TA-530 Engenharia de Alimentos e Meio Ambiente. Método de Ensino à Distância


Introdução aos diagramas de fluxo de energia em ecossistemas,  conceitos básicos de eficiência sistêmica e fórmulas de cálculo energético que serão utilizadas no diagnóstico sócio-ambiental.

Na Figura 1 usa-se a linguagem simbólica dos fluxos de energia para representar um sistema que gera matérias-primas agrícolas e faz o beneficiamento industrial das mesmas para produção de alimentos preservados, incluindo a reciclagem de nutrientes e materiais industriais e o tratamento de efluentes.


Figura 1. Relações entre a agroindústria e seu ecossistema.

O pessoal que trabalha profissionalmente na produção de alimentos é responsável por todas as partes do sistema mostrado acima:
(a) o incremento do índice de sustentabilidade,
(b) a qualidade das matérias-primas,
(c) o processo de beneficiamento industrial,
(d) a reciclagem de materiais (agrícolas, industriais e após o consumo familiar),
(e) a co-geração de energia,
(f) o tratamento de efluentes.

Perceba que os fluxos da natureza, mostrados na margem esquerda do diagrama, estabelecem a maior ou menor renovabilidade do empreendimento. Esses fluxos dependem, em grande parte, da existência de biodiversidade local e não são remunerados monetariamente.
 

 Na economia convencional, o preço de um produto corresponde à somatória das despesas realizadas com insumos, mão-de-obra e alguns serviços mais a margem de lucro desejada. Em certa forma e nem sempre com justiça, o preço econômico representa o trabalho humano agregado.

Porém o preço econômico não considera:
- a contribuição da natureza na produção do produto e dos insumos;
- a contribuição da natureza na absorção do impacto ambiental na produção dos insumos;
- os custos do tratamento médico (doenças provocadas pelo uso de substâncias tóxicas);
- os custos de tratamento de resíduos sólidos e efluentes líquidos e gasosos,
- as despesas da exclusão social (demanda de serviços e geração de trabalho urbano)

 A metodologia emergética (Odum, 1996) se propõe medir todas as contribuições (moeda, massa, energia, informação) em termos equivalentes (emergia solar), para tal faz uso da Teoria de Sistemas, da Termodinâmica, da Biologia e de novos princípios do funcionamento de sistemas abertos que estão sendo propostos por diversos pesquisadores, entre eles o da hierarquia universal de energia e o da auto-organização e da maximização do fluxo de energia disponível no sistema.
 

Os fluxos de energia, insumos materiais e serviços podem estar expressos em diversas unidades, por exemplo:
  J / ano
  Kg / ano
  $ / ano

Para converter esses fluxos diferentes para o mesmo tipo de energia a metodologia de análise ecossistêmica e energética usa a  Transformidade, um fator de conversão de energia que nos diz quanta energia de um tipo é necessária para produzir uma unidade de outro tipo de energia. Os ecossistemas devem ser analisados energeticamente para calcular a eficiência na obtenção de seus produtos. Como os valores de eficiência ecossistêmica são muito pequenos prefere-se usar seus valores inversos: as transformidades. Existe uma rede mundial de pesquisadores que calculam as transformidades dos recursos produzidos nos ecossistemas, sejam estes naturais ou antrópicos. Os resultados deles são apresentados em livros e  tabelas na Internet.
 

 Eficiência ecossistêmica =  produto / despesas 

 Eficiência ecossistêmica = energia produzida /energia incorporada 
 


 Tr = Transformidade = energia incorporada / energia produzida

Emergia é um sinônimo de energia incorporada. Em inglês: emergy de "embodied energy".
 

Conceito básico: Emergia é "toda a energia necessária para obter um produto". 

Um termo mais geral para designar o produto de um ecossistema seria recurso gerado

O recurso gerado pode ser expresso em termos da energia (J) ou da massa produzida (kg) e, como é um fluxo, costuma ser referido  a uma área de produção (ha) e a um certo tempo de produção (ano).  Por exemplo: 2000 kg de milho/ha/ano.

Para produzir qualquer coisa é necessário usar insumos. Estas contribuições podem ser fornecidas pela natureza ou pelas atividades  econômicas. A contabilidade dos insumos apresenta  um problema: os fluxos estão em unidades diferentes! 

A solução é converter os insumos para um mesmo tipo de energia. Se conseguirmos fazer isso poderemos somar os fluxos e obter o valor da energia necessária para a produção do recurso. Para expressar as energias dos insumos em termos de uma mesma energia a metodologia emergética usa como unidade de referencia a energia solar (Joules).

Observação: Nos anos 60 e 70 houve muita pesquisa no campo de análise energética dos sistemas produtivos devido a crise do petróleo. Na época usava-se como energia de referência a energia necessária para produzir o recurso em termos de barris de petróleo.  Por exemplo: para produzir 1000 kg de fertilizante nitrogenado eram necessários 500 barris de petróleo.
 


 

Exemplo de cálculo da emergia de um produto:

Para calcular a energia agregada na produção de um lápis devemos considerar a madeira, a tinta, o grafite, a mão de obra e os serviços necessários.  Os fluxos desses materiais estão expressos em diversas unidades, possivelmente em: kg de madeira/lápis, kg de tinta/lápis, J de grafite/lápis, J de trabalho/lápis, $ de serviços/lápis. 

Para fazer a conversão para os fluxos equivalentes expressos em Joules de energia solar devemos usar os fatores de conversão obtidos por outros pesquisadores. As transformidades solares expressam  essas relações em termos de Joules equivalentes de energia solar (sej) por unidade de recurso (J, kg, $). Temos que conseguir as transformidades da madeira, da tinta, do grafite, do trabalho humano, e dos serviços em termos de sej/J,sej/kg, sej/$.  Feitas as conversões podem se  somar esses fluxos pois  estão expressos nas mesmas unidades. 

Assim se obtém o valor da energia necessária para produzir o lápis, ou, de acordo com a metodologia empregada, a "emergia" do lápis, usando Joules de energia solar equivalentes como unidade (sej/lápis). 

Observação: Além da soma total podemos obter algumas somas parciais, pois é importante agregar energia por tipo de insumo. Por exemplo: fazer as somas dos renováveis e dos não renováveis para depois compará-los e achar a sustentabilidade ecológica do empreendimento.
 

Se toda a energia incorporada no processo produtivo for calculada em termos de energia solar equivalente podemos dizer que calculamos a emergia solar do produto pois a energia agregada está expressa em termos de seu equivalente em Joules de energia solar (sej)

Assim surgem as diversas formas de expressar a Transformidade:
 

Tr em termos de energia Emergia solar /Energia  sej/J
Tr por unidade de massa Emergia solar /Massa sej/kg
Tr por unidade monetária  Emergia solar/dólar sej/$

Agora é possível multiplicar os fluxos das diversas fontes de energias usadas no processo produtivo pelo fator inverso de eficiência ecossistêmica para converter todos os fluxos em fluxos de emergia
 

  J/ano   x  sej/J
sej/ano
  Kg/ano x  sej/kg
sej/ano
  $/ano   x  sej/$
sej/ano

Este procedimento torna possível agrupar termos e fazer somatórias e divisões pois os fluxos estão expressos nas mesmas unidades.


Figura 2 Diagrama da agroindústria em forma resumida.

As letras no diagrama representam os seguintes fluxos:
 

 

 
  R  =  Recursos Renováveis da natureza
  N  =  Recursos Não Renováveis da natureza
I = R + N = contribuição total da natureza
 
  M =  Materiais vindos das atividades humanas
  S  =  Serviços da economia
   F = M + S = contribuição das atividades econômicas
 
   Y = I + F = Emergia total incorporada pelo sistema 
 

Apresentamos a seguir as fórmulas de alguns quocientes interessantes.

Índices emergéticos:

 Sobre a Sustentabilidade do empreendimento:
 % de Renovabilidade = (Emergias renováveis/ Emergia total) x 100 
 %R = (R/Y) x 100

 Medida da emergia líquida obtida da natureza pelo investimento realizado:
 Razão de emergia líquida = Emergia total/ Emergia investida 
 EYR = Y/F = (F+ I) / F = 1.0 + (I/F)

 Quanto investimento econômico é necessário para realizar a produção:
 Razão de investimento = Emergia investida/ Emergia capturada da natureza 
 EIR =  F/I

 Se ha beneficio, ou não, no intercâmbio de emergia com o mercado:
 Razão de intercâmbio = Emergia do produto/ Emergia do dinheiro.
 EER =  Y / [(kg/ha.ano).($/kg).(sej/$)]

 Taxa de acumulação interna = Mudança do estoque de Emergia  / Estoque de Emergia  inicial
 ESC =  (Qf -  Qi) / Qi

 Para avaliar a qualidade de vida no sistema:
Emergia / Pessoa
Emergia / Área
Pessoas / Área 

E, finalmente, os Índices Sócio-econômicos:
% de Rentabilidade = 100 x (Vendas Custos) / Custos
Investimento / Emprego
Emprego / Área 



Prof. E. Ortega.
LEIA/DEA/FEA/Unicamp (15/04/2002)
http://www.unicamp.br/fea/ortega/plan-disc/TA530-1a.htm