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Introdução à Metodologia Emergética. Fevereiro 2005 Enrique Ortega Departamento de Engenharia de Alimentos Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática.

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2 Introdução à Metodologia Emergética. Fevereiro 2005 Enrique Ortega Departamento de Engenharia de Alimentos Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada Unicamp Faculdade de Engenharia de Alimentos

3 Metodologia Emergética Teoria Geral de Sistemas Funções ecossistêmicas Termodinâmica de sistemas abertos Diagramas de sistemas Cálculo dos fluxos de emergia Linguagem dos Símbolos Energéticos: fontes de energia, estoques de materiais, fluxos, processos, produtos, resíduos, energia dispersada, retro-alimentação, reciclagem. Diagnostico emergético Modelagem e simulação Melhor percepção do mundo: Ações mais coerentes

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

5 Fluxos de Energia Produtor Fonte de energia externa ilimitada Também deposito ou estoque interno (limitado) Transação preço Sumidouro de Energia Fonte de energia externa limitada Consumidor Interação Sistema ou subsistema Interruptor Tela pronta para fazer seu diagrama (fundo branco)

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

7 Significado dos símbolos da Análise Emergética Fluxo de Energia: Um fluxo cuja vazão depende de uma interação ou da fonte que o produz e do estoque energético 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.

8 Significado dos símbolos da Análise Emergética Interação: p rocesso de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia. O conceito de energia potencial se estende a matéria e a informação. 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

9 Significado dos símbolos da Análise Emergética Sumidouro de Energia: Degradação e dispersão da energia potencial empregada no processo. Consumidor: Unidade auto-catalítica que aproveita a biomassa produzida em etapas anteriores da cadeia trófica e gera um fluxo de energia de alta qualidade para fins de controle geral. Produtor: Unidade auto-catalítica que coleta e transforma energia de baixa qualidade (intensidade) sob a ação de fluxo de energia de alta qualidade.

10 Unidades auto-catalíticas P Q Produtor Consumidor R Q 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.

11 Aproveitamento da energia disponível em uma área Cadeia de vários estágios de consumidores Energia dispersada Fontes renováveis externas Produtores Resíduos Nutrientes

12 Consumidores de biomassa Energia dispersada Fontes externas 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

13 Princípio da máxima empotência A potência ecossistêmica (emergia/tempo) denomina-se empotência. O principio da máxima empotência diz: 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

14 Princípio da máxima empotência Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo. Sol Energia fóssil Capacidade renovável Capacidade de suporte temporariamente alta em base a 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.

15 Hipótese da auto-organização 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 o aproveitamento de energia.

16 Hipótese da auto-organização O princípio da máxima potência sugere que a auto-organização de espécies disponíveis ocorre pelo reforço daquelas que desenvolvem contribuições a outras partes do sistema. A auto- organização de sistemas desenvolve estoques auto-catalíticos para maximizar o aproveitamento de energia. Fonte F Processo de transformação da energia Q Quantidade em estoque longe do equilíbrio dQ/dt = Desenho auto-catalítico. O crescimento é exponencial se F é constante e ilimitada k 1.F.Q k 3.F.Q k 1.F.Q- k 3.F.Q- k 2.Q k 2.Q Materiais liberados T = Temperatura em graus Kelvin dS e /dt = (k 4.Q + k 5.F.Q) / T Taxa de incremento da entropia ambiental S e com dissipação da energia k 4.Q k 5. F.Q Retro-alimentação ProduçãoDepreciação Energia degradada

17 Princípio da máxima empotência A potência ecossistêmica (emergia/tempo) denomina-se empotência. O principio da máxima empotência disse: Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de energia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar. 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. Sol 6E9 J/t EMERGIA Solar = 6E9 Emjoules Solares Tempo 6E7 6E6 6E5 6E4 0.6E7 0.6E6 0.6E50.6E4 Agregação :

18 R1R1 Fotosíntesse Infra- estrutura R2R2 N F bens humanos Unidade de produção Energia degradada Produtos Vendidos Subsídios E1E1 Perdas (sem taxar) Externalidades E2E2 Serviços ambientais (sem subsídio) E3E3 Albedo Erosão Controle R 2 = recursos renováveis da biosfera e da região R 1 = recursos renováveis diretos N = fontes não- renováveis da natureza F= materiais e serviços comprados da economia (em geral não-renováveis) Diagrama resumido Compras

19 Transformidade Y (Emergia de I+F) Y (Emergia de I+F) Tr= = Q p (Energia de Y) Q p (Energia de Y) Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Razão de rendimento de emergia Y Emergia Y Emergia EYR= = F Economia F Economia Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. Razão de investimento de emergia F Economia F Economia EIR = = I Natureza I Natureza Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Contribuições da natureza: I = R + N Recursos renováveis da natureza: R= R 1 + R 2 R 1 = fluxos diretos R 2 = fluxos de estoques R Contribuição não renovável da natureza: N N Emergia incorporada: Y = I + F Y FRFR FNFN Retroalimentação da Economia: F F = M + S M = M R + M N S = S R + S N F = F R + F N F R = M R + S R F N = M N + S N Porcentagem de renovabilidade (%) %R=100*(R+F R )/Y Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Carga Ambiental ELR=(R+F R )/(N+F N ) Mede a proporção entre recursos renováveis e não renováveis do sistema produtivo Intensidade de mão-de-obra LSR= S R / S Mede a proporção entre a mão-de-obra local e o total de serviços do sistema produtivo Mão-de-obra local (produção familiar) LSR = S RL / S Mede a proporção entre a mão-de-obra no total de serviços Mão-de-obra local: S RL S R = S RL + S RE

20 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).

21 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

22 Fluxos de energia e materiais em um sistema Sumidouro de Energia Fonte de energia externa Interação Deposito interno Produtor Consumidor Deposito externo Fonte de energia externa Materiais reciclados

23 A Terra, após longa evolução, desenvolveu inúmeros estoques: 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 de energia na biosfera

24 Produtores P Q Energia externa Interações Energia dispersada Estoques externos A floresta: relações plantas-solo Maior porosidade no solo Solubilização de minerais Maior umidade do solo Fixação de nitrogênio Amortece golpe da chuva Absorção de gases Bombeamento de materiais Açúcar para a micro-biota Matéria orgânica para a macro-biota Efeito esponja de água

25 Produtos e serviços ambientais Biomassa Biodiversidade A floresta Diminui a temperatura P Q Energia externa Energia dispersada Estoques externos Produtores Gera solo fértil e infiltra água limpa Maior absorção solar e maior produtividade Absorve CO 2 e gera ar oxigenado Beleza e plenitude Impede desabamentos Resilência: permite recuperar o ecossistema Facilita a precipitação e estabiliza o regime de chuvas

26 É definida como toda a energia incorporada na produção de um recurso, seja ela na forma de energia ou matéria, trabalho humano ou da Natureza, em outras palavras, é toda a energia necessária para um sistema produzir um recurso (Odum, 1996). Há energia disponível em tudo aquilo que é reconhecido um ente da terra e do universo, inclusive a informação. Emergia A energia pode ser utilizada para avaliar a riqueza real em uma base comum.

27 Metodologia Emergia dos produtos Energias que entram Emergias que entram Energia dos produtos Energia degradada

28 Conceitos Básicos Emergia de um recurso é a soma de toda a emergia necessária, direta ou indireta, para produzi-lo. (Joules de energia solar) Transformidade solar de um recurso é a quantidade total de emergia solar (sej) usada no sistema para produzir uma unidade de energia do produto (Joules, J). Indica a posição do produto na hierarquia energética do planeta. (Joules de energia solar por Joule, sej/J)

29 Capacidade de Suporte Número de indivíduos de uma população de uma determinada espécie que pode ser sustentado por uma região ou uma determinada área da paisagem... depende tanto da quantidade de recursos naturais disponíveis (R) quanto da energia adquirida ou importada pelo sistema, que pode ser não renovável (N).

30 Análise Emergética 2. Elaboração do Diagrama 3. Montar a Tabela de Avaliação Emergética 4. Calcular os Índices Emergéticos 5. Interpretação dos Resultados 1. Levantamento da história dos locais de estudo

31 1. Elaboração do Diagrama Nitrogênio da Atmosfera Nutrientes Rocha Subsolo Biodiversidade Regional Chuva Vento Sol Benefi- ciamento Reserva Florestal Plantação Serviços ambientais locais Materiais e Serviços Taxas Preço Taxas $ Produtos Serviços ambientais Multas Perdas: solo, nutrientes, Pessoas, Insumos. Família

32 Emergia acumulada nos ecossistemas: solo, água, madeira, etc. EconomiaModerna Avaliação Emergética Procedimentos para uma avaliação emergética de um sistema. Energia do Sol, Energia do Sol, da Lua e do núcleo interno da Terra Sistema Agrícola OutrosProcessosNaturais Reservas semi- renováveis Emergia direta Dispersão de Energia Potencial Energia Produzida Transformidade Solar ( sej /J ) = Emergia solar dos insumos (sej/ha/ano ) Energia produzida (J/ha/ano ) Soma dos Insumos de Emergia Solar emjoule: Joule de energia disponível (de um certo tipo de energia) previamente usada para fazer um produto ou serviço. Se usar-mos como energia de referência a energia solar, temos o emjoule solar ou sej Emergia não renovável Sol, vento, chuva, marés, ondas, soerguimento geológico Minerais (N)

33 R1R1 Fotosíntesse Infra- estrutura R2R2 N F bens humanos Unidade de produção Energia degradada Produtos vendidos E1E1 Perdas e desperdício (sem taxar) E2E2 Serviços ambientais (sem subsídio) E3E3 Albedo Erosão Controle R 2 = recursos renováveis da biosfera e da região R 1 = recursos renováveis diretos N = fontes não- renováveis da natureza F= materiais e serviços comprados da economia (em geral não-renováveis) Diagrama resumido Compras

34 Diagrama resumido tradicional Serviços Deposito ou estoque interno (limitado) Sumidouro de Energia Fonte de energia externa limitada Materiais Produtor Consumo interno R N MS I = R+N Produtos F = M+S Ep = Energia dos produtos Y = I+F Emergia total Transformidade: Tr = Emergia/Energia dos produtos

35 Porcentagem de renovabilidade (%) %R=100(R/Y) Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Transformidade Y (Emergia de I+F) Y (Emergia de I+F) Tr= = Q p (Energia de Y) Q p (Energia de Y) Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Razão de rendimento de emergia Y Emergia Y Emergia EYR= = F Economia F Economia Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. Razão de investimento de emergia F Economia F Economia EIR = = I Natureza I Natureza Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Contribuições da natureza: I=R+N Emergia incorporada: Y = I + F Recursos renováveis da natureza: R=R 1+ R 2 Retroalimentação da Economia: F Contribuição não renovável da natureza: N R N Y F

36 2. Montar a Tabela de Avaliação Emergética A coluna # 6 É o valor real da riqueza estimado em emdolares. Este valor é obtido dividindo-se a emergia na coluna 5 pela relação de emergia/capital(dinheiro) para o ano selecionado. A coluna # 5 é a emergia solar. É o produto das colunas 3 e 4. A coluna # 4 é a Transformidade em emjoules (Joules indexados em energia solar) por unidade (sej/Joule; sej/grama; ou sej/dólar). Estes dado são obtidos de estudos prévios. A coluna # 3 é a fonte de dados em Joules, gramas, ou dólares, derivados de várias fontes. A coluna # 2 contém os nomes das diversas entradas do sistema. A coluna # 1 é o número do item, que é também o número da nota de rodapé na tabela onde as fontes de dados são citadas e os cálculos mostrados. Emergia Solar S: Serviços da economia M: Materiais da economia N: Recursos da natureza não-renováveis R: Recursos da natureza renováveis Emdólar Emergia/ Unidade Dados, Unidade Nome da contribuição Nota

37 Diagrama resumido considerando renovabilidade parcial Materiais e serviços renováveis Materiais e serviços não-renováveis Deposito ou estoque interno (limitado) Sumidouro de Energia Fonte de energia externa limitada Produtor Consumo interno R N Mn+Sn I = R+N Produtos F = Fr+Fn Ep = Energia dos produtos Y = I+F Emergia total Transformidade: Tr = Emergia/Energia dos produtos Mr+Sr

38 Transformidade Y (Emergia de I+F) Y (Emergia de I+F) Tr= = Q p (Energia de Y) Q p (Energia de Y) Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Razão de rendimento de emergia Y Emergia Y Emergia EYR= = F Economia F Economia Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. Razão de investimento de emergia F Economia F Economia EIR = = I Natureza I Natureza Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Contribuições da natureza: I = R + N Recursos renováveis da natureza: R= R 1 + R 2 R 1 = fluxos diretos R 2 = fluxos de estoques R Contribuição não renovável da natureza: N N Emergia incorporada: Y = I + F Y FRFR FNFN Retroalimentação da Economia: F F = M + S M = M R + M N S = S R + S N F = F R + F N F R = M R + S R F N = M N + S N Porcentagem de renovabilidade (%) %R=100*(R+F R )/Y Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Carga Ambiental ELR=(R+F R )/(N+F N ) Mede a proporção entre recursos renováveis e não renováveis do sistema produtivo Intensidade de mão-de-obra LSR= S R / S Mede a proporção entre a mão-de-obra local e o total de serviços do sistema produtivo Mão-de-obra local (produção familiar) LSR = S RL / S Mede a proporção entre a mão-de-obra no total de serviços Mão-de-obra local: S RL S R = S RL + S RE

39 As aplicações da metodologia serão mostradas em outras apresentações. Obrigado!!!


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