Principios Esenciales del Modelado de Sistemas: Tipos, Energía y Relaciones

Tipos de Caja Negra

Abiertos:

En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía.

Cerrados:

En ellos no hay intercambios de materia, pero sí de energía.

Aislados:

Son aquellos en los que no existen intercambios de materia ni de energía.

La Energía en los Sistemas

Es fundamental establecer los principios termodinámicos:

Primera Ley de la Termodinámica: Conservación de la Energía

En todo sistema que modelemos, la energía que entre será equivalente a la energía almacenada dentro del sistema, más la que salga de él.

Segunda Ley de la Termodinámica: La Entropía

Se llama entropía a la magnitud termodinámica que mide la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. La segunda ley establece que, en cada transferencia, la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y organizada a otra más dispersa y desorganizada; en consecuencia, la entropía aumenta.

La entropía aparece también asociada al orden existente en un sistema. Cuanto mayor orden exista, más concentrada estará la energía y más baja será la entropía.

5 Modelos de Caja Blanca

Cuando observamos el interior de un sistema, nos basamos en un enfoque de caja blanca. Lo primero que hay que hacer es identificar las variables que lo componen y unirlas con flechas. Su representación forma un diagrama causal.

Cada variable se puede considerar como un subsistema del sistema inicial y se puede diseñar como un sistema de caja negra o caja blanca.

Relaciones Causales

Pueden ser simples o complejas.

Relaciones Simples:

Representan la influencia de un elemento sobre otro y pueden ser:

Directas:

Son aquellas en las que el aumento de A causa el aumento de B y viceversa.

Inversas:

Son aquellas en las que el aumento de A implica la disminución de B.

Encadenadas:

Son las que están formadas por una serie de variables unidas con flechas.

Relaciones Complejas

Son las acciones de un elemento sobre otro que implican, a su vez, que este último actúe sobre el primero; es decir, se trata de una relación causal que se cierra sobre sí misma. Se conocen como bucles de realimentación o de retroalimentación.

Los bucles de realimentación positiva suponen que al aumentar A, aumenta B y viceversa: la causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa.

El bucle de realimentación negativa se da en los casos en los que al aumentar A, aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A.

Pasos para Modelar un Sistema

Para modelar un sistema, se recomienda seguir los siguientes pasos:

1. Formación de un modelo mental: Con un objetivo concreto, tras la observación del comportamiento de un fenómeno en la realidad.
2. Formulación de hipótesis y elección de variables.
3. Diseño del diagrama causal: Realizarlo con las variables, uniéndolas mediante flechas, y comparar su funcionamiento con la realidad.
4. Simulación de diferentes escenarios: Estudiar el comportamiento futuro de un sistema a partir de unas condiciones iniciales predeterminadas. Un escenario es un conjunto de condiciones o parámetros iniciales de los que parte la simulación.