Che cos'è l'analisi termodinamica?
L'analisi termodinamica viene utilizzata dagli ingegneri per valutare in che modo l'energia influisce sulle prestazioni dei sistemi meccanici. Utilizza modelli matematici per determinare gli effetti di diversi input di energia e alcune delle output di energia risultanti dal funzionamento di una macchina. Gli ingegneri sviluppano modelli per illustrare le variabili che hanno un impatto diretto sul ciclo energetico del sistema. I sistemi comuni che vengono valutati con un'analisi termodinamica sono i motori a combustione e i cicli del vapore.
Parte di un'analisi termodinamica esamina come l'energia si muove attraverso un sistema meccanico, come un motore. Spiega come quell'energia fa funzionare il sistema. Ad esempio, il motore a combustione di un veicolo, l'energia prodotta dalla combustione della benzina interagisce con le parti del motore, producendo l'energia necessaria affinché l'auto o il camion continuino a muoversi. L'analisi termodinamica tenta di spiegare come funziona questo processo.
Dati diversi valori di input di energia, l'analisi termodinamica può essere utilizzata per determinare le gamme di prestazioni di un sistema meccanico. I modelli matematici sono costruiti per stabilire determinati parametri o leggi. In termini semplici, questi modelli spiegano come se una quantità di energia "x" viene immessa nel sistema, funzionerà a livello "y". Le risposte potenziali sono anche misurate in un'analisi termodinamica per determinare i limiti di prestazione dei sistemi.
Il processo analitico si interrompe e isola le diverse fonti di energia di cui un sistema ha bisogno per produrre energia. Esamina il modo in cui tali fonti di energia interagiscono tra loro in ogni fase del processo. Usando ancora l'esempio di un motore automobilistico, ogni elemento principale del sistema - come benzina, pressione e temperatura - verrebbe separato e verrebbe determinato in quale punto determinati elementi e interazioni causerebbero reazioni diverse all'interno del motore. Ad esempio, gli ingegneri sanno che quando la benzina viene riscaldata, che viene attivata dal processo di accensione dell'auto, si espande e si combina per fornire al veicolo la potenza per muoversi.
In un'analisi termodinamica, le prestazioni di un sistema meccanico sono generalmente caratterizzate da un processo che è separato in fasi specifiche. Mentre le fasi separate si basano in genere l'una sull'altra, ognuna viene esaminata per determinare come contribuisce al funzionamento del sistema e se influisce direttamente sulla quantità di energia che il sistema genera. Da queste fasi del processo, gli ingegneri sviluppano un probabile modello matematico che può essere utilizzato per prevedere le prestazioni.
I modelli matematici sviluppati dagli ingegneri varieranno a seconda del tipo di sistema meccanico che viene valutato. La maggior parte coinvolge equazioni algebriche poiché un'analisi termodinamica spesso si occupa di un insieme di variabili note e sconosciute. Diverse equazioni possono essere create per spiegare l'inter-dinamica del sistema meccanico e le sue fonti di energia.