En la última sesión del Seminario La Investigación en la Facultad de Ingeniería, organizado por la Secretaría de Posgrado, el doctor Jaime Gonzalo Cervantes de Gortari presentó la conferencia magistral La Teoría Constructal: Su Origen, Desarrollo y Presencia en la Ingeniería, el 15 de junio en el Auditorio Raúl J. Marsal.

La teoría constructal fue descubierta por el profesor norteamericano Adrian Bejan mientras trabajaba en sistemas de tránsito vehicular, y la ha desarrollado en diversos libros, como Shape and Structure from Engineering to Nature y The Physics of Life: The Evolution of Everything, así lo señaló el doctor Cervantes.

Uno de los orígenes de la teoría se encuentra en el trabajo de Bejan en sistemas de enfriamiento o de regulación de temperatura para sistemas electrónicos muy compactados, como es el caso de las computadoras. Ahí descubrió el principio de que se genera una forma geométrica interna en el sistema para lograr una condición óptima para la corriente del fluido enfriador.

Mediante ecuaciones de la física se definen las dimensiones y los materiales para lograr una mayor capacidad de conducción de cada elemento, desde los de menor escala y se aplica el mismo principio al conjunto de todos ellos hasta llegar a la construcción del modelo óptimo del sistema. De ahí que la teoría toma el nombre de constructal.

A través de sus experimentos, Bejan llegó a un planteamiento teórico: "El mejor funcionamiento se logra cuando la distribución es relativamente uniforme. La distribución óptima de la imperfección es el principio que rige la generación de la forma. El sistema funciona mejor cuando su imperfección (las resistencias internas al flujo), se distribuye de tal manera que más puntos internos se esfuerzan o son forzados a operar como los puntos que realizan mayor trabajo", explicó el doctor Cervantes.

Con este esquema básico de flujo interior, Bejan exploró su teoría en el ámbito de los flujos confinados y de superficie donde, además de confirmarla, encontró que todo tipo de sistemas de fluidos tendían a adoptar una forma arbórea.

Bejan situó a la teoría constructal dentro de las leyes de la termodinámica, y aseguraba que eran tres: "La primera, conservación de energía; la segunda, generación de entropía, y la tercera, para que un sistema abierto pueda sobrevivir debe evolucionar de tal manera que siempre provea el acceso cada vez más fácil a las corrientes que pasan a través de él", detalló el doctor Cervantes.

La teoría tiene ejemplos en la naturaleza, en el mundo mineral y en la tecnología; una muestra son los órganos del cuerpo humano, como los pulmones, los riñones y los sistemas de irrigación sanguínea: las arterias, las venas o la placenta por la que fluyen las sustancias nutritivas de la madre al embrión.

Se trata del mismo tipo de red por la que los árboles llevan sus nutrientes a las hojas para la fotosíntesis, de las estructuras de las cuencas hidrográficas y y de la forma de los rayos, apuntó.

Convencido de que la teoría constructal es sumamente sustancial para el desarrollo de las disciplinas científicas, destacó entre sus aplicaciones tecnológicas la utilidad para la obtención de energía solar, por ejemplo, en los sistemas de red arbórea en colectores fotovoltaicos; en la microelectrónica para el manejo de los procesos químicos a escalas diminutas; y en el urbanismo, pues desde la Antigua Roma y las ciudades medievales se veían soluciones constructales en la distribución de peatones y carruajes y actualmente se aplican en algunas partes de Estados Unidos.

Como conclusión, el doctor Cervantes se refirió a la existencia de un principio determinista por el que surge una formación geométrica para lograr un mejor funcionamiento, con las restricciones de cada caso, presente en los fenómenos de la naturaleza y, por extensión, en las aplicaciones tecnológicas.