Los dispositivos analíticos microfluídicos electroforéticos basados en papel (e-µPADs) constituyen una plataforma emergente para el análisis cuantitativo de especies iónicas, combinando bajo costo, portabilidad y la posibilidad de operar con volúmenes mínimos de muestra, entre otras ventajas. La implementación en medios porosos como el papel presenta desafíos particulares, relacionados con la modelización de la heterogeneidad y anisotropía del sustrato, el transporte de especies y la variabilidad experimental asociada. Esta tesis aborda el diseño y caracterización de este tipo de sistemas mediante un enfoque integrado de modelado computacional y validación experimental. Se desarrollaron técnicas experimentales innovadoras para caracterizar fenómenos clave como el flujo electroosmótico (EOF), cuya comprensión fue fundamental para el desarrollo de e-µPADs. Mediante un enfoque de tubos constrictos, se describieron de forma precisa los principales mecanismos de transporte involucrados en estos dispositivos: conducción eléctrica, flujo electroosmótico e hidrodinámico e imbibición capilar. Este marco teórico-experimental permitió avanzar hacia el diseño de plataformas orientadas tanto a la caracterización de propiedades electroforéticas de especies cargadas como a la detección de analitos de interés. En particular, se propuso un método sencillo y reproducible para estimar la movilidad electroforética de colorantes en condiciones de operación reales. Asimismo, se desarrolló un dispositivo para la detección de glifosato en muestras de aguas residuales, basado en una técnica de preconcentración isotacoforética. Ambos sistemas fueron concebidos y optimizados mediante simulaciones numéricas, las cuales guiaron el diseño experimental y permitieron mejorar su desempeño. Estas aplicaciones ilustran el potencial del diseño asistido por modelos computacionales como herramienta clave para el desarrollo racional de tecnologías analíticas portátiles, sensibles y de bajo costo. Los modelos, dispositivos y técnicas experimentales desarrollados constituyen un aporte original significativo a la comunidad científico-tecnológica dedicada a esta temática, lo cual se ve reflejado en las publicaciones con referato que compila esta tesis.