Más fenómenos de transporte

Todo Ingeniero Químico sabe lo que es la transferencia de cantidad de movimiento (ímpetu), calor y materia. La teoría que exhibe las analogías que existen, físicamente y en el modelado matemático, entre estos tres mecanismos de transferencia se conoce como fenómenos de transporte. Lo que no es muy conocido es que éstos no son los únicos procesos de desplazamiento en tiempo y espacio de una entidad física determinada.
El flujo de corriente eléctrica ya sea a través de un conductor o bien en un medio electrolítico es en sí un fenómeno de transporte. Pudiendo ser denominado también como fenómeno de transferencia de carga eléctrica, guarda estrecha relación con la conducción de calor en sólidos. Matemáticamente la ley de Ohm de conducción de corriente eléctrica (en su forma diferencial) y la Ley de Fourier de conducción de calor son idénticas y representan un típico ejemplo de lo que es el “Flux”, la ecuación diferencial matemática que asocia la velocidad de transferencia de la entidad física transportada de forma directamente proporcional con una fuerza que motiva el desplazamiento, expresado como un gradiente y una propiedad física inherente al medio de conducción que facilita (o inhibe) dicho desplazamiento.
Así entonces, la analogía entre la conducción eléctrica y térmica son, tanto en la Ley de Ohm como en la Ley de Fourier de forma respectiva: Entidad física transportada; Carga eléctrica y Energía Térmica, fuerza que motiva el desplazamiento; Diferencia de potencial eléctrico (Voltaje) y Gradiente de Temperatura y conductancia eléctrica y térmica. Cabe señalar que en los cursos típicos de física, para la conducción eléctrica se utiliza más comúnmente el término de “Resistencia” de un conductor (en Ohms) en lugar de conductancia. No obstante debemos de recordar que uno es recíproco del otro. De igual forma, desde un punto de vista físico, es bien sabido empíricamente que los buenos conductores eléctricos, como los metales, son también buenos conductores térmicos.
Por otro lado, la transferencia de carga eléctrica y la transferencia de masa guardan estrecha relación en los sistemas electroquímicas. De manera muy similar en el que la velocidad de reacción química puede estar condicionada por el tiempo que le tome llegar a los reactantes a la superficie de un catalizador mediante el mecanismo de la difusión, en un medio electrolítico, la velocidad de reacción puede estar limitada por el tiempo que le tome llegar a los electrolitos a la superficie de un electrodo, esto mediante un mecanismo denominado: migración. De hecho, en un sistema electroquímico es normal que existan tanto la difusión como la migración como mecanismos combinados que condicionen la velocidad de reacción química.
En hidráulica, para el flujo de baja viscosidad, el caudal puede ser determinado a partir del gradiente de presión y una propiedad de conductividad determinado por el tipo de canal por el que existe el flujo. Conocida como Ley de Pouseuille, la analogía con la conducción eléctrica y la ley de Ohm es tan obvia que es común resolver problemas de sistemas de tuberías como si fueran circuitos eléctricos.
Bastante menos conocidos son los fenómenos de transporte de entidades termodinámicas como la entropía o la energía libre de Gibbs, ya que estas variables suelen ser estudiadas en el estado de equilibrio y no durante el proceso de transferencia, o bien en mecánica, la transferencia de ímpetu angular.
En conclusión, una teoría unificadora de los fenómenos de transporte, además de abarcar los clásicos procesos estudiados de transferencia de ímpetu, calor y materia, debería de incluir los procesos de transferencia de carga eléctrica, de ímpetu angular, entropía y energía libre de Gibbs, así como la Ley de Pouseuille como un caso particular de transferencia de materia a nivel macroscópico motivado por un gradiente de presión hidráulica.
Y tú, ¿Qué otros Fenómenos de Transporte conoces?