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Símbolos usados nos Diagramas de Sistemas para Modelagem e Simulação. Enrique Ortega Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada Unicamp,

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1 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 Faculdade de Engenharia de Alimentos

2 Fluxo de Energia Produtor Fonte de energia externa ilimitada Estoque interno Transação preço Sumidouro de Energia Fonte de energia limitada ConsumidorInteração Sistema ou subsistema Interruptor Símbolos com conexões

3 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.

4 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.

5 Significado dos símbolos da Análise Emergética Interação: p rocesso de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia potencial. Entradas de Energia 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.

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

7 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

8 Aproveitamento da energia disponível em uma área Cadeia de vários estágios de consumidores Energia dispersada Fontes renováveis externas Produtores Resíduos Reciclagem de nutrientes

9 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 J Joules de energia solar (sej) J 100 J10 J 1 J0 J sej/J Energia disponível em cada etapa J 100 J 10 J1 J sej/J sej/J sej/J J 900 J90 J 9 J 1 sej/J J

10 Maximizar a potência Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de emergia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar. Sol J/t EMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / Tempo E4 0.1 E3 0.1 E E1 10 Tr=1000 Tr=1 E4 Tr=1 E5 Tr=1 E6 Tr=1 E E0

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

12 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.

13 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.

14 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).

15 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 on off

16 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 vegetal Recursos diversos Energia dispersada Estoques externos Fluxos na biosfera

17 P Q Produtores Energia externa Organização Biosfera Consumi- dores R Q Materiais Biomassa vegetal Recursos diversos Energia dispersada Estoques externos Entrada de materiais Fluxos de energia renovável e não renovável na biosfera Estoques não renováveis Saída de materiais O feedback se tornou de efeito negativo Os sistemas precisam ser remodelados!

18 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.


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