Apresentação do PowerPoint

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 2011. Primeira revisão: agosto de 2011
2011 - ?
O futuro pode
ser ecológico?
Que podemos fazer
para ajudar nessa
tarefa?
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.
Vou me referir aos
trabalhos de Howard T.
Odum (1924-2002)
professor de Ecologia de
Sistemas da Universidade
de Florida relativos ao
modelado e simulação de
ecossistemas naturais e
ecossistemas sob controle
das sociedades humanas.
Para modelar e simular ecossistemas, de
acordo com Odum, é necessário aplicar:
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.
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).
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”:
http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco
“Modelaje y simulación de Ecossistemas”:
http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco/ecosim
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.
8
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
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.
Outros princípios dos sistemas abertos
 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
 Os sistemas se desenvolvem em ciclos
que incluem três etapas: produção,
consumo e reciclagem.
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.
Fonte externa
(ilimitada)
Símbolos e conexões
Fluxo de energia
Fonte externa
renovável
Sumidouro de Energia
(limitada)
Fonte externa
não renovável
(limitada)
Sistema ou subsistema
Estoque
interno
Produtor
preço
Transação
Interruptor
Interação
Consumidor
Modelagem e simulação de Sistemas para
estudantes de Engenharia, Biologia e Ciências Sociais
Howard T. Odum & Elisabeth C. Odum,
Gainesville, Florida, EUA, 1994
http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/index.html
Índice dos capítulos (Portugues)
Chapter Index (English)
Mini-modelos
DQ = J - K*Q*DT
Q
Energia
externa
J
K*Q
Tanque
Energia dispersada
DQ = - K*Q*DT
Q
K*Q
Dreno
Energia dispersada
Estoque externo
não renovável
Q
E
Fonte
ilimitada
Estoque
interno
K2*Q
K1*E
DQ = K1*J*Q – K2*Q
K1*J*Q
Q
Energia
externa
DQ = K1*E – K2*Q
K2*Q
X
Laço de reforço da
entrada auto-catalítico
Laço de retro-alimentação
Crescimento
Exponencial
(fenômeno
temporário)
Fonte ilimitada
Laço de retro- K1*J*Q
alimentação
DQ = K1*J*Q – K2*Q*Q
K2*Q*Q
Laço duplo de
desgaste interno
Q
Energia
externa
X
X
Logístico
Desgaste
Fonte
limitada
K1*R*Q
Q
J
Energia
externa
K2*Q
X
R
Possui retroalimentação
DQ = K1*R*Q – K2*Q
Fonte limitada
DQ = K1*E*Q – K2*Q
K1*E*Q
Fonte limitada
Q
E
K2*Q
X
Estoque
usado
rapidamente
Laço de retroalimentação
Fonte limitada
DQ = K1*R*Q + K2*E*Q – K3*Q
K2*E*Q
E
X
Energia
externa
Q
J
R
Fonte limitada
X
K1*R*Q
K3*Q
Duas fontes
Desenvolvimento a partir de duas fontes
(uma renovável e outra não renovável)
http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/DuasFontes.html
Reciclagem, manejo sustentável
Duas visões
em conflito
Cultura
humana
ecológica
Biodiversidade
Sistemas
agroecológicos
Produtos químicos,
maquinaria,
diesel,
subsídios
Catástrofes
Extração
predatória
Monocultivos
Sistemas
agro-químicos
Minerais
Energia
fóssil
Cultura
humana
industrial
Maior produção, menor preço, mais gente
Impacto social, ambiental e climático
Câmbio
climático
Erosão, Resíduos
Emissões
Perdas sociais
e biológicas
Paradigmas
em conflito
Competição
excludente
Cooperação
Balance de emergia do Brasil
K4
F
fuels
XX
K5
Relação
Centro-Periferia
Sun
S
soils
wood
I
K7
K1
K6
Q
assets
K2
K3
X
K8
World
L3
Rain
J
W
water
L1
X
L2
U
assets
L
L5
L4
L6
State
D1 = K1*S*F*Q + K2*S*Q - K3*Q + K8*S
D2 = I - K5*S*F*Q - K6*S*Q - K7*S
D3 = - K4*S*F*Q
D4 = J - L1*W*U*Q - L3*W - L5*W
D5 = L2*U*Q*W + L4*W - L6*U - L*U
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