Ambiental

Fenómenos de Transporte

Introducción

Para poder comprender de lleno los fenómenos de transporte es necesario abordar conceptos generales y tener amplio conocimiento de lo que es el “Análisis Dimensional”, así tendremos un panorama mas amplio y de mas fácil comprensión a la hora de encontrarse con temas mas complejos. Es así como primeramente definiremos los que es el análisis dimensional y su función en el estudio de la ingeniera.

La planificación experimental es fundamental en la investigación científica. A la misma puede ayudar el conocimiento del Análisis Dimensional.
Esta herramienta sencilla, pero que impregna toda área científica, se basa en los conceptos de medida de una magnitud física y de las dimensiones asociadas con ella, una vez fijada una base de magnitudes fundamentales para una determinada teoría física...

El análisis dimensional se define como una herramienta conceptual muy utilizada en la física, la química y la ingeniera para ganar comprensión de fenómenos que involucran una combinación de diferentes cantidades físicas. Es además utilizada para verificar relaciones y cálculos, así como para construir hipótesis razonables sobre situaciones complejas, que puedan ser verificadas experimentalmente. El análisis dimensional tiene diferentes aplicaciones en:

• Detección de errores de calculo.

• Resolución de problemas cuya solución directa conlleva dificultades matemáticas insalvables.

• Creación y estudio de modelos reducidos.

• Consideraciones sobre la influencia de posibles cambios en los modelos, tanto cambios reales como imaginarios.

Algunos de los conceptos básicos que debemos comprender primeramente son:

1. Observables

2. Observables comparables

3. Criterio de igualdad

4. Criterio de suma

5. Magnitud (magnitudes primarias o simples, magnitudes secundarias)

6. Cantidad

7. Unidad

8. Razón de cambio

9. Dimensión

El análisis dimensional aprovecha el hecho de que las dimensiones pueden tratarse como cantidades algebraicas. Las cantidades sólo pueden sumarse o restarse si tienen las mismas dimensiones.

Los dos miembros de una igualdad (o ecuación) deben tener las mismas dimensiones.

Con el análisis dimensional se puede deducir o verificar una fórmula o expresión, determina las unidades (o dimensiones) de la constante de proporcionalidad, pero no su valor numérico. Por tanto no se pueden determinar las constantes a dimensionadas.

Mediante el análisis dimensional, un problema o fenómeno físico, se representa por una función de los denominados “grupos adimensionales”, en vez de por las variables que intervienen. Con este procedimiento, se reduce el número de variables, con lo que el coste de la experimentación disminuye.Se puede expresar una dimensión dependiente en función de un conjunto seleccionado de dimensiones básicas independientes, por ejemplo en el Sistema Internacional de unidades, estas dimensiones básicas son:

• L, longitud.


• M, masa.


• T, tiempo.


• K, grados kelvin.

Se denomina grupo adimensional, aquel cuya dimensión es 1; es decir, cuando el producto de un grupo de cantidades expresadas dimensionalmente es igual a 1.

Desarrollo

Podemos entonces definir a los fenómenos de transporte como aquellos procesos en los que hay una transferencia neta o transporte de materia, energía o momento lineal (cantidad de movimiento) en cantidades grandes o macroscópicas. Estos fenómenos físicos tienen rasgos comunes que pueden ser descritos mediante una ecuación diferencial para la propagación unidimensional.

Transferencia de Calor

Existen diferentes mecanismos de transferencia de calor, los cuales son:

1. Conducción del calor

• La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales

2. Convección

• La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro

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