DS14_Aula_04_-_A_Engenharia_da_Sustentabilidade[2]

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Silvania Maria Netto 
DESENVOLVIMENTO 
e 
SUSTENTABILIDADE 
Aula 04 
 A engenharia da sustentabilidade 
 Definição de sistema 
 Diagramas de sistema e fluxo de energia 
 As fontes de energia controlam a forma de 
sistema 
 Recursos limitados e ilimitados 
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INTRODUÇÃO 
Para os engenheiros tudo está baseado em energia 
 Fonte e controle de todas as coisas, valores e ações dos seres 
humanos; 
 Energia abundante significa crescimento da economia, do 
conhecimento e das aspirações humanas; 
 Explorada em velocidade superior àquela que o planeta é capaz de se 
regenerar 
 Valores, projetos e aspirações humanos são desaceleradas ou adiadas. 
Os engenheiros, na busca da sustentabilidade devem 
 Utilizar técnicas para medir e avaliar os sistemas de fornecimento de 
energia considerando 
 Homem, natureza e economia 
 Não cometer os mesmos erros do passado 
 Utilização de petróleo em grande escala. 
Engenharia da sustentabilidade implica em 
 Entender como as leis da energia controlam os modelos humanos, a 
economia, os períodos de crescimento e de estabilidade. 
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INTRODUÇÃO 
 Os fluxos de energia que formam e mantém os Sistemas 
Humanos e Naturais 
 Modelo de Sustentabilidade Fraca 
 Enquanto havia energia em abundância para rápida expansão da 
produtividade e desenvolvimento da cultura humana (abastecimento de 
alimentos, tecnologia e conhecimento), o homem foi induzido a 
considerar a energia, economia e sociedade como bens garantidos à sua 
sobrevivência; 
 Ao se refletir sobre o futuro, se pensava em diminuir a desigualdade 
social e garantir o desenvolvimento econômico das sociedades; 
 O rápido crescimento que caracterizou o último século, aliado à 
percepção da capacidade de carga do planeta e à compreensão de que 
nossas fontes de energia são limitadas, nos leva a tentar compreender 
este complexo problema de acordo com o modelo de sustentabilidade 
forte. 
 Em engenharia é comum a utilização de sistemas e 
diagramas na realização de cálculos sobre fluxo e 
depósitos de recursos 
 Diagramas de energia permitem a visualizar a maneira na qual os 
recursos controlam os sistemas e, assim, prever o futuro. 
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 Sistema é um conjunto constituído de partes que interagem e 
proporcionam assim uma função ao conjunto. 
SISTEMA 
 Se denomina população a todos os indivíduos de uma mesma 
espécie de organismos. 
 A Terra é coberta de coisas vivas e não-vivas que interagem 
formando sistemas chamados ecossistemas (sistemas 
ecológicos). 
 Os ecossistemas contém coisas vivas, como árvores e animais, e 
coisas não-vivas como nutrientes e água. 
 Um ecossistema contém diversas populações, por exemplo, 
pode conter uma população de árvores, uma população de 
esquilos e uma população de gafanhotos. 
 A comunidade de um ecossistema é formada pelas populações 
de muitas espécies que interagem umas com as outras. 
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Diagrama de uma floresta. A figura ilustra um sistema florestal simplificado, 
onde as setas indicam o fluxo de energia, alimento e nutrientes. 
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 A floresta é um exemplo 
típico de um ecossistema. 
 
 As árvores e outras plantas 
produtoras utilizam a 
energia solar e os 
nutrientes químicos para 
elaborar matéria orgânica. 
 
 A biomassa é comida pelos 
consumidores que 
devolvem os nutrientes à 
raiz das plantas. 
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 Os símbolos são simples e estabelecem graficamente as relações 
dos sistemas. 
 
Diagrama do sistema florestal 
usando símbolos. 
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Sistema florestal 
 Os elementos do sistema e os caminhos da energia são os mesmos do 
desenho inicial mas as figuras foram substituídas por símbolos. 
 
 O sol é representado pelo símbolo de fonte de energia; as plantas são 
representadas pelo símbolo de produtores e os animais pelo símbolo dos 
consumidores; as flechas representam o fluxo de energia de uma parte a 
outra. 
 
 Muitos caminhos incluem tanto materiais quanto energia. Modelo é um 
diagrama que mostra relações de forma simples. 
SISTEMA 
 Um processo de interação, 
por exemplo, a interação de energia e materiais na 
fotossíntese, é representado nos diagramas de 
sistemas energéticos por um símbolo de interação. 
 
 Um estoque de energia, por exemplo, um depósito 
de nutrientes, é representado por um símbolo 
parecido com uma caixa de água. 
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 As partes e caminhos internos do 
produtor e do consumidor são 
mostrados na figura. 
 
 O processo de fotossíntese mostra que 
ocorre no interior da planta uma 
interação que combina nutrientes e 
energia. 
 
 A produção necessita de uma certa 
quantidade de estoques concentrados 
de biomassa da planta para efetuar o 
trabalho de fotossíntese. 
Sistema florestal 
SISTEMA 
 Um consumidor também tem um processo de interação e depósito. No 
exemplo do veado, o processo de interação é o de comer as plantas. 
 
 O depósito é a biomassa do tecido do veado. As partes e caminhos 
internos a um consumidor são similares aos de um produtor. 
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Energia disponível 
 
 A energia está disponível para 
realizar trabalho somente quando 
está relativamente concentrada. 
 
 Quando a energia realizar 
trabalho útil nos processos de 
interação ou de armazenamento 
parte da energia se degrada e 
dispersa. 
 
 A energia dispersada não pode 
ser usada novamente. 
 
 A dispersão de energia se mostra com 
o símbolo de sumidouro de calor. 
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Sistema florestal 
SISTEMA 
 A caixa desenhada ao redor dos símbolos marca os limites do sistema. 
 
 Somente os símbolos da fonte de energia e o sumidouro de calor são 
desenhados fora dos limites 
 A primeira é uma fonte externa ao sistema; 
 A energia dispersada está fora do sistema porque não pode ser reutilizada. 
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DIAGRAMAS de SISTEMA 
Símbolosutilizados na construção dos diagramas de sistema 
Sistema de produção: indica a ocorrência de processos e 
interações necessária à produção como, p.e., a produção de 
alimentos. 
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). 
Depósito de energia: Uma reserva energética dentro do 
sistema, como um depósito de petróleo, água subterrânea ou a 
estrutura de um edifício. 
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Símbolos utilizados na construção dos diagramas de sistema 
Interação: processo que combina diferentes tipos de 
fluxo de energia e de materiais. 
Consumidor: unidade que utiliza os produtos fabricados 
pelos produtores, como insetos, gado, microorganismos, 
seres humanos e cidades. 
Produtor: unidade que faz produtos a partir de energia e 
materiais primários, como árvores, colheitas ou fazendas. 
Sumidouro de energia: fluxo de saída de energia 
degradada (calor). 
Fluxo 
DIAGRAMAS de SISTEMA 
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Transação: intercâmbio comercial de dinheiro 
para energia, materiais ou serviços prestados. 
Interruptor: processo que inicia e termina, que 
não é constante, como um incêndio ou a 
polinização das flores 
Caixa: símbolo para definir os limites de um 
sistema ou de subsistema. 
Símbolos utilizados na construção dos diagramas de sistema 
DIAGRAMAS de SISTEMA 
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Significado dos símbolos da Análise Energética 
Interação: processo de transformação de energia 
potencial que exige a participação de varias formas de 
energia potencial. 
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 dissipada 
Energia potencial = Energia de maior qualidade + Energia dissipada 
Energia = Trabalho + Calor 
E = W + Q 
FLUXO de ENERGIA 
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Significado dos símbolos da Análise Energética 
Laço auto-catalítico que 
permite que os recursos 
produzidos (trabalho) 
ajudem na obtenção e 
transformação de energia. 
Produtor: Unidade auto-catalítica que coleta e transforma 
energia de baixa qualidade (intensidade) sob a ação de 
fluxo de energia de alta qualidade. 
Consumidor: Unidade auto-catalítica que aproveita a 
biomassa produzida em etapas anteriores da cadeia trófica 
e gera fluxos de energia de alta qualidade. 
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Exemplos de Fluxos Energéticos 
Relações dos indígenas primitivos e seu meio ambiente. 
Sistema de produção 
Fonte continua 
limitada 
Consumidor 
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Diagrama da relação entre cidades e áreas de suporte. 
Sistema de produção 
Fonte continua 
limitada 
Consumidor 
Depósito de energia 
Exemplos de Fluxos Energéticos 
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Exemplos de Fluxos Energéticos 
Diagrama de um ecossistema marinho mostrando fluxos de energia dentro e 
fora da água profunda. 
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Exemplos de Fluxos Energéticos 
Diagrama de produção fotossintética e do consumo orgânico numa floresta, 
mostrando fontes, fluxos de energia, sumidouro de calor, reciclagem e o 
balanço de entradas e saídas. 
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Exemplos de Fluxos Energéticos 
Depósitos e fluxos de água no ecossistema florestal da figura anterior. 
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Exemplos de Fluxos Energéticos 
Depósitos e fluxos de água no ecossistema florestal da figura anterior. 
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FONTES de ENERGIA 
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FONTES de ENERGIA 
 Um sistema está limitado pelas fontes de energia que chegam a 
ele. 
 A capacidade de 
sustentação de uma 
área, para certos 
organismos, depende 
de onde estão 
localizados na cadeia 
alimentar. 
 Geralmente, uma área 
pode suportar muitos 
produtores (no extremo 
esquerdo da cadeia 
alimentar) e poucos 
consumidores de alta 
qualidade (no extremo 
direito). 
 A figura ao lado mostra 
que, em (b) crescerá 
mais pasto que gado... 
Cadeia alimentar de um rancho de gado, suportando seres humanos: (a) com níveis de 
energia de transformação; (b) mostrando retroalimentação de serviços. 
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FONTES de ENERGIA 
 Renovável Não-renovável 
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FONTES de ENERGIA 
Ciclo da água 
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FONTES de ENERGIA 
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FONTES de ENERGIA 
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RECURSOS ENERGÉTICOS 
 O desenvolvimento de um sistema está limitado aos seus 
recursos energéticos. 
Fornecimento de energia ilimitado. Fornecimento de energia limitado.