L’analisi termodinamica viene utilizzata dagli ingegneri per valutare come l’energia influisce sulle prestazioni dei sistemi meccanici. Utilizza modelli matematici per determinare gli effetti di diversi input di energia e alcuni degli output di energia che risultano 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 questo tipo di analisi sono i motori a combustione ei cicli a 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 la potenza necessaria affinché l’auto o il camion continuino a muoversi. L’analisi tenta di spiegare come funziona questo processo.
Dati diversi valori di input di energia, questa analisi 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 la quantità “x” di energia viene immessa nel sistema, funzionerà a livello “y”. Le risposte potenziali vengono misurate anche in un’analisi termodinamica per determinare i limiti di prestazione dei sistemi.
Il processo analitico scompone e isola le diverse fonti di energia di cui un sistema ha bisogno per produrre energia. Esamina come tali fonti di energia interagiscono tra loro in ogni fase del processo. Usando nuovamente l’esempio di un motore automobilistico, ogni elemento principale del sistema, come benzina, pressione e temperatura, verrebbe separato e si determinerebbe 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, innescata dal processo di accensione dell’auto, si espande e brucia per fornire al veicolo la potenza per muoversi.
In un’analisi termodinamica, le prestazioni di un sistema meccanico sono generalmente caratterizzate come un processo suddiviso in fasi specifiche. Sebbene le fasi separate si basino in genere l’una sull’altra, ciascuna viene esaminata per determinare in che modo contribuisce al funzionamento del sistema e se influisce direttamente sulla quantità di energia generata dal sistema. 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 variano 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. Si possono creare diverse equazioni per spiegare l’interdinamica del sistema meccanico e le sue fonti di energia.