Modelos Dinámicos para el Análisis de la Sostenibilidad

Sostenibilidad y Eficiencia Energética

Gerardo Becerra, Ph.D.

2022

Tabla de Contenido

Presentación

• Sostenibilidad => Deseo de seres humanos para continuar viviendo en el planeta Tierra en el largo plazo.
• Producción y consumo acelerados => estado del sistema global ha puesto en riesgo la habitabilidad del planeta
• Análisis de Sostenibilidad:
  • Visión global: Interacción de diferentes sectores del sistema global.
  • Herramienta de análisis: Simulación de modelos de sistemas dinámicos.
  • Objetivo: Analizar comportamientos emergentes del sistema global y su relación con el concepto de sostenibilidad.

Propósito de Aprendizaje

• Conocer ideas introductorias => uso de modelos matemáticos para evaluar el comportamiento de sistemas dinámicos complejos.
• Analizar cuantitativamente la sostenibilidad => modelo matemático que representa la interacción de diferentes sectores a nivel mundial.
• Adquirir una mayor comprensión de los riesgos actuales para la sostenibilidad del planeta.
• Adquirir herramientas para formular soluciones a problemas locales de sostenibilidad.

Exploración de Saberes Previos

Sostenibilidad del Sistema Mundial

• Mundo => Sistema complejo - interacción de infinidad de factores (seres humanos, sistemas sociales, tecnología, medio ambiente, etc).
• Interacciones => cambios en el comportamiento dinámico del sistema mundial.
  • Incremento población => presión aumento industrialización, producción alimentos, ocupación territorios.
  • Incremento producción alimentos => promueven poblaciones más numerosas.
• Interacciones => lazos de retroalimentación: cada sector produce mejoras y se alimenta de otros sectores.
• Eventualmente con el crecimiento se alcanzan límites fijados por la naturaleza. La tierra y los recursos naturales se agotan y la capacidad de recuperación de la tierra se sobrecarga.

Dinámica del Sistema Mundial

• Conocimiento y suposiciones acerca de un sistema => métodos cuantitativos desarrollados recientemente.
• Análisis => organizando conceptos en la forma de un modelo.
• Modelo matemático => representación de un sistema que emplea relaciones matemáticas entre diferentes variables.
• World2 => Modelo matemático del sistema mundial desarrollado por (Forrester, J.W. 1971) en su libro World Dynamics.
• World3 => Extensión del modelo matemático del sistema mundial desarrollado por (Meadows, D.H., et al, 1972) en el libro The Limits to Growth.

The Limits to Growth

Modelo World2 - Simulación

• Se representa por un sistema de ecuaciones diferenciales de quinto orden.
• Muestra la interacción entre los siguientes sectores:
  • Población
  • Contaminación
  • Inversión de capital
  • Calidad de vida
  • Recursos naturales

• Resultados de simulación: Existen límites para el crecimiento exponencial.

• Exploración del modelo: herramienta útil para identificar escenarios en los cuales se pueda alcanzar un futuro sostenible.

Actividad Colaborativa

1. Para cada uno de los siguientes escenarios:

• Realice la simulación del sistema usando los parámetros especificados.
• Describa en sus propias palabras el comportamiento observado.
• Identifique cuál de los factores actúa como factor limitante que detiene el crecimiento exponencial.

2. Proponga un escenario donde se logren disminuir los efectos negativos del crecimiento exponencial.

Evaluación

Conclusiones

• Modelos matemáticos: útiles para tener un acercamiento inicial al análisis cuantitativo de sistemas dinámicos complejos.
• Sistema mundial: sistema complejo que puede aproximarse usando modelos matemáticos simples.
• Modelo World2: útil para analizar la sostenibilidad del sistema global y hacer predicciones a mediano y largo plazo en diferentes escenarios.

Referencias Bibliográficas