Análisis Termodinámico para el Estudio de la Estabilidad de Procesos

Abstract

Los sistemas son el objeto de estudio de numerosas ramas de la ciencia. Cada disciplina ha aportado conocimiento sobre los sistemas, desde su comportamiento, clasificación, análisis, tipos, casos de estudio y una infinidad más de atributos. En ingeniería, es muy común estudiar sistemas físicos con la presencia de subsistemas u otros componentes más simples y bajo la interacción y efecto con los alrededores del mismo. En el interior de estos sistemas usualmente ocurren procesos y fenómenos que modifican sus atributos. Asimismo, estos sistemas se caracterizan por un conjunto de propiedades que describen totalmente su estado. Precisamente a esas propiedades se les conoce como variables de estado. Cuando la descripción del estado actual de un sistema depende de su descripción en el pasado, se dice entonces que el sistema es dinámico, es decir, que su comportamiento varía en el tiempo. Los sistema dinámicos principalmente se describen mediante el uso de ecuaciones matemáticas, ya sea en la forma de ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales o de ecuaciones en diferencias. El objeto de estudio en este trabajo incluye el análisis de sistemas físicos dinámicos representables por modelos matemáticos en ecuaciones diferenciales. La importancia de estudiar sistemas dinámicos radica principalmente en poder predecir el comportamiento de sistemas reales a través de modelos matemáticos. Después de la predicción, las tareas subsiguientes incluyen analizar, controlar y optimizar dicho comportamiento. Para ello, es importante reconocer los parámetros más relevantes que influyen en el modelo dinámico, así como detectar las interacciones internas (entre sus componentes o subsistemas) y externas (entre el mismo sistema y sus alrededores) que ocasionan que el sistema se comporte de tal o cual manera. En unos casos, los sistemas tienen una dinámica muy simple; en otros, el comportamiento resulta ser repetitivo a lo largo de ciertos periodos. Sin embargo, un gran número exhiben comportamientos extremadamente complejos e impredecibles. Una técnica útil consiste en iniciar el estudio de sistemas “simples” para identificar todas sus características y asociarlas a su comportamiento dinámico, para posteriormente ser capaces de trasladarlas al análisis de sistemas más “complejos”. Este es uno de los enfoques que emplean algunas ciencias como la sinergética y la dinámica de sistemas complejos y que se utiliza en este trabajo. Con base en la termodinámica de no equilibrio, empleando las técnicas clásicas de análisis de sistemas dinámicos y bajo el apoyo de las reformulaciones de la mecánica clásica, este trabajo aspira a entender el comportamiento de sistemas complejos a partir del comportamiento de sus componentes básicos.