Definizione di fenomeni di trasporto

Daniela Nataly Díaz Zepeda
MC in Ingegneria Biomedica e Fisica

Il termine fenomeni di trasporto si riferisce principalmente a tre tipi di processi: trasporto di quantità di moto, trasporto di energia e trasporto di massa. Questi tre principali campi di studio coinvolgono, rispettivamente, la dinamica dei fluidi, il trasferimento di calore e il trasferimento di massa di diverse specie chimiche.

Lo studio dei fenomeni di trasporto è fondamentale per lo sviluppo di diversi campi scientifici, tra cui la fisica, la chimica, l'ingegneria meccanica e l'ingegneria chimica, tra molti altri. Vale la pena ricordare che, fondamentalmente, tutti i fenomeni di trasporto basano il loro comportamento sulle leggi di conservazione (materia ed energia).

trasporto di quantità di moto

Il trasporto della quantità di moto si riferisce ai materiali in movimento, in particolare ai fluidi. La dinamica dei fluidi è responsabile dello studio di questi processi, che si occupa dei principi in base ai quali avviene il processo. movimento di fluidi in diverse condizioni come flusso attraverso tubi, turbolenza, canali aperti, tra altri. Lo studio del trasferimento della quantità di moto è utile in applicazioni come la progettazione aerodinamica e di veicoli terrestri, anche in sistemi biologici come il flusso sanguigno nel corpo umano.

trasporto energetico

D'altra parte, il trasferimento di calore è un processo fondamentale che descrive come l'energia sotto forma di calore passa da un luogo all'altro. Ciò avviene attraverso tre meccanismi principali: conduzione, convezione e radiazione. La conduzione è il trasferimento di calore da un solido a contatto con un altro, la convezione è il trasferimento di calore attraverso del movimento e dell'irraggiamento dei fluidi è il trasferimento di calore mediante onde elettromagnetiche, come le microonde e infrarossi.

Comprendere come avviene il fenomeno del trasferimento di calore è essenziale in applicazioni come la progettazione di scambiatori di calore, dispositivi di riscaldamento o raffreddamento degli ambienti, elettrodomestici da cucina, tra gli altri. molti altri.

Trasferimento di massa

Il trasferimento di massa si riferisce al meccanismo mediante il quale la materia passa da un luogo a un altro all'interno di un determinato sistema, tramite un cambiamento di fase o tramite processi chimici coinvolti. Qui arriva la diffusione di composti o altre specie chimiche, come molecole o ioni, la descrizione delle reazioni che si verificano in determinati processi, come quelli fisiologici, tra gli altri. Il trasferimento di massa svolge un ruolo importante nelle operazioni unitarie, che vengono applicate nei processi industriali, come l'assorbimento, l'estrazione, l'essiccazione e la distillazione.

I fenomeni di trasporto possono essere studiati sotto la lente di ingrandimento di tre diversi livelli, riferiti a diverse scale: macroscopica, microscopica e molecolare. A partire dal livello macroscopico, in cui vengono proposte le equazioni note come equilibrio, che descrivono come la quantità di moto, l'energia e la massa in un sistema vengono influenzate da un determinato cambiamento. Tale cambiamento può consistere nell'introduzione o nella rimozione di alcuni elementi, a causa di apporti di materia, energia o correnti esterne. Questi bilanci si concentrano sulle differenze tra uno stato iniziale e un punto nel tempo in cui si è verificata la condizione nel processo, tralasciando la comprensione di tutti i dettagli del sistema. Lo studio dei fenomeni di trasporto a livello macroscopico ci aiuta a comprendere un problema da una prospettiva globale, e in alcune applicazioni, come l’ingegneria, è tutto ciò che serve.

Poi c'è il livello microscopico, sotto il quale vengono esaminate piccole regioni all'interno del sistema, Anche qui si applicano equazioni che descrivono un cambiamento, ma solo all'interno della piccola regione di studio. L'obiettivo di uno studio a livello microscopico è quello di ottenere informazioni, più dettagliate rispetto a quelle a livello macroscopico, come temperatura, pressione e profili di concentrazione, che possono essere estrapolati ad altre regioni per ottenere una radiografia più dettagliata del studio. Infine, il livello molecolare cerca di comprendere a fondo i fenomeni di trasporto Cioè, comprendere i meccanismi di massa, quantità di moto ed energia in termini di forze e struttura molecolare. Questi tipi di studi sono adottati da rami scientifici come la fisica teorica, la chimica fisica e, molto occasionalmente, l'ingegneria.

Esempi di applicazione

Alcune applicazioni dello studio dei fenomeni di trasporto comprendono la risoluzione di fenomeni industriali, biologici, agricoltura e meteorologia, ricordiamo quindi che tutti questi processi sono governati dalle leggi di conservazione della materia e energia. Ingegneri e scienziati dedicati a questo campo di studio utilizzano equazioni per modellare questi fenomeni e prevederne il comportamento in condizioni diverse, oltre a cercare modi per ottimizzare i processi governati per loro. Più specificatamente, processi industriali quali distillazione, essiccazione di cereali e legno, processi di fermentazione per la produzione di alimenti e bevande, trattamento delle acque, estrazione mineraria, raffinazione del petrolio, tutti si sono sviluppati e continuano a perfezionarsi grazie all'applicazione dei fenomeni di trasporto.