Investigan la Conservación de la Energía Mediante la Hidrodinámica del Tiburón

Ingeniería Mecánica


Los tiburones se han convertido recientemente en el tema de un proyecto de investigación en ingeniería de la Universidad de Alabama. Dirigido por Amy Lang, profesora de ingeniería mecánica y aeroespacial, el proyecto explora la conservación de la energía y el control de la capa límite con relación a la superficie corporal de los tiburones.

La capa límite es el área más cercana a la superficie donde las condiciones de viscosidad producen resistencia al avance, en este caso la piel de un tiburón.

Los resultados del proyecto permitirán a los investigadores explorar soluciones naturales para la reducción de la fricción, lo que podría producir innovaciones útiles y tener aplicaciones para la conservación de la energía. Esta investigación no sólo proporcionará una mejor comprensión del desarrollo evolutivo de los tiburones, sino que también analizará métodos de control del flujo y la reducción de la resistencia al avance, que puedan aplicarse con facilidad a vehículos en movimiento.

Diversas investigaciones ya han demostrado que reducir la resistencia al avance sobre las superficies de los sólidos puede ahorrar mucha energía, y en consecuencia, dinero. Por ejemplo, se estima que incluso una reducción tan modesta como del uno por ciento en la resistencia al avance puede ahorrar a una aerolínea por lo menos unos 90.000 litros de combustible por año y por avión. Como resultado, la reducción en las emisiones contaminantes que van a parar al aire es igualmente impresionante.

En el proyecto se está investigando el flujo de la capa límite sobre una superficie que imita la piel de un tiburón nadando con rapidez.

Lang espera explicar por qué los tiburones rápidos tienen sus escamas más pequeñas que las de especies de tiburón más lentas. La evidencia sugiere que los tiburones con las escamas más pequeñas tienen la capacidad de alterar la orientación de éstas cuando nadan, permitiéndoles hacerlo más rápido y creando un singular patrón de superficie en la piel que resulta en varios mecanismos de control de la capa límite.

Los investigadores esperan explicar cómo la piel del tiburón controla la capa límite para disminuir la resistencia al avance y nadar más deprisa. Si pueden demostrar con éxito que hay un efecto significativo operando ahí, en el futuro podría ser posible reproducirlo para aplicaciones tales como reducir la resistencia al avance en los vehículos subacuáticos y en los aviones.

La investigación de Lang se lleva acabo utilizando un túnel de agua en un laboratorio. En este túnel se puede incrementar la geometría de la piel del tiburón en 100 veces, con una disminución correspondiente en el flujo sobre el modelo. Esto hace observable el flujo sobre la piel y permite su visualización y medición utilizando modernas técnicas experimentales.