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Modelos para simular cenários sociais de produção, consumo e reciclagem (sustentáveis ou não) A contribuição da visão sistêmica de Howard T. Odum Prof.

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1 Modelos para simular cenários sociais de produção, consumo e reciclagem (sustentáveis ou não) A contribuição da visão sistêmica de Howard T. Odum Prof. Dr. Enrique Ortega UNICAMP, Brasil Julho de Primeira revisão: agosto de 2011

2 O futuro pode ser ecológico? Que podemos fazer para ajudar nessa tarefa? ?

3 Pode-se modelar e simular o sistema econômico - ecológico para explicar tanto o passado e o presente quanto para prever o futuro. Os estudos existentes devem ser analisados criticamente, atualizados e, se forem úteis, devem ser aproveitados.

4 Vou me referir aos trabalhos de Howard T. Odum ( ) professor de Ecologia de Sistemas da Universidade de Florida relativos ao modelado e simulação de ecossistemas naturais e ecossistemas sob controle das sociedades humanas.

5 a.As leis e os princípios da Termodinâmica dos sistemas abertos; b.Os balances de massa, energia e informação com visão de ciclo de vida. Além disso considerar os novos fatos tais como as mudanças climáticas (IPCC); c.A tipologia das fontes de energia e as funções que descrevem as interações entre os elementos de um ecossistema. Para modelar e simular ecossistemas, de acordo com Odum, é necessário aplicar:

6 O modelo de um sistema permite ações de controle para melhorar seu desempenho, e atingir padrões de qualidade desejados. Para fazer a simulação de um sistema podem-se usar linguagens de programação, planilhas eletrônicas ou aplicativos específicos (MatLab/Simulink, Stella, VenSim, PowerSim, iThink, Simile, EmSim, Modelica).

7 Primeiramente devemos fazer a representação do ecossistema através do diagrama de fluxos de energia no qual se usam símbolos gráficos (ícones) e líneas de fluxo para mostrar os componentes e suas interações. “Ecosistemas y Políticas Públicas”: “Modelaje y simulación de Ecossistemas”:

8 8 A diagramação de sistemas com símbolos permite visualizar a organização, entender o sentido e o comportamento do fenômeno que se estuda. Os diagramas mostram as interações que se realizam entre as forças externas e os componentes internos para produzir recursos com novos potenciais e, ao mesmo tempo, degradar a energia potencial disponível.

9 Leis da Termodinâmica Primeira lei: “A energia total de um sistema é composta pela suma das energias existentes em um certo momento. A energia não se cria e no desaparece, apenas muda de forma (se transforma)" E = constante = soma de energias Segunda lei: “A energia potencial ao interatuar converte-se em energia de melhor qualidade (trabalho, W) e em energia degradada (Q)" E = W + Q

10 Princípios dos sistemas abertos (quarta e quinta leis da termodinâmica) : Os sistemas criam laços auto-catalíticos e se auto-organizam. Os sistemas abertos cambiam com o tempo y sua evolução depende da energia externa disponível, da organização interna e do aproveitamento dos resíduos do sistema. Os sistemas interatuam para criar redes para aproveitar as energias disponíveis. As redes permitem aumentar a circulação de materiais e a captura de energia potencial disponível em fontes externas.

11 Outros princípios dos sistemas abertos  Os sistemas se desenvolvem em ciclos que incluem três etapas: produção, consumo e reciclagem.  Os conceitos desenvolvidos pela Termodinâmica para a energia se aplicam também para a matéria: M total = constante = soma das massas. M útil = M transformada + M dispersada

12 Outros princípios dos sistemas abertos  Os sistemas aumentam a intensidade e duração de seus ciclos quando crescem (ampliam suas fronteiras para incorporar mais estoques de recursos).  Hoje vivemos um momento de intenso consumo de estoques e isso é visto como um processo contínuo, autônomo e infinito, sendo que é apenas parte de um ciclo. Depois do crescimento vai ocorrer a etapa do decrescimento.

13 Fluxo de energia Produtor Fonte externa (ilimitada) Estoque interno Transação preço Sumidouro de Energia Fonte externa não renovável (limitada) ConsumidorInteração Sistema ou subsistema Interruptor Símbolos e conexões Fonte externa renovável (limitada)

14 Índice dos capítulos (Portugues) Chapter Index (English) Modelagem e simulação de Sistemas para estudantes de Engenharia, Biologia e Ciências Sociais Howard T. Odum & Elisabeth C. Odum, Gainesville, Florida, EUA, 1994

15 Q Tanque Energia externa K*Q Energia dispersada J Q Dreno K*Q Energia dispersada DQ = J - K*Q*DT DQ = - K*Q*DT Mini-modelos

16 Q Estoque externo não renovável K2*Q K1*E Q K2*Q E X Energia externa Laço de retro-alimentação K1*J*Q Estoque interno DQ = K1*E – K2*Q DQ = K1*J*Q – K2*Q Fonte ilimitada Crescimento Exponencial (fenômeno temporário) Laço de reforço da entrada auto-catalítico

17 R Q K2*Q*Q X Energia externa Fonte ilimitada Laço de retro- alimentação X K1*J*Q Q Fonte limitada K2*Q X Energia externa Possui retroalimentação K1*R*Q J DQ = K1*R*Q – K2*Q DQ = K1*J*Q – K2*Q*Q Laço duplo de desgaste interno Fonte limitada Logístico Desgaste

18 Q Estoque usado rapidamente K2*Q X Fonte limitada E R Q Duas fontes K3*Q X Energia externa K1*R*Q J E X K1*E*Q K2*E*Q Fonte limitada Laço de retro- alimentação DQ = K1*E*Q – K2*Q DQ = K1*R*Q + K2*E*Q – K3*Q

19 Desenvolvimento a partir de duas fontes (uma renovável e outra não renovável)

20 Minerais Energia fóssil Monocultivos Extração predatória Duas visões em conflito Cultura humana ecológica Sistemas agro-químicos Biodiver- sidade Cultura humana industrial Sistemas agroecológicos Erosão, Resíduos Emissões Perdas sociais e biológicas Câmbio climático Reciclagem, manejo sustentável Impacto social, ambiental e climático Produtos químicos, maquinaria, diesel, subsídios Maior produção, menor preço, mais gente Catástrofes

21 Paradigmas em conflito Competição excludente

22 Cooperação

23 Balance de emergia do Brasil

24 Relação Centro-Periferia

25 A tarefa de pensar nosso planeta é a mais difícil, porém também é a mais necessária. Edgar Morin Capítulo: “ En el corazón de la crisis planetaria” Livro: “La violencia en el mundo” Editora Capital Intelectual, Buenos Aires, 2011


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