Investigación y Desarrollo
1 de abril de 2008
Antimio Cruz
Aunque parecen diferentes entre sí, una fundidora de acero, un silo que almacena granos de maíz, una planta de tratamiento de agua y las membranas de una célula tienen algo en común: dentro de cada uno de ellos hay algunas zonas que sólo contienen líquido, otras poseen únicamente gas y unas secciones más tienen sólidos porosos. A este tipo de sistemas se les llama multifásicos.
En una gran mayoría de procesos industriales se llevan a cabo procesos de transporte (de masa, calor o cantidad de movimiento) que involucran sistemas de más de una fase. Gracias a una tesis doctoral de la Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Iztapalapa, los ingenieros pueden contar con una nueva metodología para prever los cambios que ocurren al cruzar las fronteras en este tipo de sistemas.
El doctor Francisco José Valdés Parada, del Departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería de la UAM-Iztapalapa, obtuvo el Premio Weizmann en el área de Ingeniería y Tecnología, por su tesis Condiciones de frontera para el transporte entre medios multifásicos, en el que generó una metodología para entender lo que ocurre en la frontera de sistemas más acordes a la realidad, es decir heterogéneos.
El Premio Weizmann para las mejores tesis doctorales es entregado cada año en la sede de la Academia Mexicana de Ciencias, gracias al apoyo de la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias, con sede en Israel.
La tesis es de ciencia básica, pero sus aplicaciones industriales son tan amplias que ya se han interesado en ella investigadores de la Universidad de París, así como el Instituto de Mecánica de Fluidos de Toulouse que estudian sistemas de propulsión y expertos del Laboratorio de Energía Solar de la UNAM.
“Para qué nos sirve una metodología como la que presenta esta tesis”, fue el cuestionamiento que se hizo Valdés Parada. “A escala industrial, se puede hacer mejor diseño de equipos que resulten más eficientes y seguros si se entienden todos los procesos de transporte que ocurren dentro. Esta metodología también se puede utilizar para entender procesos biológicos y de manejo de contaminantes”.
El especialista universitario detalló que su tesis fue realizada para obtener el doctorado en ciencias (ingeniería química), pero que el tema de los sistemas multifásicos también preocupa a los especialistas en ingeniería mecánica y bioquímica.
“En matemáticas y en ingeniería, para definir un problema necesitas una ecuación y entender cuáles son las condiciones de frontera que aplican a dicha ecuación”, apuntó el galardonado.
“Cuando estás estudiando un sistema en el que hay una sola fase, por ejemplo que todo es líquido, no existe gran problema, pues se pueden deducir fácilmente las ecuaciones de transporte. Pero cuando estás estudiando sistemas con varias fases, la complejidad aumenta considerablemente debido a lo difícil que se torna describir el transporte en cada punto del sistema”.
Para ello, enfatizó, se han propuesto técnicas de promediado con las que el sistema multifásico puede describirse mediante lo que se conoce como ecuaciones de medio efectivo. Sin embargo, las suposiciones bajo las cuales dichas ecuaciones son válidas dejan de funcionar en las fronteras entre un sistema y otro, por lo que hace falta proponer algunas más adecuadas en estas porciones. Es sobre la deducción de dichas condiciones donde se centra la tesis.
El científico mexicano dijo que la tesis se puede aplicar en el diseño de grandes silos de almacenamiento de granos, en cuyo interior no sólo hay que considerar el desplazamiento granular sino la dinámica del aire, para su llenado y vaciado. También se puede entender con esta metodología la manera como se transportan los contaminantes en acuíferos y el cruce de numerosos materiales entre las membranas celulares, entre muchos otros.
“La realidad es que la mayor parte de los sistemas de interés en la actualidad no son homogéneos, involucran más de una fase, esto requiere que se planteen modelos cada vez más especializados. Uno de mis intereses es precisamente entender problemas de transporte en medios porosos, así como aplicar esta teoría al manejo de sistemas biológicos, donde México podría verse muy beneficiado”, concluyó el especialista de la UAM.