Este documento describe los conceptos básicos de los sistemas y su dinámica. Define un sistema como un conjunto de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones. Explica los tres tipos de sistemas (abiertos, cerrados y aislados) y proporciona ejemplos de cada uno. También describe las propiedades emergentes que surgen de las interacciones dentro de un sistema.

1. LOS SISTEMAS Y SU DINÁMICA
Raquel Prieto

2. SISTEMA vs MODELO
SISTEMA
• Un sistema (del griego sistema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos
que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones.
• Se puede definir como una parte del Universo que puede aislarse del resto para
estudiarla.
• Al estudiarlo interesa considerar el comportamiento global ⇒ Se estudia con enfoque
holístico (sintético).
• Ejemplos: un ordenador, un automóvil, un ser vivo, etc.
MODELO
• Versión simplificada de la realidad. Se eliminan los detalles no relevantes. Por
ejemplo: un mapa de un territorio, una maqueta, etc.
Un mismo sistema se puede representar mediante gran variedad de modelos,
según el objetivo estudiado se elegirán diferentes variables.
VARIABLE: Aspecto de la realidad que podemos medir.

3. ¿QUÉ ES UN SISTEMA?
Sistema: parte del Universo que puede aislarse del resto para estudiarla.
Flujo de
entrada
Flujo de
salida
1. Límite del sistema (parte que estamos estudiando), pueden
ser reales (membrana celular) o ficticios (charca, encinar).
3. Cada elemento tiene una
función específica en el
sistema y se relaciona con
los demás elementos.
2. Están formados por elementos
4. Los elementos interaccionan para
desempeñar una o varias funciones, superiores
a la suma de las partes, que reciben el nombre
de propiedades emergentes. (Sinergia)
5. No están aislados: llegan
energía y materia necesarias
para su funcionamiento.
Además, reciben
información del exterior del
sistema que desencadena su
actividad.
6. Los sistemas
también
producen
materia y emiten
energía e
información,
como resultado
de la función que
desempeñan.

4. ¿QUÉ ES UN SISTEMA?
Un sistema es más que la suma de las partes, las interrelaciones entre estas
provocan la formación de propiedades emergentes, que no se aprecian en el
estudio de las partes por separado.

5. ¿QUÉ ES UN SISTEMA?
Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar fenómenos de distinta
complejidad desde el funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra.
Los sistemas más
complejos están
constituidos a su vez por
subsistemas, y estos, a
su vez, por componentes
más sencillos.

6. LA ENERGÍA DE LOS SISTEMAS
La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
• En cualquier sistema la energía que entra será igual a la energía almacenada más la
energía que sale.
Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la
termodinámica.
SISTEMA
E entrante E saliente
Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente
Energía
almacenada
La 1ª ley de la termodinámica o principio de la conservación de la energía:

7. LA ENERGÍA DE LOS SISTEMAS
La 2ª ley de la termodinámica:
Dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden.
• La entropía es una medida del desorden de un sistema.
• En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado ⇒
la entropía es baja y la energía está más concentrada.
• Por el contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la
entropía es elevada.
• Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo.
Se requiere trabajo para producir orden del
desorden ⇒ para ello se necesita energía
↓ Entropía ⇒ sistema ordenado.
↑Entropía ⇒ sistema desorganizado

8. LOS SISTEMAS SE REPRESENTAN CON MODELOS
DE CAJA NEGRA O DE CAJA BLANCA
MODELOS DE CAJA NEGRA
• Se representan como una caja en la que no miramos su interior.
• Sólo se estudian sus entradas y salidas de materia, energía e información (es decir, sus
intercambios con el entorno).
• Es muy importante marcar las fronteras (aunque sean ficticias):
Entradas de
materia,
energía e
información
Salidas de
materia,
energía e
información
SISTEMA

9. LOS SISTEMAS SE REPRESENTAN CON MODELOS
DE CAJA NEGRA O DE CAJA BLANCA
MODELOS DE CAJA BLANCA
• Se representan como una caja en la que miramos su interior.
• Se tienen en cuenta las entradas y salidas de materia, energía e información así como
las interacciones, las conexiones interiores y las relaciones entre los posibles
subsistemas.
SISTEMA
Entradas de
materia,
energía e
información
Salidas de
materia,
energía e
información
A
B
C
D
E
• Se hace un diagrama causal: marcamos las variables y las relacionamos con flechas
y un signo (+ o -) que indica el tipo de relación.
• Las relaciones causales son conexiones entre variables (por ej. causa-efecto).
Pueden ser simples o complejas.
+
- +
-
+ +
-

10. HAY 3 TIPOS DE SISTEMAS
ABIERTOS
• Entradas y salidas de materia y energía (ej. ciudad).
• Son adaptativos ⇒ se ajustan al M.A.
CERRADOS
• No hay intercambios de materia, pero sí de energía (ej.
ecosistema).
• Su entropía (en termodinámica es la medida del grado
de desorden) ↑ con cada proceso, puede entenderse
como la parte de energía que no produce trabajo.
AISLADOS
• No hay intercambios de materia ni de energía (ej.
sistema solar*).
• No existen los sistemas perfectamente aislados.

11. HAY 3 TIPOS DE SISTEMAS
SISTEMAS ABIERTOS
• Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para
mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del
exterior, también debe liberar materia y energía (calor) que se
genera en los procesos químicos como la respiración.
Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior.

12. HAY 3 TIPOS DE SISTEMAS
SISTEMAS ABIERTOS
 Otros ejemplos de sistemas abiertos son: un
bosque, una pecera, un río, una ciudad, etc. Así
en una ciudad entra energía y materia prima y, sale
energía en forma de calor y materiales en como
desechos y productos manufacturados.
 Una planta es un sistema abierto que toma materia por
medio de sus raíces y energía lumínica del Sol para hacer la
fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases
durante la respiración y la fotosíntesis y energía calorífica
durante la respiración.
 Una planta está constituida por células que pueden ser
consideradas como un sistema abierto, cuyas propiedades
emergentes consisten en cumplir las funciones vitales de
nutrición, relación y reproducción.

13. HAY 3 TIPOS DE SISTEMAS
SISTEMAS CERRADOS
Son los que sólo intercambian energía con el exterior, no intercambian
materia, sino que la reciclan.
 El Sistema Planeta Tierra es considerado como un
sistema que recibe continuamente energía procedente
del Sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite
al espacio energía en forma de calor (energía infrarroja),
pero apenas intercambia materia con el exterior, si
despreciamos la entrada de materiales procedentes de
los meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos
en cuenta esta masa (meteoritos, cometas, polvo
cósmico…) que nos llega del espacio será un sistema
ABIERTO).
 Es el caso de un ordenador que recibe energía
eléctrica y emite energía calorífica y lumínica,
pero la materia que lo compone es constante.

14. HAY 3 TIPOS DE SISTEMAS
SISTEMAS AISLADOS
Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su entorno.
En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto, son sistemas
teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian
sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el
Sistema Solar.

15. SISTEMAS COMPLEJOS
• Comportamiento impredecible ⇒ ocurren de forma simultánea diferentes fenómenos
sujetos a variaciones bruscas.
• Son muy sensibles a las condiciones iniciales ⇒ mínimas diferencias ⇒ resultados
↑distintos.
SISTEMAS ADAPTATIVOS
• Son un caso especial de sistemas complejos.
• Capaces de contrarrestar las perturbaciones externas y mantener su funcionamiento
estable dentro de unos márgenes estrechos.
• Son homeostáticos: pueden mantener constantes ciertos parámetros ⇒ para ello
realizan distintos tipos de trabajo de ahí el nombre de sistemas homeostáticos o
autorregulados.
Ejemplo: nuestra
termorregulación.

16. SISTEMA TIERRA
• Sistema complejo ⇒ subsistemas: geosfera, hidrosfera, biosfera, atmósfera y
magnetosfera.
• Podemos considerarlo como abierto teniendo en cuenta los pequeños aportes de
materia exterior (meteoritos, polvo cósmico y partículas solares) o cerrado.

17. RELACIÓN DEL SISTEMA TIERRA CON OTROS PRÓXIMOS
• Aporta Energía
• Lluvia de partículas.
• Aporta Materia: meteoritos, cometas, polvo cósmico
• Recibe ⇒ energía que emite la Tierra: radiación
térmica, ondas de radio y microondas procedentes
de los humanos.
• Influencia gravitatoria: mareas y ralentización del
movimiento terrestre.
Sistema Sol
Sistema Espacio
Sistema Luna

18. LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
• Son sistemas abiertos y complejos.
• ↓ Entropía ⇒ ↑ orden (sistemas organizados).
MATERIA ORGÁNICA
REDUCIDA
ENERGÍA
DE ALTA CALIDAD
ENERGÍA DEGRADADA
(Calor)
SISTEMA BIOLÓGICO
MATERIA ORGÁNICA
OXIDADA
(exceso de H2O, CO2,
materia no digerida)
Alimentos
ENTRADAS SALIDAS

19. LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
• ↑ INFORMACIÓN
CARACTERÍSTICAS
• Hereditaria ⇒ ADN
• Aprendida ⇒ en individuos con sistema
nervioso.
• Resultado de interacciones entre individuos
y poblaciones ⇒ nuevas propiedades.
• Complejidad directamente proporcional a la cantidad total de información
acumulada.
↑ COMPLEJO ↓ COMPLEJO
Mamífero Insecto
Colmena Abeja

20. LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Ecosistema:
sabana
Población de cebras
¿Qué es más complejo?...

21. LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
PROPIEDADES EMERGENTES
• Un sistema es más que la suma de las partes, las interrelaciones entre
estas provocan la formación de propiedades emergentes.
• No están presentes en los elementos que lo componen ni en las
interacciones simples ⇒ surgen del FUNCIONAMIENTO CONJUNTO.
Incremento de la complejidad
El sistema incorpora ↑ información ⇒ ↑ la
complejidad.
En los ecosistemas se llama sucesión ecológica.
Estabilidad, inercia u homeostasis
Es la capacidad de reacción del
ecosistema para contrarrestar las
influencias externas que tienden a
desestabilizarlo, así algunos
ecosistemas pueden convertirse en
reliquias.

22. LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Criticalidad
Capacidad de los sistemas de ↑complejidad para evolucionar a una situación inestable
que propicie una crisis ⇒ retroceso a una situación con ↓información. A partir de ese
punto el sistema tiende a revertir la situación. Causas:
• Acumulación de energía ⇒ el sistema puede liberar la energía acumulada de manera
brusca produciendo un evento catastrófico en el sistema.
• Dependencia de una situación óptima ⇒ si al sistema se aportan fuentes
aparentemente inagotables de recursos se vuelve muy complejo, si repentinamente
se reduce el aporte de recursos el sistema se vuelve insostenible y se desmorona.
Los árboles pueden necesitar hasta 4
años para recuperarse de una sequía.

23. IDEAS CLARAS