05. MÁXIMA POTÊNCIA OBJETIVOS: 1. Explicar o processo de produção usando símbolos de energia; 2. Comparar produção bruta e líquida; 3. Identificar fatores limitantes externos e internos dentro de um sistema energético; 4. Explicar o princípio da máxima potência.

5.1 PRODUÇÃO. Produção é o processo pelo qual dois ou mais insumos são combinados para formar um novo produto. Por exemplo, na natureza, os nutrientes do solo, água, dióxido de carbono e luz solar são combinados para formar matéria orgânica durante a fotossíntese. Na economia humana, a produção nas fábricas integra energia, trabalho, capital e matérias primas para gerar produtos industrializados.

Observe na figura o símbolo de interação. 5.1 PRODUÇÃO Observe na figura o símbolo de interação. Sempre que o símbolo de interação é usado, significa que um processo de produção está ocorrendo. Os fluxos de entrada mostram ingredientes necessários que contem energia potencial.

Figura 5.1 - Processo de produção com dois insumos que interagem.

5.1 PRODUÇÃO. Cada insumo usado contribui com energia de tipo e qualidade diferente. Mediante o processo de interação (produção) essas energias são transformadas em um novo recurso para o sistema. Parte dessa energia potencial é degradada e perdida como calor. As transformações de energia que ocorrem nos processos produzem energia de maior qualidade denominada trabalho.

5.2 PRODUÇÃO BRUTA E LÍQUIDA. Onde há um processo de produção seguido de um processo de consumo - como na fotossíntese e respiração de plantas - devemos distinguir entre produção e produção menos respiração. Na Figura 5.2, produção bruta é a taxa real de produção de matéria orgânica. Produção bruta é o fluxo que sai do símbolo de interação (5 gramas por dia, neste caso).

Figura 5.2 - Produção bruta e líquida. P =produção; R=respiração.

5.2 PRODUÇÃO LÍQUIDA E BRUTA Em sistemas complexos, como na floresta, onde existem várias etapas de produção e consumo, há mais de um tipo de produção líquida. Temos que observar a dinâmica do comportamento dos estoques. Por exemplo: produção líquida de madeira, produção líquida de serrapilheira, etc.

5.2 PRODUÇÃO LÍQUIDA E BRUTA Devemos perceber que a produção líquida também depende do tempo em que é medida. Por exemplo, à noite muitas plantas consomem a maior parte daquilo que produziram durante o dia. Sua produção líquida durante o dia é grande, mas sua produção líquida, incluindo a respiração de noite, é muito pequena. A produção líquida de um sistema durante um ano inteiro pode ser pequena ou nula.

5.3 FATORES LIMITANTES. A maioria dos processos de produção ocorrem rapidamente quando os insumos estão disponíveis em grandes quantidades. Contudo, a velocidade de uma reação é determinada pelo reativo menos disponível. Este reativo é chamado fator limitante. Por exemplo, a luz é necessária para a fotossíntese, portanto este processo se torna mais lento e se detêm durante a noite. A luz do sol é o fator limitante que controla esse processo.

5.3 FATORES LIMITANTES Na Figura 5.3, pode ocorrer que ainda que se aumente o abastecimento de nutrientes, não aumente a produção. A energia solar seria um fator limitante externo, pois está fora do sistema.

Figura 5.3 O sol pode ser o fator limitante na fotossíntese.

5.3 FATORES LIMITANTES. Na Figura 5.2, em caso de aumentar a luz, os nutrientes poderiam se tornam limitantes porque eles ficam retidos na matéria formada e o sistema é fechado. Este é um exemplo de fator limitante interno; a reciclagem não é suficientemente rápida.

5.3 FATORES LIMITANTES. Na Figura 5.4, plota-se produção em função dos nutrientes. Conforme aumentam os nutrientes, a produção aumenta. Primeiro rapidamente depois lentamente, o incremento na produção cai pois a luz se torna o fator limitante. Este é um gráfico típico de fatores limitantes. Esta curva também ilustra a lei do retorno decrescente em economia.

Figura 5.4 Gráfico da taxa de produção (P) na fotossíntese, conforme os nutrientes aumentam e a luz se torna limitante.

5.4 O PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA. O Princípio da Máxima Potência explica porque certos modelos de organização de sistemas permitem a sua sobrevivência e outros não. A prova do tempo: o princípio mostra que os sistemas que sobrevivem possuem características de organização interna semelhantes e contribuem a redes maiores (sistemas externos) de forma parecida.

5.4 O PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA O princípio diz que: Sistemas que sobrevivem são aqueles organizados de tal modo, que trazem energia para si (e para o sistema em que atuam) da maneira mais rápida possível e utilizam essa energia para se retroalimentar e trazer mais energia (até atingir seu limite).

5.4 O PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Outro modo de expressar este princípio é: Os sistemas ao planejar seu desenvolvimento tem como critério a busca da sua sobrevivência. O sistema que se adapta ao meio e sobrevive é aquele que faz mudanças internas e externas para poder extrair para si (e para o sistema em que atua) o máximo de potência possível, usando essas energias para satisfazer as necessidades vitais dele e da sua comunidade.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Os sistemas que maximizam o poder de transformar energia em produtos de alta qualidade são aqueles que maximizam a retro-alimentação. Assim ganham mais energia e a podem usar da forma mais eficientemente possível sem que o processo reduza o ritmo de sua atividade. Os diagramas de ecossistemas mostram os laços de retro-alimentação que permitem aumentar o processo de produção.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Os sistemas que maximizam a potência também são sistemas que retro-alimentam ao sistema maior, do qual fazem parte. Por exemplo, as espécies em um ecossistema estão organizadas para ser parcialmente responsáveis pelo uso de todo o sistema de energia.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Em sistemas grandes, como a floresta, uma árvore usa energia solar para que suas folhas aumentem em tamanho e em número, e possam captar mais energia do sol. O processo da árvore auxilia o sistema da floresta, produzindo nutrientes, construindo um micro-clima estável, reciclando nutrientes e proporcionando comida aos animais. Assim, a árvore maximiza todos os processos em que participa: sua própria potência e a potência do sistema maior ao qual pertence.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Para maximizar a potência em uma atividade econômica, os recursos locais são modificados por recursos adicionais. Por exemplo, consideremos uma fazenda: As sementes são plantada na melhor época do ano, usam-se os melhores fertilizantes e quando a safra for colhida, as pessoas a comprarão. A fazenda produzirá retorno financeiro suficiente para que o fazendeiro viva bem, mantenha o solo e repita o processo ano a ano. Ele também poderá expandir seu sistema comprando fazendas menos eficientes.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA A fazenda que seja administrada com sucesso sobreviverá e será copiada por outros fazendeiros. Devido a que seu trabalho ajuda a incrementar o consumo da energia de toda a economia, este comportamento é sustentado pela economia e sobrevive.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Quando há abastecimento abundante de energia, maximizar o crescimento, maximiza a potência. Assim, nessa etapa as comunidades incrementam sua biomassa rapidamente. Ao se tornar limitantes os recursos energéticos consegue-se maximizar a potência útil e a eficiência através do aumento da diversidade. Assim, no caso de abastecimento de energia estável (limitado), máxima potência significa menos competição e aumentos na diversidade e a eficiência.

5.4 PRINCÍPIO DA MÁXIMA POTÊNCIA Em uma floresta madura, cada organismo tem seu nicho e há pouca competição. Os organismos tendem a cooperar entre si em lugar de competir. Em um sistema econômico maduro a cooperação também é mais comum que a competição. Ao se esgotar os combustíveis fósseis, é de se esperar que os países corram atrás de fontes alternativas de energia e a tendência de expansão, crescimento e competição diminua. As relações entre as nações poderão ser, então, mais pacíficas (?).

5.5 PERGUNTAS E ATIVIDADES . 1. Defina os seguintes termos: a. Trabalho b. Produção bruta c. Produção líquida d. Fatores limitantes e. Princípio da máxima potência f. Lei do retorno decrescente g. Competição h. Nicho i. Combustíveis fósseis j. Micro-clima

5.5 PERGUNTAS E ATIVIDADES 2. Discuta fatores limitantes externos e internos. Dê um exemplo de cada um. 3. Faça a distinção entre produção e trabalho. 4. Desenhe um gráfico mostrando a produção (fotossíntese) e a respiração como uma função do tempo em um período de um dia. 5. Explique o princípio da máxima potência. 6. Desenhe um sistema que maximiza a potência. Explique como seu sistema usa o princípio da máxima potência.