D9 Sensores de pressão/fluxo

Tópico

Sensores de pressão e fluxo permitem a medição direta do campo de pressão na superfície do corpo do peixe ou no fluido circundante, bem como a velocidade local desse fluxo em pontos específicos. Em estudos hidrodinâmicos, sensores de pressão miniaturizados, implantados ou fixados à superfície do peixe, registram a distribuição de pressão que atua sobre seu corpo, a partir da qual a força de arrasto que o peixe enfrenta e a sustentação que ele gera podem ser inferidas diretamente. Sensores de fluxo, sejam eletromagnéticos ou de fio quente, permitem a medição da própria velocidade do fluido, com resolução espacial e temporal reduzida a uma escala muito pequena.

Sensores de pressão implantáveis, construídos como minúsculos elementos piezoresistivos, medem a diferença entre a pressão no ponto de implantação e uma pressão de referência, ou a pressão absoluta naquele ponto. A pressão registrada por esses sensores na superfície do peixe tem dois componentes distintos: pressão hidrostática, que depende exclusivamente da profundidade em que o peixe está localizado, e pressão dinâmica, gerada pelo próprio fluxo de água ao passar sobre o corpo do peixe. Essa pressão dinâmica aumenta proporcionalmente à densidade da água e ao quadrado da velocidade do fluxo.

Precisamente porque essa pressão dinâmica depende da velocidade do fluxo, a distribuição da pressão dinâmica registrada ao redor do corpo do peixe pode ser usada para reconstruir o campo de velocidade do fluxo externo. Isso é conseguido aplicando-se o mesmo princípio da conservação de energia que descreve a relação entre pressão e velocidade em um fluido. Dessa forma, o corpo do peixe, coberto por sensores de pressão, atua como seu próprio instrumento para medir a velocidade do fluxo circundante.

Entre os sensores de fluxo mencionados no início deste modelo, os anemômetros de fio quente medem a velocidade do fluido com base na quantidade de calor perdida por um fio metálico mantido a uma temperatura constante. De acordo com a lei de King, a corrente elétrica necessária para manter a temperatura do fio contra o efeito de resfriamento do fluxo é uma função calibrada da velocidade do fluxo.

Quando o objetivo é medir não a velocidade do fluxo em um ponto específico, mas a vazão total que circula em uma única direção, como em um túnel de vento, utilizam-se medidores de vazão eletromagnéticos ou ultrassônicos Doppler. Esses sensores medem a taxa de fluxo com alta precisão.

O comportamento mais revelador que esses sensores de pressão nos permitem observar é que, quando colocados no corpo do peixe, eles detectam a onda de pressão gerada pela própria barbatana caudal ao se movimentar — a mesma onda de pressão descrita no início deste modelo como parte do campo de pressão na superfície do corpo. Essa descoberta nos permite estudar como o próprio peixe poderia, em princípio, detectar com sua linha lateral o campo de fluxo que ele gera enquanto nada.

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