Símbolos usados nos Diagramas de Sistemas para Modelagem e Simulação. Enrique Ortega Laboratório...
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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 2006.
www.unicamp.br/fea/ortega
Faculdade de Engenharia de Alimentos
Fluxo de Energia
Produtor
Fonte de energia externa ilimitada
Estoque interno
Transação
preço
Sumidouro de EnergiaFonte de energia limitada
ConsumidorInteração
Sistema ou subsistema
Interruptor
Símbolos com conexões
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.
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.
Significado dos símbolos da Análise Emergética
Interação: processo de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia potencial.
Entradas deEnergia 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.
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
Estoquesexternos
Laço auto-catalítico que permite que os recursos produzidos (trabalho) ajudem na obtenção e transformação de energia.
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
Aproveitamento da energia disponível em uma área
Cadeia de vários estágios de consumidores
Energia dispersada
Fontes renováveis externas
Produtores
Resíduos
Reciclagem de nutrientes
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
1 000 J
1 000 000 Joules de energia solar (sej)
1 000 000 J100 J 10 J 1 J 0 J
1 000 sej/J
Energia disponível em cada etapa1 000 J
100 J 10 J 1 J
10 000 sej/J100 000 sej/J
1000 000 sej/J
999 000 J 900 J 90 J 9 J
1 sej/J
1 000 000 J
Maximizar a potência
Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de emergia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar.
Sol10 000 00010 000 000
J/tJ/t
EMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / TempoEMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / Tempo
10 00010 000 1 0001 000 100100 11
0.1 E40.1 E4 0.1 E30.1 E3 0.1 E20.1 E2 0. 1 E10. 1 E1
1010
Tr=1000Tr=1000 Tr=1 E4Tr=1 E4 Tr=1 E5Tr=1 E5 Tr=1 E6Tr=1 E6 Tr=1 E7Tr=1 E7
9 999 0009 999 000 9 0009 000 900900 9090 99
0.1 E00.1 E0
Princípio de maximização da potência Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo.
SolSol
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
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.
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.
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).
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
onoff
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 vegetalRecursos diversos
Energia dispersada
Estoquesexternos
Fluxos na biosfera
P
Q
Produtores
Energia externa
Organização
Biosfera
Consumi-dores
R
Q
Materiais
Biomassa vegetalRecursos diversos
Energia dispersada
Estoquesexternos
Entrada de materiais
Fluxos de energia renovável e não renovável na biosfera
Estoquesnão renováveis
Saída de materiais
O feedback se tornou de efeito negativo
Os sistemas precisam ser remodelados!
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.