Loading AI tools
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Wykres Sankeya (wykres strumieniowy) – graficzna, poglądowa ilustracja np. bilansu materiałowego (bilans mas) lub bilansu energetycznego, stosowany np. w technice, w czasie projektowania technologicznych procesów i operacji jednostkowych oraz złożonych procesów technologicznych[2][3][4].
Jest stosowany również w czasie prezentowania informacji o procesach życiowych na różnych poziomach organizacji. Analizowany układ (złożony system biotyczny lub abiotyczny) jest traktowany jak układ termodynamiczny, w którym obowiązuje zasada zachowania energii i prawo zachowania masy. Na wykresach wyodrębnia się części systemu (bloki), które są łączone pasmami lub strzałkami wskazującymi kierunek przepływu masy i energii oraz określającymi wielkości strumieni (proporcjonalne do szerokości połączeń bloków)[2][3][4].
Kapitan Matthew H. Sankey (1853–1925) był irlandzkim inżynierem mechanikiem i kapitanem w Corps of Royal Engineers, gdzie prowadził badania zmierzające do zwiększenia sprawności silników parowych. Był członkiem Institution of Civil Engineers, a w latach 1920–1921 – prezesem brytyjskiej Institution of Mechanical Engineers. Jego artykuł na temat sprawności silników (The Thermal Efficiency of Steam Engines), w którym zostały zamieszczone wykresy strumieniowe, opublikowano w materiałach Institution of Civil Engineers w 1898 roku[5][6].
Według niektórych źródeł twórcą wykresu strumieniowego był Charles J. Minard lub Henry D. Harness. Ch. Minard sporządził w 1869 roku podobny wykres, prezentujący zmiany liczebności armii Napoleona w czasie inwazji na Rosję (1812). Wcześniej, już w 1837 roku, w analogiczny sposób H. Harness (inżynier z Irish Railway Commissioners i porucznik w Corps of Royal Engineers) przedstawił, na mapie Hrabstwa Wicklow, informacje o liczbie osób podróżujących kolejami[7].
Współczesne zastosowania wykresów Sankeya nie ograniczają się do obszaru techniki i technologii. Różna jest również skala systemów, których dotyczą – od mikroskopowych układów biologicznych (np. przemiana materii w mikroorganizmach) do skali globalnej i większej (np. wymiana energii między Ziemią i jej otoczeniem)[6][8][9].
Liczne zastosowania wykresów Sankeya w technologii i inżynierii procesowej ilustrują przykłady dotyczące np. badań energetycznej sprawności:
Chloran potasu jest otrzymywany z chlorku potasu (KCl) metodą elektrochemiczną. Kolejnymi operacjami jednostkowymi są w tym przypadku[11]:
Na wykresie Sankeya zamieszcza się np. informacje o masie roztworów lub zawiesin, które muszą być przemieszczane do kolejnych węzłów instalacji projektowanej do wytwarzania określonej masy chloranu. Wykres ułatwia np. wstępne, orientacyjne oszacowanie wielkości niezbędnych urządzeń i wydajności pomp itp.
Wykresy Sankeya są stosowane do prezentacji przepływów masy i energii w ekologii, będącej (zgodnie z koncepcją Eugene Oduma, 1913–2002), nauką o strukturze i działaniu systemu nazywanego „przyrodą ożywioną”. Strumienie masy i energii przepływają między wyodrębnionymi układami biotycznymi i ich otoczeniem nieożywionym lub między różnymi układami biotycznymi. Zależnie od obszaru wykonywanych badań ekologicznych (np. autekologia, populacjologia, synekologia) bloki na wykresach mogą oznaczać[13], m.in.:
Gdy analizowanym układem termodynamicznym jest pojedynczy organizm, wykresy zawierają informacje o źródłach pobieranej energii i o sposobach jej zwracania do otoczenia (element autekologii). Producenci wykorzystują strumień energii promieniowania słonecznego (fotosynteza) oraz mniejszy strumień energii cieplnej gleby (wyjątkiem są producenci ekosystemów głębinowych, korzystający głównie z energii wiązań chemicznych w związkach nieorganicznych). Konsumenci pobierają energię w formie pożywienia, mniej lub bardziej kalorycznego. Energia pobierana przez organizmy jest zmieniana np. w energię kinetyczną ich ruchu lub oddawana do otoczenia w formie biomasy i na sposób ciepła. Wykresy Sankeya, sporządzane np. dla konsumentów I stopnia (roślinożercy) i konsumentów II stopnia (mięsożerców), ilustrują np. różne udziały energii zawartej w detrytusie (np. przekazywanej destruentom w formie odchodów). Pozwalają stwierdzić m.in., że względne udziały wydzielanego ciepła i energii wykorzystywanej na ruch są w obu przypadkach podobne (np. energetyczny wydatek drapieżnika i ofiary w czasie polowania)[14].
Przykładami wykresów Sankeya, które dotyczą większych systemów, są niektóre graficzne ilustracje obiegu materii w przyrodzie, dotyczące określonych ekosystemów lub biomów albo całego globu (cykle biogeochemiczne, m.in. obieg azotu, węgla, siarki, wody, fosforu, np. obieg fosforu w wodzie).
Wykresy Sankeya są popularną metodą ilustrowania przyczyn globalnego ocieplenia. Przyjmuje się, że strumień energii docierającej do Ziemi (energia promieniowania słonecznego) powinien być równy energii promieniowania Ziemi (widmo promieniowania przesunięte w kierunku podczerwieni). Wzrost zawartości w ziemskiej atmosferze związków silnie absorbujących promieniowanie podczerwone (para wodna, dwutlenek węgla i inne) zaburza równowagę w biosferze i prowadzi do wzrostu średniej temperatury i związanych z tym zmian klimatu. Możliwości przeciwdziałania tym efektom są analizowane z uwzględnieniem wielkości energetycznych zasobów Ziemi i zapotrzebowania na energię w skali państw i skali globalnej. Wyniki takich analiz złożonych systemów zaopatrzenia w energię są często przedstawiane również w formie wykresów Sankeya[9][15].
Zasada wykresów Sankeya jest wykorzystywana w czasie bilansowania potencjalnych przyczyn zdarzeń (np. wystąpienia wad produkowanego wyrobu). Klasyczne wykresy Ishikawy (diagramy przyczyn i skutków, ang. cause and effect diagram), znane też jako „diagramy rybiej ości” lub drzewa błędów, są przekształcane w tzw. wykresy zbilansowane Sankeya, jeżeli można określić prawdopodobieństwo wystąpienia poszczególnych przyczyn wystąpienia wad[16].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
