Es un fenómeno físico de transporte que consiste en la mezcla espontánea de sustancias; tal mezcla se origina por la existencia de diferencias de concentración, temperatura y energía mecánica entre las moléculas que forman el sistema.

     

      Los fenómenos de transporte son procesos de duración finita e irreversibles en los que la trasferencia de materia, energía calorífica e impulso mecánico (v. DINÁMICA) se realizan simultáneamente, ya que son propiedades ligadas al estado de las moléculas. Su analogía en el mecanismo de d. ha permitido realizar el estudio conjunto de tales propiedades en sistemas formados por sustancias que se encuentran en una sola fase (sistemas homogéneos) y en los formados por dos o más fases (sistemas heterogéneos). Un ejemplo de d. en sistemas homogéneos es el de la formación de disoluciones (v.). En él, el soluto y el disolvente evolucionan hasta constituir una mezcla homogénea; de igual forma se comportan los sistemas constituidos por moléculas que poseen diferente energía térmica o en los que la velocidad de las moléculas y, por consiguiente, su cantidad de movimiento, sea distinta.

     

      Leyes de Fick. Cuantitativamente la marcha de estos procesos está regida por las dos leyes clásicas debidas a Fick. La primera se refiere a la cantidad de propiedad: materia, calor y energía mecánica, que se difunde a través de una superficie A, en el tiempo dt, con un gradiente de concentración de propiedad estacionario; para la trasferencia de materia viene expresada analíticamente por la ecuación:

     

      de

     

      dn=-DA dt dx

     

      en la que: dn, es el número de moles de sustancia transportados; D, es el coeficiente de proporcionalidad denominado coeficiente de difusión o difusividad; de/dx, es el gradiente estacionario de concentración de sustancia, y el signo menos indica que el desplazamiento de las moléculas se realiza desde las zonas de mayor a las de menor concentración (v.). Paralelamente, el transporte de calor viene regido por la ley de Fourier o de conductividad térmica expresada por la ecuación:

     

      dq=-kA dT dt dx

     

      en la que: dq, es la cantidad de calor trasferida; k, es el coeficiente de proporcionalidad que se llama difusividad térmica y dT/dx, es el gradiente estacionario de temperatura. En cuanto a la ecuación de transporte de impulso mecánico viene dado por:

     

      dv

     

      dF=-gA--dt dx

     

      en la que: dF, es la cantidad de movimiento trasferida; w es el coeficiente de proporcionalidad que recibe el nombre de viscosidad cinemática y dv/dx es el gradiente estacionario de velocidad.

     

      La segunda ley de Fick permite conocer el perfil de concentraciones de propiedad (c, T, v) a lo largo de la dirección en que se realiza el transporte en función de la distancia al foco que introduce la perturbación, x, y del tiempo que dura el proceso, t. La ecuación correspondiente para el transporte de materia es:

     

      Oc lJzc ílt    úxz r para el transporte de calor:

     

      k

     

      OT 02T

     

      y para el transporte de impulso mecánico Ot /x-9 ( Oxz )~

     

      Estas expresiones representan la trasferencia de propiedad en régimen no estacionario; su integración es difícil pero, normalmente, se encuentra resuelta de forma gráfica o mediante una serie analítica para unas condiciones límites específicas.

     

      El transporte de propiedad en sistemas constituidos por dos o más fases, se verifica por migración de algunas de las moléculas de los componentes de cada fase a las otras a través de interfases. El fenómeno progresa hasta que se alcanza el equilibrio termodinámico que se consigue cuando se igualan los potenciales químicos de cada componente en las fases, se homogeneizan las temperaturas y se igualan las presiones.

     

      Etapas del fenómeno. En el mecanismo de transporte de cada propiedad entre dos fases, como caso más simple de la d. en sistemas heterogéneos, se distinguen cinco etapas que se pueden seguir sobre la figura: la primera, de trasferencia en régimen turbulento o por convección a través de toda la masa principal de la fase A; la segunda, de trasferencia por d. en la zona que se desplaza en régimen laminar junto a la interfase; la tercera corresponde al cambio de fase y la cuarta y quinta se refieren, respectivamente, a desplazamientos a través de la zona en régimen laminar y núcleo turbulento de la fase B.

     

      El transporte en las zonas turbulentas se realiza por movimientos de traslación de grupos de moléculas o enjambres que se mueven al azar dentro del fluido; son tanto mayores y más abundantes cuanto más próximos se encuentran al centro de la vena fluida y mayor es su velocidad; se comprende, pues, la rápida homogeneización de la concentración de propiedades en el núcleo de cada fase. En las capas que se desplazan en régimen laminar las moléculas se mueven individual y paralelamente a la interfase sin que exista causa exterior que tienda a desplazarlas perpendicularmente a la misma; sin embargo, las moléculas tienen un movimiento global relativo, debido a causas internas, por el que el desplazamiento tiene lugar desde las zonas de mayor a las de menor concentración y en sentido perpendicular a la dirección del flujo general del sistema; son fuerzas moleculares y, por eso, el transporte se conoce como d. molecular de cada propiedad. La diferencia entre ambos tipos de transporte radica en que el turbulento, y con él la difusividad turbulenta, dependen de la velocidad y posición del fluido respecto a las paredes de la conducción, siendo mínima la influencia del transporte molecular superpuesto a la d. turbulenta en el núcleo de la corriente de fluido, mientras que la d. molecular es independiente de los factores fluidodinámicos.

     

      Por último, en el transporte a través de la interfase hay discontinuidad de concentraciones; por eso, la resistencia a la trasferencia es nula, la velocidad de transporte infinita y el equilibrio instantáneo.

     

      De acuerdo con este modelo de transporte, se define para los cálculos tecnológicos un coeficiente individual de transporte que corresponde a la d. a través de una sola fase, que engloba las resistencias a la d. en la capa laminar y en el núcleo turbulento, y un coeficiente global de transporte que corresponde a la d. a través de ambas fases y de la interfase. La velocidad de trasferencia estará controlada por la etapa de transporte más lenta.

     

      Los fenómenos de d. poseen múltiples aplicaciones; en particular son el fundamento de las operaciones básicas de adsorción, absorción, deserción, extracción, destilación, cristalización, humidificación, deshumidificación y secado, cuya finalidad es la de separar total o parcialmente los componentes de una mezcla por d. a través de la misma o de otra con la que está en contacto.

     

      V. t.: ABSORCIÓN Y ADSORCIÓN.