Símbolos usados nos Diagramas de Sistemas para Modelagem e Simulação.

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1 Símbolos usados nos Diagramas de Sistemas para Modelagem e Simulação.
Enrique Ortega Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada Faculdade de Engenharia de Alimentos Unicamp, fevereiro de 2005; revisão: 2 de abril de 2006.

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

3 Símbolos prontos para usar, em fundo escuro.
Fonte de energia externa ilimitada Fluxos de Energia Sistema ou subsistema Fonte de energia externa renovável limitada Deposito ou estoque (limitado) Sumidouro de Energia Consumidor Produtor Transação preço Interruptor Interação Símbolos prontos para usar, em fundo escuro.

4 Significado dos símbolos da Análise Emergética
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. Fluxo de Energia: A vazão depende da fonte e da interação com o estoque produzido. Sumidouro de energia degrada: Custo da transformação ou da manutenção da energia.

5 Significado dos símbolos da Análise Emergética
Interação: processo de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia potencial. Entradas de Energia Potencial O conceito de energia potencial se estende a matéria e a informação. Saída de uma ou várias energias de maior qualidade (trabalho do sistema) Energia = Trabalho + Calor Energia dispersada E = W + Q Energia potencial = Energia de maior qualidade + Energia dispersada

6 Significado dos símbolos da Análise Emergética
Produtor: Unidade auto-catalítica que coleta e transforma energia de baixa qualidade (intensidade) sob a ação de fluxo de energia de alta qualidade. Consumidor: Unidade auto-catalítica que aproveita a biomassa produzida em etapas anteriores da cadeia trófica e gera fluxos de energia de alta qualidade. Estoques externos Laço auto-catalítico que permite que os recursos produzidos (trabalho) ajudem na obtenção e transformação de energia. Q Energia externa x

7 Unidades auto-catalíticas
P Q Produtor Consumidor R Q P Q R Q Laço auto-catalítico de um produtor Laço auto-catalítico de um consumidor Existe acoplamento entre produtores e consumidores 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.

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

9 Fonte externa de energia Nutrientes
Consumidores de biomassa J 1 000 J 100 J 10 J 1 J 0 J J 900 J 90 J 9 J Produtores de biomassa Resíduos Energia dispersada Decompositores Energia disponível na área Joules de energia solar (sej) Energia incorporada/Energia de cada etapa sej/J J sej/J sej/J 1 000 sej/J Transformidade 100 J 10 J 1 J 1 000 J 1 sej/J Energia disponível em cada etapa

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 1 000 100 1 0.1 E4 0.1 E3 0.1 E2 0. 1 E1 10 Tr=1000 Tr=1 E4 Tr=1 E5 Tr=1 E6 Tr=1 E7 9 000 900 90 9 0.1 E0

11 Princípio de maximização da potência
Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo. 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. Energia extra Sol Energia extra Sol Capacidade de suporte aumentada em forma temporária devido ao uso não renovável de recursos renováveis ou ao uso de recursos fósseis. Capacidade renovável versus

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

15 Significado dos símbolos da Análise Emergética
sensores on off Interruptor: um controlador que permite que ocorra um fluxo ou um processo a partir de uma combinação de sinais obtidas por sensores. preço 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.

16 Fluxos na biosfera A Terra, após longa evolução, desenvolveu inúmeros estoques e fluxos: solos férteis, água limpa, ar limpo, bom clima, sistemas ecológicos saudáveis e beleza estética Estoques externos Materiais Organização Q Consumi- dores R Q Energia externa P Produtores Biomassa vegetal Recursos diversos Biosfera Energia dispersada

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

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.