Nos Estados Unidos ao dimensionar um sistema de ventilação se assume que a superfície superior seja bem isolada, levando-se em consideração o nivel de isolamento utilizado para fazer os cálculos. As planilhas para dimensionar o sistema de ventilação determinam o fluxo de ar necessário para remover o calor gerado pelos frangos dentro do galpão, mas precisam considerar ainda o calor que penetra no galpão através das telhas e da lona.
Durante a AveSui 2013, discutimos que seria interessante calcular o fluxo de ar necessário para remover o calor de um galpão não isolado e compará-lo a um galpão isolado[1], mantendo a mesma elevação de temperatura do ar ao longo do galpão. A velocidade do ar tem que ser tal que força a convecção de calor do frango para o ar e a temperatura do ar não pode subir mais do que um certo valor (3°C) para evitar que os frangos próximos à exaustão de ar percebam um ar muito mais quente que os frangos próximos à entrada de ar. Chegou a hora de fazer este cálculo simples para avaliar de uma forma diferente o efeito da falta de isolamento de telhado em climas quentes.
A geração de calor dos frangos é relativamente complexa, aumentando com o crescimento do frango e variando ao longo do dia. Mas podemos estimar que a geração é de cerca de 4 W por kg de frango para facilitar a conta e para frangos com 2,5 kg, cada um gera cerca de 10 W. Consideremos um galpão de 150 m por 15 m, com uma altura de 2,5 m, alojando 30.000 frangos. Naturalmente o número de frangos depende da densidade, que neste caso estaria em torno de 13,3 aves por m2.
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É fundamental dizer que a vedação das paredes (ou cortinas) e da cobertura tem que ser muito boa. Num próximo artigo escreverei sobre isto, mas para não ficar criando muito suspense, basta dizer que o ar tem que passar pelo evaporador na entrada do galpão para que resfrie e para que a velocidade do ar dentro do galpão seja uniforme.
Isolamento Perfeito de Cobertura
Comecemos considerando o galpão com um isolamento perfeito. O que seria isto? Isolamento perfeito acontece quando nenhum calor atravessa a superfície isolada. Seria o caso de ter uma espessura infinita (ou muito grande[2]) de isolamento térmico. Neste caso, o papel da ventilação é de somente remover todo o calor gerado pelos frangos, 300.000 W (300 kW), a fim de manter o galpão a uma temperatura fixa. Para um ganho de temperatura de 3°C, podemos calcular as características do fluxo de ar necessário para remover o calor gerado pelos frangos. A vazão de ar teria que ser de cerca de 77,5 m3/s, com uma velocidade média do ar de cerca de 2,7 m/s. De uma forma alternativa, se considerarmos uma velocidade máxima de 3 m/s, o aumento de temperatura ao longo do galpão seria de apenas 2,7°C.
Telhado Não-Isolado
O outro extremo seria a ausência de isolamento térmico no telhado. O forro, como já discuti em outro artigo, reduz ligeiramente o ganho de calor que entra no galpão, agindo como uma barreira radiante não reflexiva. Jim Donald (Auburn University), em seu excelente artigo discutindo a necessidade do uso de isolamento em alojamento de aves em climas quentes[3] sugere um valor de até 110 W/m2 para telhados de metal galvanizado não isolado, mas faz a ressalva de que o valor deve ser maior para latitudes próximas ao Equador, como é o caso de grande parte do Brasil.
Embora eu considere o valor muito modesto, vamos assumir que o fluxo de calor para dentro do galpão seja de fato igual a 110 W/m2, uma vez que ele já bem serve para ilustrar o efeito da carga térmica do telhado na vazão de ar necessária. Ao se multiplicar este valor pela área do forro, obtemos então o fluxo de calor para dentro do galpão como sendo igual a 200.640 W.
Agora, a ventilação tem que remover o calor gerado pelas aves mais o calor que adentra o telhado, ou seja, 500.640 W. Neste caso, a vazão necessária para remover todo este calor do galpão precisa ser igual a 129 m3/s, com uma velocidade média do ar de 4,5 m/s. Por outro lado se limitarmos a velocidade máxima[4] do galpão a 3 m/s, o aumento de temperatura ao longo do galpão agora tem que ser de 4,5°C.
Um aumento de temperatura do ar maior do que 3°C é problemático porque os frangos a juzante, próximos aos exaustores, trocam calor com um ar mais quente. Eu sei que a diferença entre 3°C e 4,5°C parece pequena, mas é preciso notar que se o calor gerado pela ave fosse o mesmo, ela sofreria um estresse térmico, uma vez que a perda de calor por convecção não se alteraria de forma signficativa. Para tal, a temperatura interna da ave tem que subir para que a temperatura da superfície também suba de forma a manter a perda de calor igual ao calor gerado pela ave. Por um lado, é ótimo que isto não é de fato o que acontece para que a ave não venha a perecer. O que acontece é que a ave submetida a temperaturas mais altas reduz o calor gerado ao ingerir menos alimento e simultaneamente investindo energia no processo de respiração acelerada para perder calor mais rápido, agora por evaporação. Porém, a menor ingestão alimentar e o maior consumo de energia para perder calor afetam o ganho de peso da ave, deteriorando a produção.
Isolamento Adequado de Cobertura
Uma situação intermediária se obtem com a instalação de uma camada de isolamento sob as telhas, reduzindo a entrada de calor em 90%[5]. Neste caso, 11 W/m2 entram pelo telhado, causando uma entrada total por toda a área de 20.064 W que precisam ser removidos pela ventilação junto ao calor gerado pelos frangos. O total passa a ser de 320.064 W. Ao limitarmos o aumento de temperatura do ar a 3°C, a velocidade necessária é de 2,9 m/s.
Conclusões
A Tabela 1 mostra a comparação das velocidades calculadas para um aumento máximo de temperatura de 3°C em um galpão padrão.
Tabela 1 – Vazões e Velocidades Mínimas do Ar para Um Ganho de Temperatura de 3°C ao Longo do Galpão
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Telhado |
Vazão de Ar Necessária (m3/s) |
Velocidade de Ar Necessária (m/s) |
|
Perfeitamente isolado |
77,5 |
2,7 |
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Isolado adequadamente |
82,7 |
2,9 |
|
Não-isolado |
129 |
4,5 |
Os resultados mostram que um galpão isolado mantém o ganho de temperatura abaixo de 3°C com velocidades de ar inferiores a 3 m/s no final do lote. A falta de isolamento requeriria, se possível, a aplicação de uma velocidade de ar de 4,5 m/s. Uma vez que o projeto do exemplo é limitado a 3 m/s, ou a temperatura do ar vai aumentar mais (4,5°C) ao longo do galpão, o que acarretaria numa perda de produtividade, ou teríamos que diminuir o número de frangos que podem ser acomodados pelas condições térmicas do galpão.
O impacto talvez possa ser melhor visto ao calcularmos o número máximo de aves que podem ser alojadas no galpão mantendo uma velocidade máxima de 3 m/s e um aumento máximo de temperatura de 3°C. Os valores são mostrados na Tabela 2. Se comparado com o caso do galpão perfeitamente isolado, o galpão não-isolado somente alojaria 13.383 aves[6] na mesma condição de conforto térmico de projeto, o que corresponde a 40% da densidade. O galpão isolado adequadamente alojaria 31.441 aves, o que corresponderia a 94% da densidade máxima do galpão perfeitamente isolado.
Tabela 2 – Número Máximo de Aves de 2,5 kg no Galpão para Um Ganho Máximo de Temperatura de 3°C ao Longo do Galpão e Uma Velocidade Máxima de 3 m/s.
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Telhado |
Número Máximo de Aves |
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Perfeitamente isolado |
33.447 |
|
Isolado adequadamente |
31.441 |
|
Não-isolado |
13.383 |
[1] Há uma contribuição de calor através das paredes também e, por este motivo, há algum interesse em isolá-las. Porém a contribuição é via de regra menor e está sendo ignorada neste artigo.
[2] Estou certo que meu empregador ficaria muito satisfeito se o requerimento de isolamento térmico fosse bastante grande, mas a partir de uma dada espessura, os custos começam a não compensar. No caso do telhado de galpões de frango, estima-se que a resistência térmica ideal seria de R-10 (2 polegadas de XPS).
[3] Donald, J., “Need for Insulation in Warm-Climate Poultry Housing,” http://www.aces.edu/poultryventilation/documents/InsulationPVP.pdf
[4] Eu sei, alguém vai dizer que podemos operar e projetar o galpão para 3,5 m/s. O objetivo deste artigo é discutir o tema, não tanto ter números exatos que dependem de muitos outros fatores não considerados aqui.
[6] É claro que é possível colocar um número muito maior de aves no galpão, mas o conforto térmico seria comprometido e, consequentemente, a produtividade também.
