Evironmental AccountingEvironmental AccountingEmergy and Environmental Decision

Making

Capítulo 02Emergy and The Energy Hierarchy

Marcus Vinicius Salomon

EMERGIA E A HIERARQUIA DA ENERGIA

Todo serviço realizado produz, utiliza e dispersa energia, por menor que seja a utilização dessa energia, ela deve ser levada em consideração na obtenção de um produto, principalmente na elaboração de uma análise EMERGÉTICA.

Neste capítulo a EMERGIA será trabalhada como Redes de Sistemas de Energia usando as transformidades para quantificar a hierarquia de energia e mostrar que a contabilidade EMERGÉTICA é baseada distribuição fundamental de energia.

Energia: definido como qualquer “coisa” que pode ser

convertido 100% em calor.

Calor: movimento coletivo das moléculas, cuja intensidade

pode ser medida por um termômetro.

Energia Disponível (exergia): energia potencial capaz de

realizar trabalho, que é degrada durante os processos (joules,

kilocalorias, etc).

Conceitos de Energia

Trabalho: transformação de energia que resulta em uma mudança na concentração ou na forma de energia.

Poder: é o fluxo de energia por unidade de tempo.

Entropia Molecular: medida da complexidade do estado molecula devido a energia térmica. Começando em zero graus Kelvin, a entropia molecular é a soma integrada do calor acrescentado dividido pela temperatura Kelvin que é adicionado (unidades kcal/graus).

Conceitos de Energia

Primeira Lei: a energia não é criada nem destruída na circulação e transformações de um sistema.

Segunda Lei: As concentrações de energia disponível são degradadas continuamente. A energia disponível é degradada em todo o processo da transformação da energia.

Terceira Lei: quando o conteúdo de calor aproxima-se de zero, a temperatura na escala Kelvin aproxima-se do zero absoluto (-273 °C), moléculas estão estado cristalino simples e a entropia do estado é definida como zero.

Conceitos de Energia

Conceitos de Rede de Energia na Contabilidade Emergética

“Regulação da velocidade do tempo”: o poder na transformação de energia depende da força de trabalho. O máximo poder de saída ocorre com uma ótima eficiência intermediária.

Princípio do máximo empower (quarta lei ?): na competição entre processos de auto-organização, os desenhos de redes que maximizem o empower irão prevalecer.

Hierarquia de transformação de energia (quinta lei ?): os fluxos de transformação de energia são organizados em uma hierarquia de transformações de energia. A posição na hierarquia de energia e medida com as transformidades

Hierarquia: é a ordenação de elementos em ordem de importância.

Nas redes de transformação de energia existe uma hierarquia de poder.

Tranformidade é medida da hierarquia de energia e aparentemente pode ser aplicada para todas as quantidades de matéria, energia ou informação.

Hierarquia da Transformação de Energia

Baixa escala

Alta escala

Energiausada

Diminui energia e aumenta transformidade

Hierarquia da Transformação de Energia

Rede hierárquica de transformações de energia processos que resultam da perda de energia disponível a cada transformação devido a segunda lei.

Armazenamento Autocatalítico e

Máxima Empower: Nos sistemas de rede de energia os processos de

transformação de energia tem acoplado junto ao armazenamento de energia processos autocatalíticos.

Autocatalítico: Refere-se a equação diferencial, onde o

termo produção é o produto das entradas de origem e de feedback do armazenamento.

Empower: Energia útil disponível fornece condições para o melhor desenvolvimento das circunvizinhanças (rede).

Sistemas Auto-Organizantes dispersam a energia mais rápida, maximizando a taxa da produção da entropia desenvolvendo estruturas dissipativas autocataliticas. Maximizando a dissipação, maximiza-se também as transformações úteis de força.

Sistemas Auto-Organizantes dispersam a energia mais rápida, maximizando a taxa da produção da entropia desenvolvendo estruturas dissipativas autocataliticas. Maximizando a dissipação, maximiza-se também as transformações úteis de força.

Desenhos auto-catalíticos

Transformidades no Ecossistema de um Aquário

Aquário sistema fechado para materiais, ele absorve energia solar e permite seu uso, que degrada calor.

Diagrama de um ecossistema de um aquário com um fluxo de energia solar diário. O ciclo e reuso de materiais químicos são mostrados com a linha pontilhada acompanhando o fluxo de emergia.

O número de vias diminui no fluxo de energia através de sucessivas transformações

Se os componentes das transfomidades similares são agrupados a teia pode ser representada por uma cadeia

Redes de Transformações de Energia

Fig. 2.5

Se sucessivas transformidades são similares a energia diminui com porcentagem constante em cada estágio da cadeia.

Fig 2.5c

Redes de Transformações de Energia

Sucessivas diminuições de energia nos processos de transformação

Se a insolação solar for a única fonte de energia a transformidade solar aumento em porcentagem constante da esquerda para a direita e a EMERGIA solar é constante.

Redes de Transformações de Energia

Na cadeia de transformação a ENERGIA diminui através de sucessivas transformações mas a EMERGIA é transmitida e a TRANSFORMIDADE aumenta. Assim a TRANSFORMIDADE representa a posição do fluxo e o armazenamento na HIERARQUIA UNIVERSAL DE ENERGIA.

As transformidade são acompanhadas de energia dispersa, a qual mede o trabalho realizado na geração de pequenos fluxos de alta transformidade energética.

Redes de Transformações de Energia

Dimensão Regional da hierarquia da Energia

Os armazenamentos pequenos afetam áreas pequenas, tempo rápido de reestruturação.

Os armazenamentos maiores afetam áreas maiores,

tempo mais longo de reestruturação.

Transformidade

Máxima Empower reforçando Feedback

Prevalecem aqueles sistemas cuja desenho maximize EMPOWER por reforçar a quantidade de recursos na máxima eficiência.

Esta declaração inclui a maximização de quantidade de recursos e a operação na ótima eficiência para maximizar o poder.

Mais emergia dos produtos retornando ao sistema.

Combinando energia de acordo com a transformidade

Existem diferentes qualidades de energia, que podem ser medidas pela TRASFORMIDADE.

Os várias fluxos de energia em cada unidade da rede são expressos em uma unidade comum a EMERGIA.

Rede de energia incluindo transformações e feedbacks.

Fig.2.7 a. Fluxo de energia disponível em quatro passos de transformação na hierarquia de energia na fig 2.5 como função de transformidade solar (escala numérica).

Gráfico de quantidade de energia em função de transformidade solar

Existem várias formas de gráficos que podem ser usados para representar a relação entre energia x transformidade.

Quando a transformidade é medida em qualidade de energia o gráfico recebe o nome de Diagrama de energia quantidade-qualidade.

Energia Joules/tempo

Transformidadesej/jFl

uxo d

e E

nerg

ia, E6

, Jou

les/

tem

po

Transformidade, E4, sej/j

Gráfico de quantidade de energia em função de transformidade solar

Fig. 2.7b Gráfico com escala logarítmica

Fig. 2.8 Fluxo de energia geotérmica como função da transformidade solar em correntes hierárquicas do rio Mississipi.

Corrente de Transformação de Energia de um Grande Rio

A energia disponível para elevar a água no Rio Mississipi é dada como função do aumento da transformidade rio abaixo.

Sucessivas conversões de água aumentam a transformidade.

As transformidades que podem ser encontradas em fluxos de um mesmo tipo.

Ex: sucessivas conversões de água para um rio que aumentam a transformidade

Parte da utilidade do conceito de transformidade pode ser útil para comparar posições de energia hierárquicas de espécies completamente diferentes.

Ex: cadeia alimentar

Fluxos de similar ou diferentes tipos

Equações que Descrevem a Hierarquia da Transformação da

Energia

O uso de energia em cada passo da cadeia é constante e a ordem da magnitude é 10.

O desnível da equação do logaritmo natural, k, é a eficiência da transformação por etapa.

K é o desnível se o logaritmo de base 10 é usado.

Gráfico logarítmico do fluxo de energia em função das etapas de transformação (E) com equações derivadas; e escala de transformidades equivalentes (R)

Equações que Descrevem a Hierarquia da Transformação da

Energia

dY = - kYdE

Y = e-kE

Yo

Loge Y = - kE Yo

2.3 Log10 Y = - kE Yo

K = 2.3 K

Gráfico da fração do fluxo de energia inicial em função das etapas de transformação.

Transformidade e “motor de calor”

Figura 2.10 “Motor de calor” eficiência como transformidade solar da fonte de calor. As eficiências foram calculadas por observações sobre o gradiente de temperaturas sustentáveis (T) pelo cálculo da metade da taxa de Carnot (T)/(temperatura quente) em graus Kelvin (0C + 273).

Transformidade solar

Tr solar = (T) (25.000 sej/J) (temp. quente) (0,7)

O gradiente de temperatura (fração de Carnot) é plotada em função da transformidade solar do combustível usado.