Símbolos usados nos Diagramas de Sistemas

para Modelagem e Simulação.

Enrique Ortega

Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada

Unicamp, fevereiro de 2005; revisão: 2 de abril de 2006.

www.unicamp.br/fea/ortega

Faculdade de Engenharia de Alimentos

Fluxo de Energia

Produtor

Fonte de energia externa ilimitada

Estoque interno

Transação

preço

Sumidouro de EnergiaFonte de energia limitada

ConsumidorInteração

Sistema ou subsistema

Interruptor

Símbolos com conexões

Fluxos de Energia

Produtor

Fonte de energia externa ilimitada

Deposito ou estoque (limitado)

Transação preço

Sumidouro de Energia

Fonte de energia externa renovável limitada

Consumidor

Interação

Sistema ou subsistema

Interruptor

Símbolos prontos para usar, em fundo escuro.

Significado dos símbolos da Análise Emergética

Fluxo de Energia: A vazão depende da fonte e da interação com o estoque produzido.

Fonte continua ilimitada: Um recurso externo que fornece energia de acordo a um programa controlado externamente (força constante).

Fonte continua limitada: Um recurso externo que fornece energia de acordo a uma certa interação regulada pela estrutura interna do sistema (função força decrescente).

Fonte temporária limitada: Uma reserva energética fora do sistema, que guarda uma certa quantidade de energia potencial.

Sumidouro de energia degrada: Custo da transformação ou da manutenção da energia.

Significado dos símbolos da Análise Emergética

Interação: processo de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia potencial.

Entradas deEnergia Potencial

Saída de uma ou várias energias de maior qualidade (trabalho do sistema)

Energia dispersada

Energia potencial = Energia de maior qualidade + Energia dispersada

Energia = Trabalho + Calor

E = W + Q

O conceito de energia potencial se estende a matéria e a informação.

Significado dos símbolos da Análise Emergética

Consumidor: Unidade auto-catalítica que aproveita a biomassa produzida em etapas anteriores da cadeia trófica e gera fluxos de energia de alta qualidade.

Produtor: Unidade auto-catalítica que coleta e transforma energia de baixa qualidade (intensidade) sob a ação de fluxo de energia de alta qualidade.

x

Q

Energia externa

Estoquesexternos

Laço auto-catalítico que permite que os recursos produzidos (trabalho) ajudem na obtenção e transformação de energia.

Unidades auto-catalíticas

Parte do trabalho produzido permanece no sistema como energia estrutural que reforça a interação. Esse estoque interno denomina-se Q pois indica Quantidade e Qualidade.

P

Q

Laço auto-catalítico de um produtor

R

Q

Laço auto-catalítico de

um consumidor

Existe acoplamento entre produtores e consumidores

Consumidor

R

Q

P

Q

Produtor

Aproveitamento da energia disponível em uma área

Cadeia de vários estágios de consumidores

Energia dispersada

Fontes renováveis externas

Produtores

Resíduos

Reciclagem de nutrientes

Consumidores de biomassa

Energia dispersada

Fonte externa de energia

Produtores de biomassa

Resíduos

Nutrientes

Decompositores

Energia disponível na área

Energia incorporada/Energia de cada etapa

Transformidade

1 000 J

1 000 000 Joules de energia solar (sej)

1 000 000 J100 J 10 J 1 J 0 J

1 000 sej/J

Energia disponível em cada etapa1 000 J

100 J 10 J 1 J

10 000 sej/J100 000 sej/J

1000 000 sej/J

999 000 J 900 J 90 J 9 J

1 sej/J

1 000 000 J

Maximizar a potência

Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de emergia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar.

Sol10 000 00010 000 000

J/tJ/t

EMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / TempoEMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / Tempo

10 00010 000 1 0001 000 100100 11

0.1 E40.1 E4 0.1 E30.1 E3 0.1 E20.1 E2 0. 1 E10. 1 E1

1010

Tr=1000Tr=1000 Tr=1 E4Tr=1 E4 Tr=1 E5Tr=1 E5 Tr=1 E6Tr=1 E6 Tr=1 E7Tr=1 E7

9 999 0009 999 000 9 0009 000 900900 9090 99

0.1 E00.1 E0

Princípio de maximização da potência Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo.

SolSol

Energia extra

Capacidade renovável

Capacidade de suporte aumentada em forma temporária devido ao uso não renovável de recursos renováveis ou ao uso de recursos fósseis.

Os sistemas se auto-organizam em hierarquias de transformação de energia que pulsam, cobrem diversas áreas, acumulam energia e evoluem. Os sistemas se expandem e se contraem em função da emergia disponível.

versus

Energia extra

Hipótese da auto-organização - I

O princípio da máxima potência sugere que a auto-organização das espécies ocorre pelo reforço daquelas que desenvolvem contribuições a outras partes do sistema.

A auto-organização de sistemas desenvolve estoques auto-catalíticos para maximizar:(a) o aproveitamento da energia disponível;(b) sua transformação e (c) o repasse da energia transformada.

Hipótese da auto-organização - II

A auto-organização ocorre sob dois paradigmas:

a. Quando há muita energia disponível a cadeia cresce com poucas linhas em paralelo (baixa biodiversidade, pode haver alta concentração de uma espécie).

b. Quando há pouca energia disponível a cadeia se diversifica (grande biodiversidade e interação);

Os sistemas podem oscilar entre estes dois estados.

Significado dos símbolos da Análise Emergética

Caixa: Símbolo de uso múltiplo que pode ser usado para representar uma unidade de consumo e produção dentro de um sistema. Representa um sub-sistema.

Depósito: Uma reserva energética dentro do sistema, que guarda uma quantidade de energia de acordo com o balanço de entradas e saídas (variáveis de estado).

Significado dos símbolos da Análise Emergética

Transação: ação de venda de bens ou serviços (linha continua) em troca de pagamento em dinheiro (linha tracejada). O preço é mostrado na figura como uma fonte de energia externa. O processo pode ser também de escambo.

preço

Interruptor: um controlador que permite que ocorra um fluxo ou um processo a partir de uma combinação de sinais obtidas por sensores.

sensores

onoff

A Terra, após longa evolução, desenvolveu inúmeros estoques e fluxos: solos férteis, água limpa, ar limpo, bom clima, sistemas ecológicos saudáveis e beleza estética

P

Q

Produtores

Energia externa

Organização

Biosfera

Consumi-dores

R

Q

Materiais

Biomassa vegetalRecursos diversos

Energia dispersada

Estoquesexternos

Fluxos na biosfera

P

Q

Produtores

Energia externa

Organização

Biosfera

Consumi-dores

R

Q

Materiais

Biomassa vegetalRecursos diversos

Energia dispersada

Estoquesexternos

Entrada de materiais

Fluxos de energia renovável e não renovável na biosfera

Estoquesnão renováveis

Saída de materiais

O feedback se tornou de efeito negativo

Os sistemas precisam ser remodelados!

O novo desafio é remodelar os sistemas de produção e consumo para:

(a) Usar os fluxos renováveis e reduzir a dependência de recursos não renováveis,

(b) gerar emprego,

(c) recuperar os ecossistemas

para conseguir reverter a degradação da Biosfera que ameaça a toda flora e a fauna e conseqüentemente a espécie humana.

A visão de caixa preta simplificada, típica da indústria, não oferece possibilidades para enfrentar o desafio do ajuste às mudanças climáticas e sociais de média e grande escala.