Définition des phénomènes de transport

Daniela Nataly Diaz Zepeda
MC en génie biomédical et physique

Le terme phénomène de transport désigne principalement trois types de processus: le transport de quantité de mouvement, le transport d'énergie et le transport de masse. Ces trois grands domaines d’étude concernent respectivement la dynamique des fluides, le transfert de chaleur et le transfert de masse de différentes espèces chimiques.

L'étude des phénomènes de transport est fondamentale pour le développement de différents domaines scientifiques, notamment la physique, la chimie, le génie mécanique et le génie chimique, entre autres. Il convient de mentionner que, fondamentalement, tous les phénomènes de transport fondent leur comportement sur les lois de la conservation (matière et énergie).

transport d'élan

Le transport d’impulsion fait référence aux matériaux en mouvement, en particulier aux fluides. La dynamique des fluides est responsable de l'étude de ces processus, qui traite des principes selon lesquels le processus se déroule. mouvement des fluides dans différentes conditions telles que l'écoulement dans les tuyaux, les turbulences, les canaux ouverts, entre autres autres. L'étude du transfert de quantité de mouvement est utile dans des applications telles que la conception aérodynamique et des véhicules terrestres, même dans des systèmes biologiques tels que le flux sanguin dans le corps humain.

transport d'énergie

D’un autre côté, le transfert de chaleur est un processus fondamental qui décrit comment l’énergie sous forme de chaleur passe d’un endroit à un autre. Cela se produit selon trois mécanismes principaux, à savoir la conduction, la convection et le rayonnement. La conduction est le transfert de chaleur entre un solide en contact avec un autre, la convection est le transfert de chaleur à travers du mouvement des fluides et du rayonnement est le transfert de chaleur au moyen d'ondes électromagnétiques, telles que les micro-ondes et infrarouge.

Comprendre comment se produit le phénomène de transfert de chaleur est essentiel dans des applications telles que la conception de échangeurs de chaleur, appareils de chauffage ou de refroidissement des pièces, appareils de cuisine, entre autres. beaucoup d'autres.

Transfert de masse

Le transfert de masse fait référence au mécanisme par lequel la matière passe d'un endroit à un autre au sein d'un certain système, soit par un changement de phase, soit par des processus chimiques impliqués. Ici vient la diffusion de composés ou d'autres espèces chimiques, comme des molécules ou des ions, la description de réactions qui se produisent dans certains processus, comme les processus physiologiques, entre autres. Le transfert de masse joue un rôle important dans les opérations unitaires appliquées aux processus industriels, tels que l’absorption, l’extraction, le séchage et la distillation.

Les phénomènes de transport peuvent être étudiés à la loupe de trois niveaux différents, se référant à différentes échelles: macroscopique, microscopique et moléculaire. En commençant par le niveau macroscopique, dans lequel sont proposées des équations connues sous le nom d'équilibre, qui décrivent comment la quantité de mouvement, l'énergie et la masse d'un système sont affectées par un certain changement. Ce changement peut être l'introduction ou la suppression de certains éléments, dus à des apports de matière, d'énergie ou de courants externes. Ces bilans se concentrent sur les différences entre un état initial et un moment où la condition s'est produite dans le processus, laissant de côté la compréhension de tous les détails du système. L’étude des phénomènes de transport à un niveau macroscopique nous aide à comprendre un problème dans une perspective globale, et dans certaines applications, comme l’ingénierie, c’est tout ce qui est nécessaire.

Vient ensuite le niveau microscopique, sous lequel les petites régions du système sont examinées, Les équations décrivant un changement s'appliquent également ici, mais uniquement dans la petite région de étude. L'objectif d'une étude au niveau microscopique est d'obtenir des informations plus détaillées qu'au niveau macroscopique, telles que la température, la pression et profils de concentration, qui peuvent être extrapolés à d’autres régions pour obtenir une radiographie plus détaillée de la étude. Enfin, le niveau moléculaire cherche à comprendre fondamentalement les phénomènes de transport, c'est-à-dire C'est-à-dire comprendre les mécanismes de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie en termes de forces et de structure moléculaire. Ces types d'études sont adoptés par des branches scientifiques telles que la physique théorique, la chimie physique et, très occasionnellement, l'ingénierie.

Exemples d'applications

Certaines applications de l'étude des phénomènes de transport incluent la résolution de problèmes industriels, biologiques, l'agriculture et la météorologie, rappelons-nous alors que tous ces processus sont régis par les lois de la conservation de la matière et énergie. Les ingénieurs et scientifiques dédiés à ce domaine d’étude utilisent des équations pour modéliser ces phénomènes et prédire son comportement dans différentes conditions, en plus de rechercher des moyens d'optimiser les processus régis pour eux. Plus précisément, les procédés industriels tels que la distillation, le séchage des céréales et du bois, les procédés de fermentation pour la production d'aliments et de boissons, traitement de l'eau, exploitation minière, raffinage du pétrole, tous se sont développés et continuent de se perfectionner grâce à l'application des phénomènes de transport.