El flujo de Stefan , ocasionalmente llamado flujo de Stefan , es un fenómeno de transporte relacionado con el movimiento de una especie química por un fluido que fluye (típicamente en fase gaseosa ) que es inducido a fluir mediante la producción o eliminación de la especie en una interfaz . Cualquier proceso que agregue o elimine especies de interés del fluido que fluye puede causar el flujo de Stefan, pero los procesos más comunes incluyen evaporación , condensación , reacción química , sublimación , ablación , adsorción , absorción y desorción . Lleva el nombre del físico, matemático y poeta esloveno Josef Stefan por sus primeros trabajos sobre el cálculo de las tasas de evaporación.
El flujo de Stefan es distinto de la difusión descrita por la ley de Fick , pero la difusión casi siempre también ocurre en sistemas de múltiples especies que experimentan el flujo de Stefan. [1] En sistemas que se someten a uno de los procesos de adición o eliminación de especies mencionados anteriormente, la adición o eliminación genera un flujo medio en el fluido que fluye a medida que el fluido próximo a la interfaz es desplazado por la producción o eliminación de fluido adicional por los procesos que ocurren. en la interfaz. El transporte de especies por este flujo medio es el flujo de Stefan. Cuando también están presentes gradientes de concentración de las especies, la difusión transporta las especies en relación con el flujo medio. La tasa de transporte total de la especie viene dada por la suma del flujo de Stefan y las contribuciones difusivas.
Un ejemplo del flujo de Stefan ocurre cuando una gota de líquido se evapora en el aire. En este caso, la mezcla de vapor /aire que rodea la gota es el fluido que fluye, y el límite líquido/vapor de la gota es la interfaz. A medida que la gota absorbe calor del ambiente , parte del líquido se evapora hasta convertirse en vapor en la superficie de la gota y se aleja de la gota a medida que es desplazado por el vapor adicional que se evapora de la gota. Este proceso hace que el medio que fluye se aleje de la gota a una velocidad media que depende de la tasa de evaporación y otros factores como el tamaño y la composición de la gota. Además de este flujo medio, debe existir un gradiente de concentración en las proximidades de la gota (suponiendo una gota aislada), ya que el medio que fluye es principalmente aire lejos de la gota y principalmente vapor cerca de la gota. Este gradiente provoca una difusión Fickiana que transporta el vapor lejos de la gota y el aire hacia ella, con respecto al flujo medio. Por lo tanto, en el marco de la gotita, el flujo de vapor que se aleja de la gotita es más rápido que en el flujo de Stefan puro, ya que la difusión funciona en la misma dirección que el flujo medio. Sin embargo, el flujo de aire que se aleja de la gota es más lento que el flujo de Stefan puro, ya que la difusión funciona para transportar el aire de regreso a la gota en contra del flujo de Stefan. Este flujo procedente de las gotas que se evaporan es importante para comprender la combustión de combustibles líquidos como el diésel en motores de combustión interna y para el diseño de dichos motores. El flujo de Stefan formado por gotas que se evaporan y partículas de hielo que se subliman también juega un papel destacado en la meteorología , ya que influye en la formación y dispersión de nubes y precipitaciones.