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Investigación y Vinculación
2016-02-12
De la fisiología a la ingeniería
Teoría constructal y datos biológicos recientes, temas del seminario Café Constructal.
Por: Elizabeth Avilés
Fotografía: Jorge Estrada Ortíz
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Dr. Enrico Sciubba

El doctor Enrico Sciubba, profesor de Turbomaquinaria y Sistemas de Energía en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Roma 1 "La Sapienza", fue el ponente invitado de la sesión del Café Constructal—iniciativa del proyecto que realizan de manera conjunta la Facultad y el Instituto de Ingeniería— realizada el 12 de febrero en el Auditorio Raúl J. Marsal.

En su conferencia titulada "A fundamental reassessment of the Hess-Murray law based on first principles and on recent biological data", el especialista, también miembro de la ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, por sus siglas en inglés) y de otras organizaciones internacionales, compartió sus resultados tras examinar los fundamentos de la ley y analizar los éxitos y fracasos de la misma.

La ley Hess–Murray fue nombrada así por Adrian Bejan (Rumania, 1948), desarrollador de la teoría constructal, que es la explicación de la configuración, forma y diseño de la naturaleza basada en principios de la física. Esta teoría consiste en asumir, a partir de la correlación alométrica (estudio proporcional de las partes del cuerpo de un organismo) de las ramificaciones bitrifurcadas de los vasos sanguíneos, que la circulación de la sangre se rige por un principio de minimización de trabajo, lo cual, bajo ciertas condiciones, conduce a una relación de derivación óptima entre los radios de dos ramificaciones sucesivas.

Esta ley tiene su origen en los estudios revelados en 1917 por el fisiólogo suizo y ganador del Premio Nobel en 1949, Walter Rudolf Hess, quien utilizó por primera vez el término <<teleología del transporte de la sangre>> por intentar determinar el radio del vaso requerido para el gasto mínimo de energía del organismo.

Nueve años después, los estudios fueron redescubiertos por el británico Cecil Dunmore Murray, también fisiólogo, cuyo análisis se enfocó en identificar la eficiencia del transporte de oxígeno en el ser humano. Para ello, comenzó por interpretar la potencia total necesaria para la circulación de la sangre como la suma de dos elementos: la resistencia de fricción a través del vaso y el esfuerzo metabólico necesario para crear y mantener el volumen de sangre en él. Posteriormente dispuso una fórmula. "Un interesante descubrimiento en el análisis de Murray es la correlación entre el ángulo de ramificación y la relación de radios, el cual se deriva usando una optimización con restricciones de los trabajos de bombeo", manifestó el doctor.

En 1977, Adrian Bejan reinterpretó las bases teóricas de Hess y Murray y fue capaz de llevar los fundamentos naturales a algo artificial: en la naturaleza, el objetivo es determinado por factores externos, mientras que en ingeniería las especificaciones de diseño son las que lo definen.

En palabras del doctor Sciubba, los hallazgos de Bejan son descubrimientos de la ingeniería, no sólo cualitativos, sino cuantitativos porque se obtuvo, por un lado, una mejor interpretación y clasificación de las estructuras naturales y, por otro, procedimientos de diseño medibles y repetibles para artefactos de ingeniería.

Un claro ejemplo de ello es la posibilidad de separar los efectos viscosos y térmicos si se toma en consideración la viscosidad del fluido Newtoniano a través de un recipiente circular, ya que, de acuerdo con el ponente, la irreversibilidad del flujo se puede medir por su tasa de generación de entropía específica.

A partir de esa premisa, y con sus propias observaciones, el doctor concluyó que, a pesar de que el estudio resta de la aplicabilidad directa de la teoría de flujos reales, como el mercurio, podría servir de base para realizar futuras investigaciones en el área de termodinámica.