¿Qué es el análisis termodinámico?

Los ingenieros utilizan el análisis termodinámico para evaluar cómo la energía afecta el rendimiento de los sistemas mecánicos. Utiliza modelos matemáticos para determinar los efectos de diferentes entradas de energía y algunas de las salidas de energía que resultan de la operación de una máquina. Los ingenieros desarrollan modelos para ilustrar las variables que tienen un impacto directo en el ciclo de energía del sistema. Los sistemas comunes que se evalúan con un análisis termodinámico son los motores de combustión y los ciclos de vapor.

Parte de un análisis termodinámico examina cómo se mueve la energía a través de un sistema mecánico, como un motor. Explica cómo esa energía hace que el sistema funcione. Por ejemplo, el motor de combustión de un vehículo, la energía producida al quemar gasolina interactúa con las partes del motor, produciendo la potencia necesaria para que el automóvil o camión se mantenga en movimiento. El análisis termodinámico intenta explicar cómo funciona este proceso.

Dados diferentes valores de entrada de energía, el análisis termodinámico se puede utilizar para determinar los rangos de rendimiento de un sistema mecánico. Los modelos matemáticos se construyen para establecer ciertos parámetros o leyes. En términos simples, estos modelos explican cómo si se pone "x" cantidad de energía en el sistema, funcionará al nivel "y". Las respuestas potenciales también se miden en un análisis termodinámico para determinar los límites de rendimiento de los sistemas.

El proceso analítico se descompone y aísla las diferentes fuentes de energía que un sistema necesita para producir energía. Examina cómo esas fuentes de energía interactúan entre sí en cada paso del proceso. Una vez más, utilizando el ejemplo de un motor de automóvil, cada elemento principal del sistema, como la gasolina, la presión y la temperatura, se separaría y se determinaría en qué punto ciertos elementos e interacciones causarían diferentes reacciones dentro del motor. Por ejemplo, los ingenieros saben que cuando se calienta la gasolina, que se activa por el proceso de encendido del automóvil, se expande y se quema para proporcionar al vehículo la potencia para moverse.

En un análisis termodinámico, el rendimiento de un sistema mecánico generalmente se caracteriza como un proceso que se separa en pasos específicos. Si bien los pasos separados generalmente se construirán uno sobre el otro, cada uno se examina para determinar cómo contribuye al funcionamiento del sistema y si afecta directamente la cantidad de energía que genera el sistema. A partir de estos pasos del proceso, los ingenieros desarrollan un modelo matemático probable que se puede utilizar para predecir el rendimiento.

Los modelos matemáticos que desarrollan los ingenieros variarán según el tipo de sistema mecánico que se esté evaluando. La mayoría involucra ecuaciones algebraicas ya que un análisis termodinámico a menudo trata con un conjunto de variables conocidas y desconocidas. Se pueden crear varias ecuaciones para explicar la interdinámica del sistema mecánico y sus fuentes de poder.