Evironmental Accounting
Emergy and Environmental Decision Making
Capítulo 02
Emergy and The Energy Hierarchy
Marcus Vinicius Salomon
EMERGIA E A HIERARQUIA DA
ENERGIA
Todo serviço realizado produz, utiliza e dispersa
energia, por menor que seja a utilização dessa
energia, ela deve ser levada em consideração na
obtenção de um produto, principalmente na
elaboração de uma análise EMERGÉTICA.
Neste capítulo a EMERGIA será trabalhada como
Redes de Sistemas de Energia usando as
transformidades para quantificar a hierarquia de
energia e mostrar que a contabilidade EMERGÉTICA
é baseada distribuição fundamental de energia.
Conceitos de Energia
 Energia:
definido como qualquer “coisa” que pode ser
convertido 100% em calor.
 Calor: movimento coletivo das moléculas, cuja intensidade
pode ser medida por um termômetro.
 Energia Disponível (exergia): energia potencial capaz de
realizar trabalho, que é degrada durante os processos (joules,
kilocalorias, etc).
Conceitos de Energia
 Trabalho: transformação de energia que resulta em uma
mudança na concentração ou na forma de energia.
 Poder: é o fluxo de energia por unidade de tempo.
 Entropia Molecular: medida da complexidade do estado
molecula devido a energia térmica. Começando em zero
graus Kelvin, a entropia molecular é a soma integrada do
calor acrescentado dividido pela temperatura Kelvin que é
adicionado (unidades kcal/graus).
Conceitos de Energia
 Primeira Lei: a energia não é criada nem destruída na
circulação e transformações de um sistema.
 Segunda Lei: As concentrações de energia disponível são
degradadas continuamente. A energia disponível é degradada
em todo o processo da transformação da energia.
 Terceira Lei: quando o conteúdo de calor aproxima-se de
zero, a temperatura na escala Kelvin aproxima-se do zero
absoluto (-273 °C), moléculas estão estado cristalino simples e
a entropia do estado é definida como zero.
Conceitos de Rede de Energia na
Contabilidade Emergética
 “Regulação da velocidade do tempo”: o poder na
transformação de energia depende da força de trabalho. O
máximo poder de saída ocorre com uma ótima eficiência
intermediária.
 Princípio do máximo empower (quarta lei ?): na competição
entre processos de auto-organização, os desenhos de redes que
maximizem o empower irão prevalecer.
 Hierarquia de transformação de energia (quinta lei ?): os
fluxos de transformação de energia são organizados em uma
hierarquia de transformações de energia. A posição na hierarquia
de energia e medida com as transformidades
Hierarquia da Transformação de
Energia
 Hierarquia: é a ordenação de elementos em ordem de
importância.
 Nas redes de transformação de energia existe uma hierarquia
de poder.
 Tranformidade é medida da hierarquia de energia e
aparentemente pode ser aplicada para todas as quantidades
de matéria, energia ou informação.
Hierarquia da Transformação
de Energia
Diminui energia e aumenta transformidade
Baixa
escala
Alta
escala
Energia
usada
Rede hierárquica de transformações de energia
processos que resultam da perda de energia
disponível a cada transformação devido a
segunda lei.
Armazenamento Autocatalítico e
Máxima Empower:
 Nos sistemas de rede de energia os processos
transformação
de
energia
tem
acoplado
junto
armazenamento de energia processos autocatalíticos.
de
ao
 Autocatalítico: Refere-se a equação diferencial, onde o
termo produção é o produto das entradas de origem e de
feedback do armazenamento.
 Empower: Energia útil disponível fornece condições para o
melhor desenvolvimento das circunvizinhanças (rede).
Desenhos auto-catalíticos
 Sistemas Auto-Organizantes dispersam a energia mais rápida,
maximizando a taxa da produção da entropia desenvolvendo
estruturas dissipativas autocataliticas. Maximizando a
dissipação, maximiza-se também as transformações úteis de
força.
 Sistemas Auto-Organizantes dispersam a energia mais rápida,
maximizando a taxa da produção da entropia desenvolvendo
estruturas
dissipativas
autocataliticas.
Maximizando
a
dissipação, maximiza-se também as transformações úteis de
força.
Transformidades
no Ecossistema de um Aquário
Aquário sistema fechado para
materiais, ele absorve energia
solar e permite seu uso, que
degrada calor.
Diagrama de um ecossistema de
um aquário com um fluxo de
energia solar diário. O ciclo e
reuso de materiais químicos são
mostrados
com
a
linha
pontilhada
acompanhando
o
fluxo de emergia.
Redes de Transformações
de Energia
O número de vias diminui no
fluxo de energia através de
sucessivas transformações
Fig. 2.5
Se os componentes das
transfomidades similares
são agrupados a teia
pode ser representada
por uma cadeia
Redes de Transformações
de Energia
Fig 2.5c
Se sucessivas transformidades são similares a energia
diminui com porcentagem constante em cada estágio
da cadeia.
Redes de Transformações
de Energia
Sucessivas diminuições
energia nos processos
transformação
de
de
Se a insolação solar for a
única fonte de energia
a
transformidade solar aumento
em porcentagem constante
da esquerda para a direita e a
EMERGIA solar é constante.
Redes de Transformações
de Energia
 Na cadeia de transformação a ENERGIA diminui através de
sucessivas transformações mas a EMERGIA é transmitida
e
a
TRANSFORMIDADE
aumenta.
Assim
a
TRANSFORMIDADE representa a posição do fluxo e o
armazenamento
na
HIERARQUIA
UNIVERSAL
DE
ENERGIA.
 As transformidade são acompanhadas de energia
dispersa, a qual mede o trabalho realizado na geração de
pequenos fluxos de alta transformidade energética.
Dimensão Regional da
hierarquia da Energia
Transformidade
 Os armazenamentos pequenos afetam áreas pequenas,
tempo rápido de reestruturação.
 Os armazenamentos maiores afetam áreas maiores,
tempo mais longo de reestruturação.
Máxima Empower
reforçando Feedback
 Prevalecem aqueles sistemas cuja desenho maximize
EMPOWER por reforçar a quantidade de recursos na
máxima eficiência.
 Esta declaração inclui a maximização de quantidade de
recursos e a operação na ótima eficiência para
maximizar o poder.
 Mais emergia dos produtos retornando ao sistema.
Combinando energia de acordo
com a transformidade
 Existem diferentes qualidades de energia, que podem ser
medidas pela TRASFORMIDADE.
 Os várias fluxos de energia em cada unidade da rede são
expressos em uma unidade comum a EMERGIA.
Rede de energia incluindo transformações
e feedbacks.
Gráfico de quantidade de energia
em função de transformidade solar
 Existem várias formas de gráficos que podem ser usados
para representar a relação entre energia x transformidade.
Fluxo de Energia, E6,
Joules/tempo
 Quando a transformidade é medida em
qualidade de
energia o gráfico recebe o nome de Diagrama de energia
quantidade-qualidade.
Energia
Joules/tempo
Transformidade
sej/j
Transformidade, E4, sej/j
Fig.2.7 a. Fluxo de energia disponível em quatro passos de
transformação na hierarquia de energia na fig 2.5 como função
de transformidade solar (escala numérica).
Gráfico de quantidade de energia
em função de transformidade solar
Fig. 2.7b Gráfico com escala logarítmica
Corrente de Transformação de
Energia de um Grande Rio
A energia disponível para elevar a
água no Rio Mississipi é dada como
função
do
aumento
da
transformidade rio abaixo.
Sucessivas conversões de
aumentam a transformidade.
Fig. 2.8 Fluxo de energia geotérmica
como função da transformidade solar em
correntes hierárquicas do rio Mississipi.
água
Fluxos de similar ou diferentes tipos
 As transformidades que podem ser encontradas em
fluxos de um mesmo tipo.
Ex: sucessivas conversões de água para um rio que
aumentam a transformidade
 Parte da utilidade do conceito de transformidade
pode ser útil para comparar posições de energia
hierárquicas de espécies completamente diferentes.
Ex: cadeia alimentar
Equações que Descrevem a Hierarquia
da Transformação da Energia
O uso de energia em cada passo da
cadeia é constante e a ordem da
magnitude é 10.
O desnível da equação do logaritmo
natural, k, é a eficiência da
transformação por etapa.
K é o desnível se o logaritmo de base
10 é usado.
Gráfico logarítmico do fluxo de energia em função das
etapas de transformação (E) com equações
derivadas;
e
escala
de
transformidades
equivalentes (R)
Equações que Descrevem a Hierarquia
da Transformação da Energia
dY = - kY
dE
Y = e-kE
Yo
Loge Y = - kE
Yo
2.3 Log10 Y = - kE
Yo
K = 2.3 K
Gráfico da fração do fluxo de energia inicial em função das
etapas de transformação.
Transformidade e “motor de calor”
Transformidade solar
Tr solar = (T) (25.000 sej/J)
(temp. quente) (0,7)
O gradiente de temperatura
(fração de Carnot) é plotada
em
função
da
transformidade
solar
do
combustível usado.
Figura 2.10 “Motor de calor” eficiência como
transformidade solar da fonte de calor. As eficiências
foram calculadas por observações sobre o gradiente
de temperaturas sustentáveis (T) pelo cálculo da
metade da taxa de Carnot (T)/(temperatura quente)
em graus Kelvin (0C + 273).