Definición de Fenómenos de Transporte

Daniela Nataly Díaz Zepeda
M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas

El término fenómenos de transporte se refiere principalmente a tres tipos de procesos: transporte de momentum (movimiento), transporte de energía y transporte de masa. Estos tres grandes campos de estudio involucran, respectivamente, a la dinámica de fluidos, transferencia de calor y transferencia de masa de diferentes especies químicas.

El estudio de los fenómenos de transporte es fundamental para el desarrollo de diferentes campos científicos, incluyendo, física, química, ingeniería mecánica e ingeniería química, entre muchos otros. Cabe mencionar que, de manera fundamental, todos los fenómenos de transporte basan su comportamiento en las leyes de la conservación (materia y energía).

Transporte de momentum

El transporte de momentum se refiere a los materiales en movimiento, específicamente, a fluidos. La dinámica de fluidos se encarga del estudio de estos procesos, que se ocupa de los principios bajo los que sucede el movimiento de los fluidos bajo distintas condiciones como, flujo a través de tuberías, turbulencia, canales abiertos, entre otros. El estudio de la transferencia de momentum es útil en aplicaciones como diseño aerodinámico y de vehículos terrestres, incluso en sistemas biológicos como el flujo de sangre en el cuerpo humano.

Transporte de energía

Por otro lado, la transferencia de calor es un proceso fundamental que describe como la energía en forma de calor pasa de un lugar a otro. Esto ocurre bajo tres mecanismos principales, que son, la conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia de calor en un sólido en contacto con otro, la convección es la transferencia de calor por medio de movimiento de fluidos y la radiación es la transferencia de calos por medio de ondas electromagnéticas, como microondas e infrarrojo.

Entender cómo ocurre el fenómeno de transferencia de calor es fundamental en aplicaciones como el diseño de intercambiadores de calor, dispositivos calentadores o enfriadores de ambiente, electrodomésticos de cocina, entre muchas otras.

Transferencia de masa

La transferencia de masa se refiere al mecanismo por el que la materia pasa de una localización a otra dentro de determinado sistema, ya sea por un cambio de fase o por procesos químicos involucrados. Aquí entra la difusión de compuestos u otras especies químicas, como moléculas o iones, la descripción de reacciones que ocurren en ciertos procesos, como los fisiológicos, entre otros. La transferencia de masa juega un papel importante en operaciones unitarias, que se aplican en procesos industriales, como absorción, extracción, secado y destilación.

Los fenómenos de transporte se pueden estudiar bajo la lupa de tres niveles diferentes, haciendo referencia a distintas escalas: macroscópica, microscópica y molecular. Empezando por el nivel macroscópico, en el que se plantean ecuaciones conocidas como balance, que describen como el momentum, la energía y la masa en un sistema, se ven afectados bajo cierto cambio. Dicho cambio puede ser la introducción o remoción de alguno de los elementos, debido a entradas de materia, energía o corrientes externas. Estos balances, se enfocan en las diferencias de un estado inicial a un punto en el tiempo donde ocurrió la afección en el proceso, dejando de lado el entendimiento de todos los detalles del sistema. El estudio de los fenómenos de transporte a nivel macroscópico nos ayuda a entender un problema desde una visión global, y en ciertas aplicaciones, como las ingenieriles, es todo lo que se necesita.

El siguiente es el nivel microscópico, bajo el que se examinan regiones pequeñas dentro del sistema, aquí también se aplican ecuaciones que describen un cambio, pero solo dentro de la pequeña región de estudio. El objetivo de un estudio a nivel microscópico es obtener información, más detallada que a nivel macroscópico, como temperatura, presión y perfiles de concentración, los cuales es posible extrapolar a otras regiones para obtener una radiografía más detallada del sistema de estudio. Por último, el nivel molecular, busca entender de manera fundamental los fenómenos de transporte, es decir, entender los mecanismos de masa, momentum y energía en términos de fuerzas y estructura molecular. Este tipo de estudios son adoptados por ramas científicas como la física teórica, fisicoquímica, y muy ocasionalmente la ingeniería.

Ejemplos de aplicación

Algunas aplicaciones del estudio de los fenómenos de transporte incluyen, la resolución de problemas industriales, biológicos, agricultura y meteorológicos, pues recordemos que todos estos procesos se rigen bajo las leyes de conservación de materia y energía. Los ingenieros y científicos dedicados a este campo de estudio utilizan ecuaciones para modelar estos fenómenos y predecir su comportamiento bajo diferentes condiciones, además de buscar formas de optimizar los procesos que se rigen por ellos. De manera más específica, procesos industriales como la destilación, secado de granos y maderas, procesos de fermentación para la producción de alimentos y bebidas, tratamiento de aguas, minería, refinación del petróleo, todos ellos fueron desarrollados y siguen siendo perfeccionados gracias a la aplicación de los fenómenos de transporte.

 
 
 
 
Por: Daniela Nataly Díaz Zepeda. Ingeniera Química, M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas. Se desempeña en el estudio y la divulgación científica. Experiencia en el desarrollo de vehículos farmacológicos, y actualmente pertenece al grupo de investigación de biofotónica. Su posgrado le otorgó una formación multidisciplinaria en Física, biología e ingeniería.

Trabajo publicado en: Oct., 2023.
Datos para citar en modelo APA: Díaz Zepeda, D. N. (octubre, 2023). Definición de Fenómenos de Transporte. Significado.com. Desde https://significado.com/fenomenos-transporte/
 

Referencias

Bird, R., Stewart, W. and Lightfoot, E. (2002) Transport Phenomena. 2nd Edition, John Wiley and Sons, New York.

C. J. Geankoplis, “Transport Processes and Unit Operations,” 3rd Edition, Prentice Hall, New Jersey, 1993.

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