud, o entregando energía aprovechable a través del gradiente de viento sobre las olas, estas condiciones del fluido son las que fijan, en cada vuelo concreto, el marco físico dentro del cual la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido del ave deben operar, sin que el ave misma pueda modificar ese marco, solo adaptarse a él. Esa misma altitud reduce, además, el oxígeno disponible en el aire que respira el ave, de modo que el músculo pectoral, el motor principal del vuelo, opera con menos oxígeno del que tendría al nivel del mar para generar la misma potencia muscular.
ID:2157
Grupo 3: Grupo 3: Densidad y exigencia aerodinámica
Descripción
¿Cómo cambia la exigencia de vuelo cuando disminuye la densidad?
Pregunta clave: ¿Cómo cambia la exigencia de vuelo cuando disminuye la densidad?
Estas condiciones del fluido modifican directamente los parámetros con los que opera la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido: la misma geometría del ala y el mismo movimiento oscilatorio del ala generan una sustentación y un empuje distintos según cuáles sean las condiciones del fluido en las que se ejecutan. Además, las condiciones del fluido son uno de los datos de entrada que necesita la curva de potencia del ave, la relación entre la velocidad de vuelo y la potencia muscular que esa velocidad exige. Como la sustentación depende directamente de la densidad del aire, un ave que vuela a esa altitud debe volar un veintisiete por ciento más rápido que al nivel del mar para generar exactamente la misma sustentación con esa misma ala. Un ejemplo concreto de cómo las condiciones del fluido afectan al vuelo es la altitud: el aire a cuatro mil metros de altitud tiene apenas un sesenta y dos por ciento de la densidad que tiene el aire al nivel del mar.
ID:2158
Grupo 4: Grupo 4: Altitud, oxígeno y potencia muscular
Descripción
¿Cómo limita la altitud la potencia muscular sostenible?
Pregunta clave: ¿Cómo limita la altitud la potencia muscular sostenible?
Esa misma altitud reduce, además, el oxígeno disponible en el aire que respira el ave, de modo que el músculo pectoral, el motor principal del vuelo, opera con menos oxígeno del que tendría al nivel del mar para generar la misma potencia muscular. La combinación de una menor densidad del aire, que exige volar más rápido, con un menor oxígeno disponible, que reduce la potencia que el músculo pectoral puede sostener, es la misma combinación que a gran altitud puede llevar a un ave sana al límite de su capacidad de vuelo. Ya sea reduciendo la densidad y el oxígeno disponible del aire a gran altitud, o entregando energía aprovechable a través del gradiente de viento sobre las olas, estas condiciones del fluido son las que fijan, en cada vuelo concreto, el marco físico dentro del cual la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido del ave deben operar, sin que el ave misma pueda modificar ese marco, solo adaptarse a él. Además de la densidad y el oxígeno disponible del aire, las condiciones del fluido incluyen también el viento, el recurso energético más importante para las aves planeadoras.
ID:2159
Grupo 5: Grupo 5: Límite combinado de vuelo en altura
Descripción
¿Cómo se combinan la exigencia aerodinámica y la limitación fisiológica?
Pregunta clave: ¿Cómo se combinan la exigencia aerodinámica y la limitación fisiológica?
La combinación de una menor densidad del aire, que exige volar más rápido, con un menor oxígeno disponible, que reduce la potencia que el músculo pectoral puede sostener, es la misma combinación que a gran altitud puede llevar a un ave sana al límite de su capacidad de vuelo. Además, las condiciones del fluido son uno de los datos de entrada que necesita la curva de potencia del ave, la relación entre la velocidad de vuelo y la potencia muscular que esa velocidad exige. Esa misma altitud reduce, además, el oxígeno disponible en el aire que respira el ave, de modo que el músculo pectoral, el motor principal del vuelo, opera con menos oxígeno del que tendría al nivel del mar para generar la misma potencia muscular.
ID:2160
Grupo 6: Grupo 6: Viento y vuelo dinámico
Descripción
¿Cómo puede el viento aportar energía al vuelo planeado?
Pregunta clave: ¿Cómo puede el viento aportar energía al vuelo planeado?
El albatros, en particular, practica una técnica llamada vuelo dinámico, con la que extrae energía directamente del gradiente de viento que se forma sobre las olas del océano, una forma de aprovechar las condiciones del fluido que la ingeniería humana todavía no ha logrado replicar por completo. Ya sea reduciendo la densidad y el oxígeno disponible del aire a gran altitud, o entregando energía aprovechable a través del gradiente de viento sobre las olas, estas condiciones del fluido son las que fijan, en cada vuelo concreto, el marco físico dentro del cual la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido del ave deben operar, sin que el ave misma pueda modificar ese marco, solo adaptarse a él. Además de la densidad y el oxígeno disponible del aire, las condiciones del fluido incluyen también el viento, el recurso energético más importante para las aves planeadoras.
ID:2161
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento con el sistema de vuelo
Descripción
¿Cómo entran las condiciones del fluido en aerodinámica, cinemática y potencia?
Pregunta clave: ¿Cómo entran las condiciones del fluido en aerodinámica, cinemática y potencia?
Ya sea reduciendo la densidad y el oxígeno disponible del aire a gran altitud, o entregando energía aprovechable a través del gradiente de viento sobre las olas, estas condiciones del fluido son las que fijan, en cada vuelo concreto, el marco físico dentro del cual la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido del ave deben operar, sin que el ave misma pueda modificar ese marco, solo adaptarse a él. Estas condiciones del fluido modifican directamente los parámetros con los que opera la aerodinámica del perfil alar y la cinemática del batido: la misma geometría del ala y el mismo movimiento oscilatorio del ala generan una sustentación y un empuje distintos según cuáles sean las condiciones del fluido en las que se ejecutan. Además, las condiciones del fluido son uno de los datos de entrada que necesita la curva de potencia del ave, la relación entre la velocidad de vuelo y la potencia muscular que esa velocidad exige. Esa misma altitud reduce, además, el oxígeno disponible en el aire que respira el ave, de modo que el músculo pectoral, el motor principal del vuelo, opera con menos oxígeno del que tendría al nivel del mar para generar la misma potencia muscular. Un ejemplo concreto de cómo las condiciones del fluido afectan al vuelo es la altitud: el aire a cuatro mil metros de altitud tiene apenas un sesenta y dos por ciento de la densidad que tiene el aire al nivel del mar.
ID:2162