Ορισμός Μεταφορικών Φαινομένων

Daniela Nataly Díaz Zepeda
MC στη Βιοϊατρική Μηχανική και στη Φυσική

Ο όρος μεταφορικά φαινόμενα αναφέρεται κυρίως σε τρία είδη διαδικασιών: μεταφορά ορμής, μεταφορά ενέργειας και μαζική μεταφορά. Αυτά τα τρία κύρια πεδία μελέτης περιλαμβάνουν, αντίστοιχα, τη δυναμική των ρευστών, τη μεταφορά θερμότητας και τη μεταφορά μάζας διαφορετικών χημικών ειδών.

Η μελέτη των φαινομένων των μεταφορών είναι θεμελιώδης για την ανάπτυξη διαφορετικών επιστημονικών πεδίων, όπως η φυσική, η χημεία, η μηχανολογία και η χημική μηχανική, μεταξύ πολλών άλλων. Αξίζει να σημειωθεί ότι, βασικά, όλα τα μεταφορικά φαινόμενα βασίζουν τη συμπεριφορά τους στους νόμους της διατήρησης (ύλη και ενέργεια).

μεταφορά ορμής

Η μεταφορά ορμής αναφέρεται σε υλικά σε κίνηση και συγκεκριμένα σε ρευστά. Η δυναμική των ρευστών είναι υπεύθυνη για τη μελέτη αυτών των διεργασιών, η οποία ασχολείται με τις αρχές κάτω από τις οποίες συμβαίνει η διαδικασία. κίνηση ρευστών υπό διαφορετικές συνθήκες όπως ροή μέσω σωλήνων, αναταράξεις, ανοιχτά κανάλια, μεταξύ των οι υπολοιποι. Η μελέτη της μεταφοράς ορμής είναι χρήσιμη σε εφαρμογές όπως ο σχεδιασμός αεροδυναμικών και επίγειων οχημάτων, ακόμη και σε βιολογικά συστήματα όπως η ροή του αίματος στο ανθρώπινο σώμα.

μεταφορά ενέργειας

Από την άλλη πλευρά, η μεταφορά θερμότητας είναι μια θεμελιώδης διαδικασία που περιγράφει πώς η ενέργεια με τη μορφή θερμότητας περνά από το ένα μέρος στο άλλο. Αυτό συμβαίνει κάτω από τρεις κύριους μηχανισμούς, οι οποίοι είναι η αγωγή, η μεταφορά και η ακτινοβολία. Αγωγή είναι η μεταφορά θερμότητας σε ένα στερεό σε επαφή με ένα άλλο, συναγωγή είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω της κίνησης και της ακτινοβολίας του ρευστού είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όπως τα μικροκύματα και υπέρυθρες.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμβαίνει το φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας είναι απαραίτητη σε εφαρμογές όπως ο σχεδιασμός του εναλλάκτες θερμότητας, συσκευές θέρμανσης ή ψύξης δωματίου, συσκευές κουζίνας, μεταξύ άλλων. πολλοι αλλοι.

Μαζική μεταφορά

Η μεταφορά μάζας αναφέρεται στον μηχανισμό με τον οποίο η ύλη περνά από τη μια θέση στην άλλη μέσα σε ένα συγκεκριμένο σύστημα, είτε με αλλαγή φάσης είτε με χημικές διεργασίες που εμπλέκονται. Εδώ έρχεται η διάχυση ενώσεων ή άλλων χημικών ειδών, όπως μόρια ή ιόντα, η περιγραφή των αντιδράσεων που συμβαίνουν σε ορισμένες διαδικασίες, όπως φυσιολογικές, μεταξύ άλλων. Η μεταφορά μάζας παίζει σημαντικό ρόλο στις λειτουργίες της μονάδας, οι οποίες εφαρμόζονται σε βιομηχανικές διαδικασίες, όπως η απορρόφηση, η εκχύλιση, η ξήρανση και η απόσταξη.

Τα φαινόμενα μεταφοράς μπορούν να μελετηθούν κάτω από τον μεγεθυντικό φακό τριών διαφορετικών επιπέδων, που αναφέρονται σε διαφορετικές κλίμακες: μακροσκοπική, μικροσκοπική και μοριακή. Ξεκινώντας από το μακροσκοπικό επίπεδο, στο οποίο προτείνονται εξισώσεις γνωστές ως ισορροπία, οι οποίες περιγράφουν πώς επηρεάζεται η ορμή, η ενέργεια και η μάζα σε ένα σύστημα υπό μια συγκεκριμένη αλλαγή. Η εν λόγω αλλαγή μπορεί να είναι η εισαγωγή ή η αφαίρεση ορισμένων στοιχείων, λόγω εισροών ύλης, ενέργειας ή εξωτερικών ρευμάτων. Αυτές οι ισορροπίες επικεντρώνονται στις διαφορές από μια αρχική κατάσταση έως ένα χρονικό σημείο όπου η συνθήκη εμφανίστηκε στη διαδικασία, αφήνοντας στην άκρη την κατανόηση όλων των λεπτομερειών του συστήματος. Η μελέτη των φαινομένων μεταφοράς σε μακροσκοπικό επίπεδο μας βοηθά να κατανοήσουμε ένα πρόβλημα από παγκόσμια προοπτική και σε ορισμένες εφαρμογές, όπως η μηχανική, είναι το μόνο που χρειάζεται.

Ακολουθεί το μικροσκοπικό επίπεδο, κάτω από το οποίο εξετάζονται μικρές περιοχές εντός του συστήματος, Οι εξισώσεις που περιγράφουν μια αλλαγή ισχύουν επίσης εδώ, αλλά μόνο εντός της μικρής περιοχής του μελέτη. Ο στόχος μιας μελέτης σε μικροσκοπικό επίπεδο είναι να αποκτήσει πληροφορίες, πιο λεπτομερείς από ό, τι σε μακροσκοπικό επίπεδο, όπως θερμοκρασία, πίεση και προφίλ συγκέντρωσης, τα οποία μπορούν να επεκταθούν σε άλλες περιοχές για να ληφθεί μια πιο λεπτομερής ακτινογραφία του μελέτη. Τέλος, το μοριακό επίπεδο επιδιώκει να κατανοήσει θεμελιωδώς τα μεταφορικά φαινόμενα, δηλαδή Δηλαδή, κατανόηση των μηχανισμών μάζας, ορμής και ενέργειας ως προς τις δυνάμεις και τη δομή μοριακός. Αυτοί οι τύποι μελετών υιοθετούνται από επιστημονικούς κλάδους όπως η θεωρητική φυσική, η φυσική χημεία και πολύ περιστασιακά η μηχανική.

Παραδείγματα εφαρμογών

Ορισμένες εφαρμογές της μελέτης των μεταφορικών φαινομένων περιλαμβάνουν την επίλυση βιομηχανικών, βιολογικών, γεωργία και μετεωρολογία, τότε ας θυμηθούμε ότι όλες αυτές οι διαδικασίες διέπονται από τους νόμους της διατήρησης της ύλης και ενέργεια. Μηχανικοί και επιστήμονες αφοσιωμένοι σε αυτό το πεδίο μελέτης χρησιμοποιούν εξισώσεις για να μοντελοποιήσουν αυτά τα φαινόμενα και προβλέπουν τη συμπεριφορά του υπό διαφορετικές συνθήκες, εκτός από την αναζήτηση τρόπων βελτιστοποίησης των διεργασιών που διέπονται για αυτούς. Πιο συγκεκριμένα, βιομηχανικές διεργασίες όπως απόσταξη, ξήρανση σιτηρών και ξύλου, διαδικασίες ζύμωσης για την παραγωγή τροφίμων και ποτών, επεξεργασία νερού, εξόρυξη, διύλιση πετρελαίου, όλα αναπτύχθηκαν και συνεχίζουν να τελειοποιούνται χάρη στην εφαρμογή των φαινομένων μεταφορά.