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AVALIAÇÃO E PREDIÇÃO DO AMBIENTE
TÉRMICO EM MODELOS REDUZIDOS DE
GALPÕES AVÍCOLAS EQUIPADOS COM
TELHADOS NATURAL E
ARTIFICIALMENTE VENTILADOS
PEDRO ANTONIO DOS SANTOS
2004
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PEDRO ANTONIO DOS SANTOS
AVALIAÇÃO E PREDIÇÃO DO AMBIENTE TÉRMICO EM
MODELOS REDUZIDOS DE GALPÕES AVÍCOLAS EQUIPADOS
COM TELHADOS NATURAL E ARTIFICIALMENTE
VENTILADOS
Dissertação apresentada à Universidade Federal de
Lavras como parte das exigências do Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, área de
concentração Construções Rurais e Ambiência, para a
obtenção do título de "Mestre".
Orientador
Prof. Dr. Tadayuki Yanagi Junior
LAVRAS
MINAS GERAIS - BRASIL
2004
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Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da
Biblioteca Central da UFLA
Santos, Pedro Antonio
Avaliação e predição do ambiente térmico em modelos reduzidos de
galpões avícolas equipados com telhados natural e artificialmente
ventilados / Pedro Antonio Santos. -- Lavras : UFLA, 2004.
65 p. : il.
Orientador: Tadayuki Yanagi Junior.
Dissertação (Mestrado) – UFLA.
Bibliografia.
1. Avicultura. 2. Ambiente térmico. 3. Galpão avícola. 4. Telhado. 5.
Ventilação natural. 6. Ventilação artificial. 7. Simulação. I. Universidade Federal
de Lavras. II. Título.
CDD-636.50831
PEDRO ANTONIO DOS SANTOS
AVALIAÇÃO E PREDIÇÃO DO AMBIENTE TÉRMICO EM
MODELOS REDUZIDOS DE GALPÕES AVICOLAS EQUIPADOS COM
TELHADOS NATURAL E ARTIFICIALMENTE VENTILADOS
Dissertação apresentada à Universidade Federal de
Lavras como parte das exigências do Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, área de
concentração Construções Rurais e Ambiência, para a
obtenção do título de "Mestre".
APROVADA em 26 de Abril de 2004
Prof. Dr. Vitor Hugo Teixeira UFLA
Prof. Dr. Sebastião Pereira Lopes UFLA
Prof. Dr. Francisco Carlos Gomes UFLA
Prof. Dr. Tadayuki Yanagi Junior
UFLA
(Orientador)
LAVRAS
MINAS GERAIS - BRASIL
À minha esposa, Caetana Natália e
minhas filhas,
Naianne e Larissa,
por suportarem o grande tempo de ausência,
OFEREÇO.
Aos meus pais, Antonio e Antonia (in memoriam);
Aos amigos(as) que souberam compartilhar este trabalho,
DEDICO.
AGRADECIMENTOS
A Deus.
À Universidade Federal de Lavras e ao Departamento de Engenharia Agrícola, pela
oportunidade de realização do curso.
À Universidade Federal de Roraima pela minha liberação para aperfeiçoamento.
Ao prof. Tadayuki Yanagi Junior, pela orientação segura, disponibilidade, paciência,
incentivo e amizade demonstrados durante o curso e na realização deste trabalho.
Aos membros da banca examinadora, professores Vitor Hugo Teixeira, Sebastião Pereira
Lopes e Francisco Carlos Gomes pelas sugestões apresentadas.
Aos professores da área de concentração construções rurais e ambiência, em especial aos
professores Tadayuki Yanagi Junior, Vítor Hugo Teixeira, Francisco Carlos Gomes,
Sebastião Pereira Lopes e Paulo César Hardoim, sempre prestativos.
Ao prof. Mozart Martins Ferreira, Prefeito do Campus da UFLA, pelos auxílios prestados na
confecção dos modelos reduzidos de galpões avícolas.
Ao prof. Manoel Alves de Faria, Chefe do DEG/UFLA, pela liberação de recursos na compra
de alguns materiais de construção.
Ao professor Jacinto de Assunção Carvalho, Coordenador do Programa de Pós-Graduação
em Eng. Agrícola, em agilizar a documentação necessária à habilitação do curso.
Aos professores Antônio Augusto Aguilar Dantas, Jacinto de Assunção Carvalho, Nilson
Salvador e Pedro Castro Neto, pelo empréstimo de equipamentos para medição, facilitando, a
coleta dos dados.
Ao meu cunhado, Vitório Lauro D’Amico, por ter doado as telhas de alumínio.
Aos colegas do curso de Engenharia Agrícola, em especial aos da área de concentração de
construções rurais e ambiência, pela amizade permanente.
Aos funcionários do Departamento de Engenharia Agrícola, pelos auxílios prestados.
Àqueles que não foram citados, mas nem por isso esquecidos, pois o trabalho em muito
dependeu deles, o meu MUITO OBRIGADO.
SUMÁRIO
RESUMO...............................................................................................................i
ABSTRACT..........................................................................................................ii
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................1
2 REFERENCIAL TEÓRICO ..............................................................................4
2.1 Temperatura do ar ...........................................................................................4
2.2 Temperatura do globo negro ...........................................................................5
2.3 Umidade relativa.............................................................................................5
2.4 Velocidade do ar .............................................................................................6
2.5 Índices térmicos do ambiente..........................................................................7
2.6 Sombreamento e radiação .............................................................................10
2.7 Efeitos do ambiente sobre o conforto térmico animal...................................10
2.8 Recursos para redução do fluxo de calor sobre a cobertura..........................12
2.8.1 Materiais isolantes e reflexivos..................................................................12
2.8.2 Forro...........................................................................................................13
2.8.3 Pintura........................................................................................................13
2.8.4 Telhados ventilados....................................................................................14
2.9 Teoria da similitude.......................................................................................15
2.10 Modelos reduzidos ......................................................................................16
2.11 Efetividade ..................................................................................................16
2.12 Modelagem matemática ..............................................................................17
2.13 Predição do ITGU em galpões avícolas por meio de modelo matemático..18
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................26
3.1 Construção dos modelos em escala reduzida ................................................26
3.2 Instrumentação e medições no interior dos modelos em escala reduzida .....29
3.2.1 Temperaturas de bulbo seco, bulbo úmido e globo negro.........................30
3.2.2 Velocidade do ar ........................................................................................32
3.3 Variáveis climáticas do ambiente externo.....................................................33
3.4 Cálculo dos índices térmicos ambientais ......................................................34
3.5 Cálculo da efetividade...................................................................................34
3.6 Delineamento experimental...........................................................................34
3.7 Validação do modelo computacional............................................................35
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .....................................................................37
4.1 Índices térmicos ambientais ..........................................................................37
4.1.1 Índice de temperatura de globo negro e umidade (ITGU) .........................38
4.1.2 Carga térmica de radiação (CTR)...............................................................44
4.2 Efetividade ...................................................................................................48
4.3 Teste do modelo computacional....................................................................50
5 CONCLUSÕES................................................................................................55
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................56
7 ANEXOS .........................................................................................................63
i
RESUMO
SANTOS, Pedro Antonio dos.
Avaliação e predição do ambiente térmico em
modelos reduzidos de galpões avícolas equipados com telhados natural e
artificialmente ventilados.
2004. 66 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Agrícola na área de Construções Rurais e Ambiência)
∗
- Universidade Federal
de Lavras, Lavras.
O ambiente térmico no interior de modelos construídos em escala
reduzida (1:10) foi avaliado por meio do índice de temperatura do globo negro e
umidade (ITGU), carga térmica de radiação (CTR) e efetividade (E). O ambiente
térmico no interior de quatro modelos físicos com telhados construídos com
telhas cerâmicas e equipados com ventilação natural ou forçada foram
comparados a dois modelos físicos construídos com telhas de cerâmica e
alumínio, respectivamente, sem lanternim. Ademais, valores de ITGU e CTR
simulados por meio de um modelo matemático foram comparados aos valores
medidos para verificar a possibilidade de uso deste modelo matemático para
projetar novos experimentos usando modelos físicos construídos em escala
reduzida.
∗
Comitê Orientador: Prof. Dr. Tadayuki Yanagi Junior - UFLA (Orientador),
Prof. Dr. Vitor Hugo Teixeira – UFLA.
ABSTRACT
SANTOS, Pedro Antonio dos.
Evaluation and prediction of the thermal
environment in scaled poultry buildings equipped with natural and
artificially ventilated roofs.
2004. 66 p. Dissertation (Master in Agricultural
Engineering in the Structures and Environment)
∗
- Universidade Federal de
Lavras, Lavras.
Thermal environment inside of physical models of poultry houses built
in reduced scale (1:10) were evaluated through the black-globe humidity index
(BGHI), thermal heat load (THL) and effectiveness (
ε
). Thermal environment
inside of four different physical models with roof built with ceramic tiles and
equipped with natural or forced roof ventilation were compared to two physical
models built with ceramic and aluminum tiles, respectively, and without ridge
vent. Indeed, values of BGHI and THL simulated by a mathematical model were
compared to measured values to verify the possible use of this mathematical
model in order to design new experiments using physical models built in
reduced scale.
∗
Guidance Commite: Prof. Dr. Tadayuki Yanagi Junior - UFLA (Adviser), Prof.
Dr. Vitor Hugo Teixeira - UFLA.
1 INTRODUÇÃO
A avicultura brasileira é uma das principais atividades agropecuárias do
país e ocupa lugar de destaque no mercado mundial. Essa exploração tem
passado por uma verdadeira evolução tecnológica nos últimos anos,
principalmente no que se refere às instalações avícolas, que tem possibilitado
aumentos crescentes de produção. Em razão disso, as exportações têm
aumentado e a oferta de carne para o mercado interno tem contribuído para
diminuir os preços de venda ao consumidor.
Do ponto de vista do agronegócio, a avicultura tem sido um dos
componentes principais, pois no suporte à produção, tem-se vinculado a setores
da produção de grãos, da indústria de fertilizantes, defensivos, máquinas e
equipamentos agrícolas, agentes financeiros, pesquisa agropecuária e
transportes. Acrescenta-se também que, na fase de distribuição e processamento
da produção avícola, outros setores são mobilizados, como o armazenamento e o
comércio em geral, desde o atacado até o varejo.
No entanto, para manter esta inter-relação, o setor avícola tem buscado
sistemas produtivos que possibilitem às aves expressar todo o potencial genético
com baixo custo operacional, energético e de mão-de-obra; com máximo de
produtividade. Para isso, têm sido construídos galpões cada vez mais
automatizados e principalmente, que atendam ao conforto térmico das aves. Até
recentemente, pouca atenção tinha sido dada às fases de planejamento e
concepção arquitetônica das instalações avícolas, que objetivam compatibilizar
projeto e materiais utilizados na melhoria das condições de conforto térmico no
interior dos galpões.
Segundo Tinôco (2001), um ambiente é considerado confortável quando
não ocorre nenhum desperdício de energia, seja para compensar o frio, ou para
acionar seu sistema de dissipação do excesso de calor do ambiente. Desta forma,
2
a ave está em condições de conforto e, conseqüentemente, de produtividade
máxima.
Aves com alto valor genético para produção e reprodução não têm
desenvolvido esse potencial, em razão das altas temperaturas e umidades do ar
nas regiões de clima tropical e subtropical. Para obter melhores índices de
conforto térmico nessas regiões, artifícios importantes foram criados, dentre eles
a ventilação natural ou artificial.
Os fatores térmicos são constituídos basicamente pela temperatura do ar,
umidade relativa, velocidade do ar e radiação solar. Para controlar esses fatores,
utilizam-se os mais simples artifícios, como a orientação do abrigo, uso de
cortinas e lanternim, até os meios mais sofisticados como os ventiladores e
painéis porosos para resfriamento evaporativo.
São denominados de modificações primárias os artifícios que buscam
controlar os fatores ambientais naturais no sentido de proporcionar melhor
conforto térmico aos animais. Essas modificações são de simples execução e
permitem proteger o animal durante períodos extremos de frio ou de calor,
ajudando-o a manter aproximadamente constante sua temperatura corporal.
Como exemplos dessas modificações podem ser citados o sombreamento, os
quebra-ventos e a ventilação natural.
Esgotadas as possibilidades de aproveitamento das modificações
primárias, as secundárias devem ser acionadas no manejo do ambiente interno
dos galpões. Geralmente envolvendo custos mais altos, devido o alto grau de
sofisticação, essas modificações compreendem processos artificiais de
ventilação, aquecimento e refrigeração.
Dentre os componentes de um galpão avícola, o telhado é o que mais
contribui para o aumento da carga térmica de radiação (CTR) no interior da
instalação. No entanto, galpões equipados com ventilação forçada, muitas vezes,
necessitam das modificações primárias para reduzir a CTR no interior do galpão
3
em condições de altas temperaturas, auxiliando assim, na redução do consumo
de energia e podendo até evitar a morte das aves em condições de falta de
energia elétrica.
Com base no exposto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar o efeito
do uso de telhados natural e artificialmente ventilados no ambiente térmico do
interior de modelos construídos em escala reduzida de galpões avícolas durante
o período de verão.
4
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Temperatura do ar
As características térmicas de uma região são avaliadas em grande parte
pela temperatura ambiente, a qual varia com a altitude local, proximidade do
mar e com o paisagismo, além da movimentação de massas de ar que fazem com
que haja oscilação, possibilitando, com isso, o conhecimento de índices
indicativos que irão caracterizar as regiões. Dessa forma, a temperatura de bulbo
seco do ar (tbs) é um dos principais parâmetros que caracterizam termicamente
uma região, destacando-se pela facilidade de medição.
O conhecimento das temperaturas médias, máximas e mínimas de
determinada região é de extrema importância para que se possa conceber uma
determinada instalação, escolher os materiais construtivos mais adequados,
definir o tipo de ventilação a ser adotada, bem como verificar a necessidade de
se usar algum sistema de resfriamento evaporativo.
Para que as aves se mantenham em condições de conforto térmico, a tbs
deve estar em torno de 35ºC na primeira semana de vida da ave, 32ºC na
segunda, 29ºC na terceira, 26ºC na quarta e 23ºC na quinta (Milligan & Winn,
1964; Curtis, 1983).
Confirmando a influência da temperatura na produção animal, Teixeira
(1983) cita algumas experiências que comprovam as relações vitais das aves
sobre tbs, como por exemplo, que frangos criados nas últimas cinco semanas de
idade, em temperaturas acima de 26,7ºC, durante pelo menos doze horas por
dia, tiveram menor ganho de peso quando comparados aos criados em
temperaturas mais amenas.
5
2.2 Temperatura do globo negro
Nos trabalhos de pesquisa se tem usado o termômetro de globo negro
para avaliar a temperatura do globo negro (tgn) que constitui forma prática e
eficiente de isolar a temperatura radiante média de outros fatores do ambiente
térmico. A avaliação completa do conforto animal depende, em grande parte, da
quantificação desse fator (Bond & Kelly, 1955; Moraes, 1999; Jentzsch, 2002).
O termômetro de globo negro padrão consiste de uma esfera oca de
cobre, com diâmetro 15 cm e espessura 0,5 mm, pintada externamente na cor
preto fosco. A temperatura em seu interior pode ser medida por termômetro de
mercúrio ou sensor tipo termopar acoplado à termômetro digital.
Desde o início de sua utilização até o presente, o termômetro de globo
negro tem sofrido variações no que diz respeito ao tamanho e material de
confecção, em virtude, principalmente, do preço do globo de cobre utilizado no
instrumento padrão e de estudos conduzidos em modelos em escala reduzida
(Souza et al., 2002).
A tgn representa os efeitos combinados da energia radiante, tbs e
velocidade do ar (v), elementos climáticos importantes que causam desconforto
ao animal (Bond & Kelly, 1955).
2.3 Umidade relativa
O ar atmosférico sempre contém quantidade de vapor de água, variando
com a temperatura, região, estações do ano, vegetação e águas dos rios, oceanos
e mares. A umidade é então definida como o vapor d’água contido no ar sob
forma de gotículas invisíveis, comportando-se como um gás. E quando essa
umidade é elevada no interior dos aviários a níveis superiores aos admissíveis,
verifica-se a ocorrência de problemas de ordem sanitária e deterioração dos
materiais de construção no curto prazo.
6
O principal mecanismo de dissipação de calor pelas aves, em ambientes
sujeitos a altas temperaturas, é através da evaporação por via respiratória. Essas
aves terão maiores dificuldades de perder calor pela respiração caso esse
ambiente esteja com alta percentagem de umidade relativa (UR), o que constitui
fator negativo ao aumento de produtividade (Baião, 1995).
Segundo Hicks (1973), a UR do ar, para aves em geral, deve estar entre
35% e 75%.
Relacionando esses fatos aos aspectos da engenharia de construção,
observa-se que isso influi na melhor escolha do local para as futuras instalações
avícolas.
2.4 Velocidade do ar
O conhecimento da velocidade do ar (v) e sua direção são fatores
importantes para o planejamento das construções destinadas a criações de
pequenos, médios e grandes animais. Além disso, conhecendo as características
climáticas da região onde se localiza a exploração, as necessidades ambientais
de diferentes espécies, o tipo de manejo e as características da construção, pode-
se ter idéia da localização e das dimensões das aberturas que atendam às
necessidades de ventilação.
Schimid (1998) argumenta que, no interior do aviário, torna-se
necessário que haja uma ventilação adequada a fim de eliminar os excessos de
umidade e outros gases como NH
3
,
CO
2
e H
2
S, o que possibilita a renovação do
ar e evita as doenças pulmonares, o que é tão comum em ambientes com ar
impuros.
Quando a ventilação natural for insuficiente, a utilização da ventilação
artificial torna-se importante para garantir níveis adequados de qualidade do ar.
Segundo Llobet & Gondolbeu (1980), Vaquero (1981) e Curtis (1983), a
velocidade ideal para movimentação do ar próximo às aves adultas é de
7
aproximadamente 0,2 m.s
-1
no inverno e 0,5 m.s
-1
no verão. Esse limite pode ser
menor para as aves mais jovens.
2.5 Índices térmicos do ambiente
O conhecimento das variáveis climáticas é primordial para a avaliação e
controle do ambiente ao redor dos animais. A tbs, provavelmente, é o fator
bioclimático de maior relevância no estudo do ambiente físico do animal.
Entretanto, apenas a tbs não é suficiente para avaliar as condições ambientais;
outras variáveis são também importantes, tais como a UR, v e a energia radiante
(Rivero, 1986; Perdormo, 1988).
Vários índices de conforto térmico foram propostos com o objetivo de
avaliar as condições ambientais para produção animal. Thom (1959),
desenvolveu o índice de temperatura e umidade (ITU), englobando os efeitos das
temperaturas de bulbo seco e úmido, conforme mostrado a seguir:
ITU = 0,72 (t
bs
+ t
bu
) + 40,6 ( 1)
em que:
t
bs
= temperatura de bulbo seco (
°
C),
t
bu
= temperatura de bulbo úmido (
°
C).
Apesar do ITU ainda ser muito utilizado, principalmente nos países de
clima temperado onde as instalações zootécnicas possuem bom isolamento
térmico, tem-se buscado incorporar a velocidade do ar no ITU. Tao & Xin
(2003) desenvolveram o índice de temperatura, umidade e velocidade do ar
(ITUV) para frangos de corte sujeitos a condições agudas de desconforto
térmico por calor, equação 2.
(
)
-0,058
bu
bs
v
t
15
,
0
t
0,85
ITUV
⋅
⋅
+
⋅
=
(2)
8
em que:
v = velocidade do ar (m.s
-1
).
Outros índices incorporando tbs, UR e v têm sido desenvolvidos. A
equação 3 mostra o índice ambiental de produtividade para frangos de corte
(IAPfc) desenvolvido por Medeiros (2001) e a equação 4, mostra o índice de
desconforto térmico para galinhas poedeiras desenvolvido por Yanagi Junior
(2001a).
UR.v
.
05952
,
0
tbs.v
.
300928
,
0
tbs.UR
.
0128968
,
0
v
.
66329
,
0
UR
.
00121828
,
0
tbs
.
0549243
,
0
v
.
70922
,
9
UR
.
368331
,
0
tbs
.
31072
,
2
6026
,
45
2
2
2
−
−
+
+
+
+
+
−
−
=
IAPFc
(3)
em que:
UR = umidade relativa do ar, %.
n
n
IDT
)
v
.
DVP
).(
44
,
0
.(
92
,
0
)
t
).(
64
,
1
.(
62
,
18
)
42
,
1
.(
17
,
15
ar
bs
±
−
±
+
±
−
=
(4)
sendo,
max
bs
bs
)
t
(
t
)
t
(
bs
n
=
,
C
0
max
bs
41
)
t
(
=
;
max
ar
AR
ar
)
v
.
DVP
(
v
.
DVP
)
v
.
DVP
(
=
,
1
max
ar
.
.
.
.
8
,
5
)
v
.
DVP
(
−
=
m
a
kP
DVP = déficit de vapor de pressão do ar, kPa;
(
±
1,42), (
±
1,64), (
±
0,44) = desvios padrões.
Segundo Buffington et al. (1981), o índice mais adequado para predizer
as condições de conforto térmico, em regiões tropicais, é o índice de temperatura
9
do globo negro e umidade (ITGU), equação 5, em razão de incorporar a t
bs
, a
UR, a V e a radiação, em um único valor.
ITGU = 0,72 (t
gn
+ t
bu
) + 40,6 (5)
Outro parâmetro importante para a avaliação da condição ambiental é a
carga térmica de radiação (CTR), que segundo Esmay (1974) pode ser
determinada pela seguinte equação:
CTR =
σ
(Tm)
4
(6)
sendo
σ
= constante de Stefan-Boltzmann (5,67 x 10
-8
W.m
-2
.K
-4
);
CTR = carga térmica radiante (W.m
-2
)
Tm = temperatura média radiante, calculada pela equação
(
)
1/4
4
gn
bs
gn
m
100
T
T
T
v
2.51
100
T
+
−
⋅
⋅
⋅
=
(7)
10
2.6 Sombreamento e radiação
O sombreamento natural ou artificial tem por objetivo propiciar
melhores condições de conforto térmico para os animais em climas quentes,
principalmente no verão. Quando os animais estão expostos ao ar livre, a
radiação solar é a principal responsável pelo acréscimo do calor corporal. No
período do dia, o calor que o animal absorve, provem da radiação solar, direta ou
indiretamente, tornando-se um dos principais agentes causadores de estresse aos
animais. Projetar estruturas de sombreamento é um dos mecanismos para
atenuar esses efeitos (Baêta &Souza, 1997).
Bond et al. (1961) verificaram que o sombreamento pode reduzir a CTR
incidente sobre o animal. Essa redução depende do desempenho do material de
cobertura utilizado para promover o sombreamento.
O sombreamento ideal é aquele produzido por árvores, embora seus
valores comparativos sejam de difícil mensuração (Kelly et al., 1954).
Para Santos et al. (1993); Turco et al. (1994); Abreu et al. (1995) e Baeta
& Souza (1997), nas condições brasileiras, o sombreamento por meio de
coberturas reduz entre 20% a 40% da carga térmica de radiação no interior de
instalações para animais. Em seus estudos, Bond et al. (1961) mediram a
radiação térmica recebida de várias partes da instalação, que envolviam um
animal à sombra, e concluíram que 28% da CTR provinha do céu, 21% do
material de cobertura, 18% da área não-sombreada e 33% da área sombreada.
Conclui-se, portanto, que a quantidade de CTR devido ao material de cobertura
e sua sombra detém mais de 50% da radiação térmica total.
2.7 Efeitos do ambiente sobre o conforto térmico animal
Os limites de temperatura da zona de termoneutralidade (ZT) para
frangos de corte adultos variam de 15
°
C a 25
°
C (Milligan & Winn, 1964; Reece
et al., 1986; Curtis, 1983; Esmay & Dixon, 1986 e Timmons & Gates, 1988),
11
podendo variar em função da sua constituição genética, idade, sexo, tamanho
corporal, peso, dieta e exposição prévia ao calor (aclimatação).
Sainsbury (1971), Yousef (1985) e Medeiros (2001), estudando a
influência do ambiente térmico no desempenho produtivo de frangos de corte
com idade variando de 22 a 42 dias, verificaram que, de forma geral, a faixa de
temperatura, a umidade relativa e a velocidade do ar que resultam em maior
desempenho animal ocorrem entre 21 e 27
°
C, 50 e 70% e 0,5 e 1,5 m.s
-1
,
respectivamente. O desvio do ambiente térmico em relação à ZT resulta em
decréscimo produtivo das aves e em casos extremos, podem levá-las à morte.
Estudos desenvolvido por Macari & Furlan (1999) verificaram a redução
do consumo de ração e o aumento das exigências energéticas de frangos de corte
quando submetidos a altas temperaturas. Acima de 30
°
C observou-se
decréscimo no desempenho produtivo das aves.
Outros estudos mostram as relações entre o empenamento e a
temperatura ambiente, tal como a redução significativa do empenamento de
frangos de corte mantidos em altas temperaturas (Cooper & Wasburn, 1998).
Cahaner et al. (1993), citados por Macari & Furlan (1999), verificaram que
frangos com gene Na, de pescoço pelado e menor intensidade de empenamento,
apresentam melhor desempenho quando expostos à altas temperaturas do
ambiente.
Além da tbs, a UR e a v exercem um papel importante nas trocas de
calor entre o animal e o ambiente. O principal mecanismo de dissipação de calor
pelas aves, em temperaturas elevadas, é a evaporação de água decorrente do
processo respiratório, fazendo com que haja redução do déficit de vapor de
pressão do ar (DVP
ar
) e, conseqüentemente, diminuição da capacidade de
evaporação da umidade proveniente da respiração. Dessa forma, a alta umidade
relativa do ar pode ser considerada como um fator prejudicial à produtividade
avícola (Baião, 1995).
12
A ventilação deve atender ás exigências higiênicas (durante o inverno) e
térmicas (durante o verão). Schmid (1998) verificou que a necessidade de ar de
frangos de corte varia de 6,8 l·ave
-1
·min
-1
, para temperatura do ar de 4,4
°
C e
idade das aves de 1 semana, a 144,4 l·ave
-1
·min
-1
, para temperatura do ar de
43,3
°
C e idade das aves de 7 semanas. Vários estudos têm mostrado o efeito
benéfico da velocidade do ar como meio de alívio de desconforto térmico de
aves (Medeiros, 2001; Yanagi Junior et al., 2001b, c; Yanagi Junior, 2002).
2.8 Recursos para redução do fluxo de calor sobre a cobertura
Reduzir a carga térmica sobre as coberturas significa também diminuir os
efeitos prejudiciais desta sobre os animais. Segundo Costa (1982), isso pode ser feito
com a utilização de materiais que apresentem alto poder reflexivo, grande inércia
térmica, bom isolamento e, adequando a isso, outros artifícios de construção que possam
contribuir para o melhor conforto térmico dos animais.
2.8.1 Materiais isolantes e reflexivos
Entende-se por materiais isolantes aqueles que possuem alto grau de
resistência ao fluxo de calor e são utilizados normalmente com esse objetivo. A
radiação solar pode ser diminuída com o uso de isolantes sobre ou sob as telhas
como o poliuretano, eucatex, lã de vidro ou similares e ainda, com a colocação
de forro abaixo da cobertura (Moraes, 1999).
Os efeitos não desejáveis da radiação solar podem ser traduzidos na
temperatura da cobertura, uma vez que, dependendo da sua natureza, ocorrem
diferenças na absorção, transmissão e reflexão da energia solar. Assim, um bom
material de cobertura apresenta temperaturas superficiais amenas, devendo ter
alta refletividade solar conjugada à alta emissividade térmica na parte superior
da superfície e baixa absortividade conjugada à baixa emissividade térmica na
parte inferior (Baeta & Souza, 1997).
13
2.8.2 Forro
De acordo com Costa (1982) o forro, por ser uma barreira a mais além
do telhado, tem atuação importante na redução do fluxo de calor para o ambiente
interno, permitindo a formação de uma camada de ar móvel junto à cobertura.
Esta redução é de 62 % ao se passar de um abrigo sem forro para um abrigo com
forro simples de duratex de 6 mm não ventilado e de 90 % no caso de forro com
ventilação. O uso de lanternins, quando bem dimensionados, tem contribuído
para melhor ventilação no interior da instalação.
Tem-se utilizado muito pouco o forro em instalações avícolas, em
decorrência de aumento dos custos da exploração. Existem também
preocupações em relação à desinfecção, devido aos materiais normalmente
utilizados serem higroscópicos e também por facilitarem o abrigo de insetos e
estarem sujeitos a incêndios.
Campos (1986) conduziu um trabalho durante o verão, na Universidade
Federal de Viçosa, em quatro galpões para frangos de corte, com idênticas
características de construção e orientação, com diferenças apenas nos matérias
para cobertura (telhas cerâmicas, tipo francesa e telhas de cimento amianto com
e sem forro). Este autor concluiu que o uso de forro contribui significativamente
para a melhoria do conforto térmico, avaliado pelo ITGU e CTR, e que os
melhores resultados obtidos no interior do galpão foram com telha de barro com
forro e os piores no galpão com telhas de amianto sem forro.
2.8.3 Pintura
Segundo Kelly & Bond (1958), as cores mais favoráveis às coberturas
destinadas às instalações zootécnicas, no sentido de propiciar melhor conforto
térmico, são a cor branca na superfície superior do material e a escura na
superfície inferior. Esses autores explicam os resultados obtidos tendo como
base o fato de que a superfície branca possui alta refletividade e,
conseqüentemente, baixa transmissidade para o interior da construção. Enquanto
14
que a cor escura, por apresentar maior emissividade e absortividade, tem a
vantagem de possuir baixa refletividade. Desse modo, a CTR incidente sobre as
aves torna-se menor, pois quanto maior a radiação proveniente do solo aquecido
e sombreado, maior a importância da pintura negra.
Para Tinôco (2001), as pinturas reflexivas podem ser eficientes para dar
melhor conforto térmico no verão. Elas consistem em reduzir a temperatura das
telhas de aço galvanizadas e as temperaturas do ático. No entanto, essas pinturas
elevam os custos de produção e a efetividade diminui rapidamente com o tempo,
sendo benéficas em estruturas mal ventiladas e, para as bem ventiladas, elas não
oferecem grandes benefícios.
2.8.4 Telhados ventilados
Em regiões caracterizadas por altas temperaturas em determinadas
épocas do ano, o problema principal é reduzir os efeitos do estresse provocados
pelas altas temperaturas. Vários pesquisadores têm confirmado que em
ambientes para animais onde as temperaturas têm ultrapassado os limites de
conforto térmico, a produção animal tem reduzido significativamente (Macari &
Furlan, 1999; Curtis, 1983; Esmay & Dixon, 1986).
Segundo Zappavigna & Liberati (1997), possíveis estratégias para
melhorar o ambiente térmico das construções zootécnicas consistem na
dispersão de calor e na minimização da absorção de energia solar durante o dia.
Diante desse aspecto, um dos fatores que se tem pensado em estudar é a
ventilação junto às coberturas, internamente às instalações. O que se tem
observado é que reduzindo-se os limites críticos de temperatura é possível se
obter aumentos significativos na produção, especialmente se isso ocorre em um
período longo de tempo, como acontece em muitas regiões de clima quente.
Ainda de acordo com esses autores, telhados com interfaces ventiladas podem
diminuir as temperaturas máximas no interior das instalações zootécnicas, por
meio da dispersão do calor. Essa solução pode ser efetiva quando adaptada em
15
ambientes com pouca ventilação por animal, fechados e com alta densidade
animal.
Alguns parâmetros, como as espessuras das interfaces, a declividade, e a
orientação do telhado, especialmente em único-lance, ajustados com a direção
dominante do vento, tendem ao aproveitamento mais racional do próprio vento.
2.9 Teoria da similitude
A teoria da similitude tem por objetivo estabelecer relações que
permitem previsões reais, feitas de observações em modelos reduzidos.
De acordo com Murphy (1950), existem quatro tipos de modelos: os
verdadeiros, que são aqueles em que todas as características importantes são
reproduzidas em escala e atendem a todos os critérios de projeto e condições de
operação; os adequados, são os modelos que permitem uma predição aprimorada
de uma característica, porém não permitem, necessariamente, predição acurada
de outras características; os modelos distorcidos são reproduções dos modelos
reais com utilização de duas ou mais escalas em suas dimensões e, finalmente,
os modelos dissimilares, em que o original e o modelo apresentam qualidades
físicas básicas distintas, não existindo semelhança entre o modelo reduzido e o
real, apenas analogia.
Segundo Jentzsch (2002), o modelo e o original são semelhantes quando
todas as grandezas correspondentes apresentarem relação constante entre si, isto
é, quando existirem constantes de similitude para elas. Estas constantes podem
ser definidas para todas as grandezas básicas de um sistema de medidas, como,
por exemplo, comprimento, massa, tempo e temperatura. Do resultado dessas
constantes de similitude pode-se obter uma grande variedade de outras
grandezas físicas, a exemplo dos números de Reynolds, Grashof e Mach.
Ainda, de acordo com Jentzsch (2002), na prática trabalha-se geralmente
com similitude parcial, uma vez que, por razões técnicas, muitas vezes não é
16
possível a reprodução exata de todos os detalhes geométricos e físicos,
principalmente quando se utilizam modelos com escalas muito pequenas.
2.10 Modelos reduzidos
O uso de modelos em escala reduzida baseia-se na teoria da similitude,
permitindo estabelecer relações entre observações feitas em modelos construídos
em escala reduzida e o objeto real que este modelo representa. O emprego destes
modelos permite que certos experimentos possam ser viabilizados
economicamente e garantem mais controle das variáveis ambientais. Esta técnica
tem sido empregada por vários autores, como Murphy (1950), Pattie & Milne
(1966), Neubauer (1972), Timmons & Baughman (1981), Dantas (1995),
Moraes et al. (2001a, b) e Jentzsch (2002).
Hahn et al. (1961), estudando modelos construídos em diversas escalas
de redução e comparando com galpão em escala natural (tamanho real),
afirmaram que os resultados de CTR obtidos nos modelos em escala reduzida
são próximos dos obtidos nos galpões reais, desde que as temperaturas de globo
negro sejam obtidas por termômetros de globo negro construídos na mesma
escala do modelo. Segundo Jentzsch (2002), o ITGU pode ser predito em
instalações agrícolas a partir de modelos físicos construídos em escala reduzida
de até 12 vezes.
2.11 Efetividade
Diversos autores têm usado o conceito de efetividade para ranquear
diversos materiais de cobertura em relação à CTR ou ITGU (equações 8 e 9,
respectivamente) utilizando modelos reduzidos das instalações zootécnicas
(Kelly & Bond, 1958; o Moraes, 1999; Tinôco, 2001).
17
(
)
(
)
(
)
(
)
mínio
telhadealu
aosol
da
telhatesta
aosol
CTR
CTR
CTR
CTR
−
−
=
ε
(8)
(
)
(
)
(
)
(
)
mínio
telhadealu
aosol
da
telhatesta
aosol
ITGU
ITGU
ITGU
ITGU
−
−
=
ε
(9)
Kelly & Bond (1958) estudaram a efetividade de diversos materiais de
cobertura verificando que os materiais mais efetivos foram o sapé (
ε
=1,203), o
alumínio com a superfície superior pintada de branco e a superfície inferior
pintada de preto (
ε
=1,103), o alumínio com a superfície inferior pintada de preto
(
ε
=1,090) e a telha de aço galvanizado com a superfície superior pintada de
branco e a inferior pintada de preto (
ε
=1,066).
Moraes (1999), determinando a efetividade de diversos materiais de
coberturas e suas associações, verificou que os materiais mais efetivos foram o
telhado de barro com aspersão (
ε
=1,17), telhado de cimento-amianto com
aspersão (
ε
=1,13), telhado de alumínio com aspersão (
ε
=1,10), telhado de
cimento-amianto com forro (
ε
=1,08) e telhado de barro com lâmina reflexiva
(
ε
=1,08). O material tomado como referência foi o telhado de alumínio
testemunha.
2.12 Modelagem matemática
A modelagem matemática é uma ferramenta de grande importância para
avaliação e desenvolvimento tecnológico na área de engenharia. O uso de
modelos computacionais permite reduzir o tempo e os custos de
desenvolvimento de novos projetos. Diversos modelos têm sido propostos para
solucionar problemas de campo e para facilitar o entendimento de diversos
processos físicos. Como exemplos de modelos desenvolvidos na área de
18
ambiência animal, alguns são citados: modelos para predizer transferência de
calor entre o animal e o ambiente que o circula (Bouchillon et al., 1970; Wathen
et al., 1971; Mitchell, 1976; Mahoney & King, 1977; Mcartur, 1991;
Gebremedhin & Wu, 2000); modelos para transferência de calor e/ou massa em
instalações agrícolas (Medeiros, 1997; Yanagi Junior et al., 2000; Yanagi Junior
et al., 2001d) e modelos para otimizar alguns sistemas de resfriamento
evaporativo (Gates et al., 1991; Gates et al., 1992; Singletary et al., 1996;
Simmons & Lott, 1996).
2.13 Predição do ITGU em galpões avícolas por meio de modelo matemático
O ITGU é baseado na combinação dos efeitos combinados da tbs, UR,
energia radiante e v. Tinôco (1988) verificou que ITGUs maiores que 75 podem
causar estresse por calor em frangos de corte. Conforme a equação 5, o ITGU
pode ser calculado pela equação proposta por Buffington et al. (1981).
A temperatura de globo negro pode ser determinada por meio da
temperatura média radiante (T
m
), obtida por meio do balanço de calor na
superfície do globo, onde o calor ganho ou perdido por radiação no globo deve
ser igual ao calor ganho ou perdido por convecção. Portanto, a Tm pode ser
calculada de acordo com a equação 7, proposta por Esmay (1969).
A Tm do ambiente pode ainda ser definida como função da equação de
Stefan-Boltzmann que, após se fazer o rearranjo, pode ser expressa como:
4
1
CTR
T
m
=
σ
(10)
Segundo Kelly et al. (1954), a CTR expressa a radiação incidente no
globo negro a partir de diferentes porções da vizinhança (superfície inferior do
telhado, céu frio, horizonte, piso sombreado e não sombreado). Isso depende dos
19
materiais usados e da geometria da construção, sendo calculado pela
seguinte equação:
∑
=
⋅
⋅
=
n
1
i
4
i
F
T
CTR
i
σ
(11)
sendo,
T
i
= temperatura de cada seção da vizinhança do globo (K);
F
i
= fator forma de cada seção da vizinhança do globo (adimensional)
n = número de seções da vizinhança do globo.
Em torno do globo negro, cinco regiões bem definidas estão presentes e
são mostradas na Figura 1: cobertura, horizontal, céu frio, piso sombreado e piso
não sombreado. A temperatura em cada região, descrita acima, pode ser
estimada de acordo com diferentes modelos.
FIGURA 1 Regiões definidas ao redor do globo negro
Oliveira (1980) sugeriu que as temperaturas de piso sombreado (T
ps
, K),
piso não sombreado (T
pns
, K) e horizonte (T
hor
, K) podem ser estimadas por:
bs
ps
TT
=
(12)
20
6
T
T
bs
pns
+
=
(13)
5
T
T
bs
hor
+
=
(14)
Para a temperatura de céu frio (T
céu
, K), Duffie & Beckman (1974),
recomendaram as seguintes equações propostas por Swinbank:
6
T
T
bs
céu
−
=
(15)
1.5
bs
céu
T
0,0552
T
⋅
=
(16)
Mackey & Wright (1944) apresentaram uma equação para determinar a
temperatura absoluta na superfície interna do telhado (T
si
):
K
L
0,856
h
I
b
0,606
T
T
c
g
bs
si
+
⋅
⋅
+
=
(17)
Sendo
b = absortividade da superfície da cobertura para a radiação solar,
I
g
=irradiância solar global incidente sobre a cobertura do galpão (W.m
-2
);
h
c
= coeficiente de filme ou de película da transferência de calor por
convecção (W.m
-2
.K
-1
);
L = espessura do material da cobertura (m);
K = condutividade térmica do material da cobertura (W.m
-1
.K
-1
).
De acordo com Paltridge & Platt (1976), a radiação solar global
incidente sobre o telhado (I
g
, W.m
-2
), em condições de céu claro, pode ser
determinada pela seguinte equação:
21
(
)
−
⋅
+
⋅
⋅
+
⋅
+
⋅
=
2
i
cos
1
I
cosZ
I
2
i
cos
I
co
I
I
2
d
0
2
d
0
g
α
s
è
(18)
sendo
I
o
= irradiância solar direta sobre uma superfície normal aos raios solares
no solo (W.m
-2
);
è
= ângulo de incidência dos raios solares diretos, ou seja, ângulo entre
os referidos raios e a normal à superfície inclinada (radianos);
I
d
= Irradiância solar difusa sobre uma superfície horizontal, ao nível do
solo (W.m
-2
);
i = ângulo de inclinação da superfície (radianos);
• = albedo da superfície (decimal);
Z = ângulo zenital do sol (radianos).
A expressão anterior requer o conhecimento de vários parâmetros que
dependem do movimento do sol em torno da terra. A radiação solar direta
incidente sobre uma superfície normal aos raios solares (I
0
, W.m
-2
) pode ser
obtida pela expressão recomendada por Brooks (1959):
τ
⋅
⋅
=
2
0
)
D
D
(
S
I
(19)
sendo
S = constante solar (1353 W.m
-2
);
D = distância instantânea entre a Terra e o sol;
D = distância média entre a Terra e o sol;
• = transmitância atmosférica.
O fator (D/D)
2
na equação acima é a relação entre as áreas que pode ser
calculada por:
22
)
2
sen(
.
000077
,
0
)
2
cos(
.
000719
,
0
sen
.
001280
,
0
cos
.
034221
,
0
000110
,
1
)
/
(
2
X
X
X
X
D
D
+
+
+
+
=
(20)
O ângulo X depende do dia do ano (1 a 365) e pode ser calculado por:
(
)
365
1
DJ
2
X
−
⋅
⋅
=
π
(21)
sendo
DJ = dia Juliano. É o número do dia do ano, variando de 1 a 365 para o
período de 1
o
de janeiro a 31 de dezembro.
A transmitância atmosférica pode ser determinada por:
(
)
(
)
(
)
⋅
⋅
−
⋅
⋅
−
⋅
⋅
=
0,90
0,60
0,75
m
d
0,083
20
m
W
0,174
1013
m
p
0,089
-
exp
τ
(22)
sendo
p = pressão atmosférica (mbar);
m = massa ótica absoluta de ar;
W = quantidade de água precipitável na atmosfera na direção zenital
(mm);
d = parâmetro adimensional de poeiras.
A massa ótica do ar varia com o ângulo zenital do sol (Z), varia de 1,
quando o sol está no zênite, a 35, quando o sol nasce ou se põe (Vianello &
Alves, 1991). A quantia de água na atmosfera capaz de precipitar (W) é
calculada em função da pressão de vapor d’água (p
w
).
23
(
)
[
]
2
1
1
Z
cos
1224
35
m
2
−
+
⋅
⋅
=
(23)
A quantia de água na atmosfera capaz de precipitar (W) é calculada em
função da pressão de vapor atual (p
w
), em mbar, como mostrado a seguir:
w
p
2,5W
⋅
=
(24)
sendo
p
w
= UR. es;
C
0
t
,
10
6,1078
e
bs
t
237,3
t
7,5
bs
bs
°
≥
⋅
=
+
⋅
s
(25)
UR = umidade relativa em %;
es = pressão de saturação de vapor d’agua em mbar.
O ângulo de incidência dos raios solares diretos sobre a cobertura do
galpão pode ser obtido por (Duffie & Beckman, 1974):
)]
cos(
).
sen(
).
'
cos(
).
sen(
)
cos(
).
sen(
).
sen(
)
cos(
).
'
sen(
).
sen(
).
sen(
)
cos(
).
).[cos(
cos(
)
cos(
φ
δ
ψ
δ
φ
δ
ψ
φ
θ
i
i
i
h
i
h
−
+
+
=
(26)
sendo
h = ângulo horário (radianos);
ø = latitude local, positiva para o hemisfério norte e negativa para o
hemisfério sul (radianos)
• = declinação do sol (radianos);
•’ = azimute da superfície (radianos).
O ângulo horário pode ser determinado conforme mostrado a seguir:
(
)
12
12
H
h
π
⋅
−
=
(27)
24
sendo
H = hora do dia.
E a declinação do sol, em graus, pode ser calculada pela seguinte equação:
(
)
+
⋅
⋅
°
=
DJ
284
365
360
sen
23,45
δ
(28)
O fluxo de radiação solar difusa (I
d
) que alcança a cobertura do galpão
(W.m
-2
) varia com o ângulo zenital do sol, correspondendo aproximadamente a
15 % da radiação solar total que alcança a superfície. Em condições de céu claro,
I
d
pode ser determinado pela seguinte equação:
(
)
[
]
{
}
Z
0,05
exp
0111
,
0
1
25
,
8
43
,
0
631
,
11
I
d
⋅
⋅
−
⋅
+
⋅
=
(29)
Para o ângulo zenital (Z), Vianello & Alves (1991) apresentam a
equação seguinte para a sua estimativa:
)
cos(
).
cos(
).
cos(
)
sen(
).
sen(
cos
h
Z
δ
φ
δ
φ
+
=
(30)
sendo
φ
= latitude local;
δ
= declinação solar;
h
= ângulo horário.
O modelo apresentado neste trabalho foi validado com dados de um
galpão comercial de frangos de corte, sendo encontrados desvios médios de
1,31%. Porém, nenhum estudo foi feito até o presente momento para compará-lo
25
a dados medidos em modelos em escala reduzida que se aproximam de valores
medidos em instalações reais.
26
3 MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa foi desenvolvida com modelos físicos construídos em escala
reduzida de galpões para frangos de corte na área experimental do setor de
agrometeorologia e climatologia do Departamento de Engenharia da
Universidade Federal de Lavras, no município de Lavras, Minas Gerais (MG),
durante a estação de verão. O município localiza-se no sul do estado de MG nas
coordenadas geográficas de 21
o
14’ S de latitude e de 45
o
00’ W de longitude,
situado a 918 m de altitude. O clima do município, segundo a classificação
climática de Köppen, é do tipo cwa, temperado úmido com inverno seco.
O desenvolvimento deste trabalho baseia-se na consideração de que
alguns fenômenos podem ser estudados por meio de modelos em escala
reduzida, permitindo a sua execução devido, principalmente, ao alto custo de
implantação dos galpões em escala real e as dificuldades de manejo em campo.
3.1 Construção dos modelos em escala reduzida
Foram construídos cinco modelos em escala reduzida, 1:10 (Murphy,
1950; Moraes, 1999, 2001a, b), de galpões avícolas com telhas cerâmicas do
tipo canal e um com telhas de alumínio, totalizando, assim, seis modelos ou
tratamentos, conforme descritos no Tabela 1 e mostrados Figura 2.
Para a construção dos modelos em escala reduzida, foram utilizadas,
como base, as dimensões reais de um galpão comercial para criação de frangos
de corte, com padrão adotado mundialmente, ou seja, 12,0 m de largura, 120,0 m
de comprimento, pé-direito de 3,5 m, distância entre tesouras de 5,0 m. As
coberturas de telhas cerâmicas tinham inclinação de 30
°
, excetuando uma que
possuía telhado assimétrico com inclinações de 30
o
e 40
o
; e a cobertura de telhas
27
de alumínio foi construída com 15
°
de inclinação. Todos os modelos tinham
beiral de 2,0 m.
Os modelos em escala reduzida foram construídos com placas de
madeirit de 1 cm de espessura, reforçadas por estrutura de madeira com secção
de 3 x 3 cm.
Os modelos físicos em escala reduzida (1:10) possuíam assim 1,2 m de
largura e 1,5 m de comprimento, sendo a distância entre pilares de 0,5 m. As
faces leste e oeste do galpão foram totalmente fechadas com as placas de
madeirit, enquanto as laterais possuíam altura de 1,5 cm, correspondendo, assim,
às muretas de 15 cm existentes nos galpões reais.
Os pisos dos galpões foram elevados em relação ao solo em 0,4 m,
fazendo com que o fluxo de ar à altura do piso fosse aproximadamente o mesmo
com relação ao galpão real, de acordo com Jentzsch (2002).
28
TABELA 1 Tratamentos a serem testados no experimento.
Código
Descrição dos tratamentos
B
30CVF
Cobertura com telha de barro tipo canal (romana), com pé-direito de
3,5 m e com 30
o
de inclinação, sem lanternim e com câmara de
ventilação forçada paralela à superfície interna do telhado,
construída com lona de polietileno preto. A renovação de ar
utilizada foi de uma troca de ar a cada dois minutos.
B
30CVN
Cobertura com telha de barro tipo canal (romana), com pé-direito de
3,5 m e 30
o
de inclinação, com lanternim e câmara de ventilação
natural, construída com lona de polietileno, preto paralela à
superfície do telhado.
B
30CL
Cobertura com telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, com lanternim (CL) e pé-direito de 3,5 m.
B
30/40CL
Telhado assimétrico com inclinações de 30
o
norte e 40
o
sul, com
telhas barro tipo canal (romana), com lanternim e pé-direito de 4 m.
B
30SL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de inclinação, sem
lanternim (SL) e pé-direito de 3,5 m.
A
15SL
Telha de alumínio de 0,05 de espessura mm com 15
°
de inclinação,
sem lanternim e pé-direito de 3,5 m.
29
FIGURA 2 Vista geral da área do experimento com distribuição dos modelos em
escala reduzida.
3.2 Instrumentação e medições no interior dos modelos em escala reduzida
Todas as variáveis listadas a seguir foram medidas durante um período
de 10 dias, em condições de verão, das 8:00 às 18:00 horas, em intervalos de 30
minutos. Porém, devido à alta nebulosidade que ocorreu durante as duas
primeiras horas e as duas últimas horas de medição, optou-se por utilizar os
dados das 10:00 às 16:00 horas, em que o céu se encontrava com pouca ou
nenhuma nebulosidade.
B
30CL
B
30SL
A
15SL
B
30CVN
B
30/40CL
B
30CV
Abrigo
meteorológico
30
3.2.1 Temperaturas de bulbo seco, bulbo úmido e globo negro
Para a medição das temperaturas de bulbo seco, bulbo úmido e globo
negro, utilizou-se um termômetro digital para sensor termopar tipo T (Figura 3),
possibilitando obter resolução de ± 0,02
o
C.
FIGURA 3 Termômetro digital para sensor termopar tipo T (cobre-constantan).
A Figura 4 mostra os sensores confeccionados para medição das
temperaturas de bulbo seco, úmido e de globo negro e a Figura 5 a disposição
destes sensores no interior dos modelos em escala reduzida. Os termômetros de
globo negro foram construídos com esferas de plástico com 3,6 cm de diâmetro,
pintadas de preto fosco.
As esferas plásticas (bola de pingue-pongue) foram utilizadas em
substituição ao termômetro de globo negro padrão, conforme descrição no item
2.2, na avaliação do ambiente térmico por meio da determinação do ITGU. Para
31
isso, procedeu-se a calibração dos termômetros construídos com bolas de ping-
pong com relação ao globo negro padrão. A seguir é apresentada a equação de
calibração do ITGU.
507
,
10
*
1657
,
1
pong
-
ping
CORR
−
=
ITGU
ITGU
(31)
sendo
ITGU
CORR
= índice de temperatura de globo negro e umidade corrigido;
ITGU
ping-pong
= índice de temperatura de globo negro e umidade, obtido
por meio das bolas de ping-pong.
O coeficiente de determinação (R
2
) para a equação acima foi de 0,99.
FIGURA 4 Termopares preparados para coleta de dados
tgn
tbs
tbu
32
FIGURA 5
Disposição dos sensores no interior dos modelos em escala reduzida
para medição da temperatura de bulbo seco (tbs), de bulbo úmido
(tbu) e de globo negro (tgn).
Ambos os sensores foram instalados na altura correspondente ao centro
geométrico de massa das aves, ou seja, a 3 cm do piso, correspondendo a 30 cm
em escala real.
3.2.2 Velocidade do ar
A velocidade do ar foi medida por meio de um anemômetro digital com
resolução de ± 0,10 m.s
-1
(Figura 6). As medidas foram obtidas nas
proximidades de cada globo negro, nos mesmos dias e horários considerados.
tgn
tbu
tbs
33
FIGURA 6 Anemômetro digital.
3.3 Variáveis climáticas do ambiente externo
Os dados climáticos externos foram coletados utilizando-se de um abrigo
meteorológico, instalado na área experimental. Nesse abrigo, foram instalados
sensores para a medição da temperatura e umidade do ar. Dessa forma, perfis do
comportamento da temperatura e umidade relativa puderam ser elaborados,
indicando as temperaturas médias, máximas e mínimas. Um termômetro de
globo negro foi instalado no ambiente externo para quantificar o ITGU e a CTR
do ambiente externo.
34
3.4 Cálculo dos índices térmicos ambientais
A partir dos dados medidos nos horários predeterminados, foram
calculados os valores respectivos do ITGU e CTR para cada horário de medição,
de acordo com as equações 5 e 6, respectivamente.
3.5 Cálculo da efetividade
A efetividade de cada modelo concebido foi calculada em função dos
valores de ITGU correspondente ao nível das aves, para cada tratamento, ao sol
e padrão (telha de alumínio), nos horários de 10 às 16 horas, conforme a equação
9. Optou-se pelo uso do ITGU no cálculo da efetividade pelo fato deste índice
ser o mais utilizado na quantificação das condições de conforto em instalações
zootécnicas de acordo com (Moraes, 1999).
3.6 Delineamento experimental
Utilizou-se o delineamento em blocos casualizados (DBC), tendo os
tratamentos sido dispostos em esquema de parcelas subdivididas, com 10
repetições (dias de medição), tendo nas parcelas os modelos construídos em
escala reduzida com as diversas coberturas natural e artificialmente ventiladas e
nas subparcelas os horários de medição. Para a comparação das médias, utilizou-
se teste de Skott-Knott, a de 5% de probabilidade.
A Figura 7 mostra a distribuição dos tratamentos na área experimental,
após aleatorização.
35
FIGURA 7 Disposição dos tratamentos no campo
3.7 Validação do modelo computacional
Os dados de ITGU e CTR medidos para os tratamentos B
30SL
e A
30SL
foram utilizados para testar o modelo adaptado por Yanagi Junior et al. (2001),
B
30CL
B
30SL
A
15SL
B
30CVN
B
30/40CL
B
30CVF
36
bem como o software SisPag-Frango, desenvolvido por Severo et al. (2003),
para simular os valores de ITGU e CTR, para os dias e horários em questão.
Os valores simulados foram comparados aos medidos por meio do
desvio médio e coeficiente de correlação.
Na validação do modelo computacional, também se levou em conta o
fator forma, correspondente à parcela de contribuição em termos de radiação em
volta do termômetro de globo negro, conforme Figura 1. A Tabela 2 mostra os
fatores forma (F) utilizados na equação 11, relativos aos modelos reduzidos
B
30SL
e A
15SL
descritos na Tabela 1.
TABELA 2 Valores dos fatores de forma de cada região que envolveu o
termômetro de globo negro localizado ao centro dos modelos em
escala reduzida.
Regiões ao redor do globo negro
Fatores de forma (F)
Cobertura
0,344
Piso sombreado
0,484
Piso não sombreado
0,016
Horizonte
0,087
Céu frio
0,069
Soma
1,00
Ao verificar a Tabela 2, conclui-se que a cobertura e o piso sombreado
foram as regiões que mais contribuíram na determinação da temperatura média
radiante, 34,4% e 48,4%, respectivamente.
37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Índices térmicos ambientais
O resumo das análises de variância para as variáveis respostas ITGU e
CTR, correspondente aos tratamentos e horários de medição é mostrado no
Tabela 3. Nesta Tabela, é possível observar que, tanto para o ITGU, quanto para
a CTR, houve diferença significativa (p < 0,01) para os fatores tratamentos e
horários de medição, porém, não foi verificada diferença significativa para a
interação tratamento x horários (p > 0,01).
TABELA 3
Resumo das variâncias referentes ao efeito dos tratamentos (telhados
natural e artificialmente ventilados) à altura de medição do centro de
massa das aves e aos horários de observação, em relação ao índice de
temperatura de globo negro e umidade (ITGU admensional) e a carga
térmica de radiação (CTR em W.m
-2
).
Quadrados médios
FV
GL
ITGU
CTR
Blocos
9
365,22
**
7045,13
**
Tratamentos
5
22,59
**
1648,76
**
Erro (a)
45
1,04
16,75
Horário
12
345,98
**
13386,50
**
Tratamentos X horários
60
0,53
ns
16,67
ns
Erro (b)
648
0,94
45,22
CV erro (a) - %
1,27
0,85
CV erro (b) - %
1,21
1,39
**
significativo a 1% de probabilidade.
ns
não significativo a 1% de probabilidade.
38
Ainda pela Tabela 3, pode-se observar que os coeficientes de variação,
para a parcela e subparcela foram de 1,27% e 1,21% para a variável ITGU e de
0,85 e 1,39% para a variável CTR. Os baixos valores de coeficiente encontrados
demonstram a alta precisão do experimento, com pouca variabilidade dos
valores observados em relação às médias.
4.1.1 Índice de temperatura de globo negro e umidade (ITGU)
Para comparação das médias dos valores de ITGU dos tratamentos ao
nível das aves, utilizou-se o critério de agrupamento de Scott-Knott, a de 5% de
probabilidade, Tabela 4. Com base nesta Tabela, pode-se verificar que as
melhores condições térmicas no interior dos modelos em escala reduzida foram
obtidas pelos tratamentos B
30CVF
e B
30CVN
, que são estatisticamente diferentes
(teste Skott-Knott, p < 0,05). Os valores intermediários de ITGU, foram
observados para os tratamentos B
30CL
e B
30/40CL
que apresentaram resultados
estatisticamente iguais (teste Skott-Knott, p > 0,05).
Pode-se observar que as modificações arquitetônicas do tratamento
B
30/40CL
não contribuiram positivamente no ambiente térmico do modelo em
escala reduzida. Isso, possivelmente, se deve à maior altura do pé-direito (0,4 m,
correspondente a 4 m em galpão real). Comparado ao tratamento B
30CL
,
que
possuía 0,35 m de pé-direito (correspondendo a 3,5 m no galpão real), o
tratamento B
30/40CL
propiciou maior exposição do interior do galpão à carga
térmica de radiação proveniente do ambiente externo. Isso está de acordo com
Givens (1965), citado por Moraes (1999), sendo que locais onde o céu se
apresenta total ou parcialmente encoberto e com alta umidade relativa do ar,
instalações com pé-direito alto não são recomendadas, pois expõem o animal à
maior carga térmica de radiação. Ainda de acordo com Kelly et al. (1957) e
Bond et al. (1967), também citados por Moraes (1999), pé-direito alto é
recomendado para áreas com céu claro e baixa umidade relativa do ar.
39
Maiores desconfortos foram observados nos tratamentos B
30SL
e A
15SL
,
que são estatisticamente diferentes (teste Skott-Knott, p < 0,05). O tratamento
B
30CL
, apresentou ITGU inferior ao tratamento B
30SL
(Tabela 4 e Figura 8),
demonstrando que o uso do lanternim em condições de altas temperaturas pode
proporcionar melhores condições de conforto térmico no interior das
construções zootécnicas, o que não ocorreu com os tratamentos B
30SL
e A
15SL
.
40
TABELA 4 Valores médios de índice de temperatura do globo negro e umidade
(ITGU) para seis tipos diferentes de telhados ventilados natural e
artificialmente.
Descrição dos tratamentos
ITGU
S
médios
B
30CVF
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, sem lanternim, forro de polietileno
preto na altura do pé-direito ao nível do telhado,
com câmara de ventilação forçada (CVF) na
cobertura e pé-direito de 3,5 m.Telha de barro tipo
canal com 30
°
de inclinação, com lanternim e pé-
direito de 3,5 m.
79,36±3,20a
B
30CVN
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, lanternim, forro de polietileno preto na
altura do pé-direito ao nível do telhado, com
câmara de ventilação natural (CVN) na cobertura e
pé-direito de 3,5 m.
79,74±3,14 b
B
30CL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, com lanternim (CL) e pé-direito de 3,5
m.
80,02±3,34 c
B
30/40CL
Telhado assimétrico (AS) com inclinações de 30
o
norte e 40
o
sul, com telhas barro tipo canal
(romana), com lanternim e pé-direito de 4 m.
80,03±3,12 c
B
30SL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, sem lanternim (SL) e pé-direito de 3,5
m.
80,28±3,29 d
A
15SL
Telha de alumínio 0,05 mm com 15
°
de inclinação,
sem lanternim e pé-direito de 3,5 m.
80,56±3,35 e
As médias seguidas da mesma letra, não diferem entre si pelo teste de Scott-
Knott, a 5% de probabilidade.
41
Com base nos dados Tabela 4, elaborou-se a Figura 8 que representa
graficamente os valores de ITGU para cada tratamento.
a
b
c
c
d
e
75
80
85
ITGU
B 30CVF
B 30CVN
B 30CL
B 30/40CL
B 30SL
A 15SL
T ratam entos
FIGURA 8 Médias de índice de temperatura do globo negro e umidade (ITGU),
correspondente ao nível das aves, para cada tratamento. Observação:
as médias seguidas de mesma letra não diferem entre si, pelo teste
de Scott-Knott, a 5% de probabilidade.
Segundo Tinôco (1988), ITGU acima de 75 proporciona desconforto
térmico para aves em épocas de altas temperaturas.
Observa-se, pelos valores de ITGU obtidos no experimento, que todos os
tratamentos alcançaram valores superiores a 75 (Tabela 4) demonstrando que as
técnicas utilizadas não foram suficientes para garantir um ambiente
tecnicamente adequado às aves. Por outro lado, a redução observada do ITGU
no interior da instalação pode vir a reduzir os gastos com sistemas de ventilação
e resfriamento evaporativo.
42
Apesar da interação tratamento x horário de medição não ter sido
estatisticamente significativa (teste F, p > 0,05), optou-se por apresentar as
médias de ITGU para cada horário de medição como forma ilustrativa do
comportamento médio (Tabela 5 e Figura 9). No Anexo A, Tabela 1A,
encontram-se valores médios das temperaturas obtidas, velocidades do ar e
umidade relativa dos dados coletados durante o experimento.
TABELA 5 Valores médios de índice de temperatura de globo negro e umidade
(ITGU) e os respectivos desvios padrões para os tratamentos em
função dos horários de medição.
HORA
B
30CL
B
30SL
A
15SL
B
30CVN
B
30CVF
B
30/40CL
Exterior
10:00
74,4
±
3,0
75,2
±
2,8
75,2
±
3,1
74,7
±
2,9
74,3
±
3,2
75,0
±
3,2
84,6
±
3,3
10:30
76,1
±
2
,
6
76,9
±
2,7
76,8
±
2,8
76,4
±
2,8
75,9
±
2,8
76,9
±
2,9
86,5
±
3,3
11:00
77,4
±
2,8
78,0
±
3,1
78,4
±
3,0
77,8
±
2,8
77,4
±
2,6
78,4
±
2,8
87,9
±
3,0
11:30
78,6
±
2,4
78,9
±
2,4
79,3
±
2,3
78,4
±
2,1
78,0
±
2,4
78,6
±
2,4
87,5
±
3,4
12:00
79,7
±
2,7
79,5
±
2,7
79,6
±
2,6
78,9
±
2,2
78,7
±
2,3
79,3
±
2,3
87,2
±
4,2
12:30
80,2
±
2,2
80,6
±
2,4
81,2
±
2,4
79,8
±
2,2
79,6
±
2,2
80,4
±
2,3
89,6
±
2,7
13:00
80,6
±
2,5
80,6
±
2,5
81,2
±
2,8
80,2
±
2,4
79,8
±
2,3
80,8
±
2,6
88,5
±
2,5
13:30
81,2
±
1,7
81,3
±
2,4
81,6
±
2,1
80,6
±
2,1
80,2
±
1,9
81,0
±
2,1
89,8
±
3,4
14:00
82,1
±
1,7
82,3
±
1,9
82,6
±
1,9
81,6
±
1,6
81,5
±
1,8
81,9
±
1,9
91,4
±
2,4
14:30
81,8
±
1,6
82,1
±
2,1
82,7
±
2,2
81,7
±
2,0
81,3
±
2,2
81,9
±
2,3
90,0
±
3,0
15:00
82,8
±
1,5
83,0
±
2,0
83,1
±
2,0
82,5
±
1,8
81,9
±
2,0
82,1
±
1,9
88,7
±
3,7
15:30
82,6
±
1,6
82,6
±
2,1
82,8
±
1,9
82,1
±
1,7
81,5
±
2,2
82,0
±
1,9
89,2
±
3,6
16:00
82,2
±
1,5
82,1
±
1,7
82,2
±
1,9
81,5
±
1,6
80,9
±
1,9
81,4
±
2,0
89,2
±
3,7
Obs.: cada média calculada foi obtida a partir de 10 observações.
43
70
75
80
85
90
95
1000
1030
1100
1130
1200
1230
1300
1330
1400
1430
1500
1530
1600
Tratamentos
ITGU
B30CL
B30SL
A15SL
B30CVN
B30CVF
B30/40CL
Exterior
FIGURA 9 Médias de índice de temperatura do globo negro e umidade (ITGU),
correspondente ao nível das aves, em função dos horários de
observações.
A circulação de ar junto à superfície interna do telhado pode promover
maior ou menor retirada de calor. Resultando assim, em índices térmicos
variáveis. Dessa forma, em construções reais, com as mesmas concepções
arquitetônicas e nas mesmas condições de clima, espera-se que esse índice
também irá variar, somado ao fato das aves estarem presentes, gerando mais
calor e elevando assim o valor do ITGU.
Outras alternativas de construção devem ser adotadas, com o objetivo de
diminuir ITGU em condições de verão. As alternativas em questão tratam de
utilizar ao máximo os recursos da própria natureza, desde que sejam
44
economicamente viáveis, a exemplo da ventilação natural, do paisagismo ao
redor das construções e de concepção arquitetônica adequada à região.
Esgotadas essas possibilidades, e desde que os custos devidos à implantação
também sejam compensatórios, alternativas secundárias devem ser
implementadas, tais como acondicionamento térmico, ventilação artificial e
sistema de resfriamento evaporativo.
A adoção de uma ou de várias dessas alternativas ora citadas pode
reduzir ou até eliminar, em algumas condições, o desconforto do ambiente.
4.1.2 Carga térmica de radiação (CTR)
A comparação das médias dos valores de CTR correspondentes aos
tratamentos e ao nível das aves foi baseada no critério de agrupamento de Scott-
Knott, a 5% de probabilidade, Tabela 6 e Figura 10.
45
TABELA 6 Valores médios de carga térmica de radiação (CTR) para seis tipos
diferentes de cobertura de galpões para aves em modelos reduzidos.
Descrição tratamentos
CTR
(W.m
-2
)
B
30CVF
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, sem lanternim, forro de polietileno preto na
altura do pé-direito ao nível do telhado, com câmara de
ventilação forçada (CVF) na cobertura e pé-direito de
3,5 m.Telha de barro tipo canal com 30
°
de inclinação,
com lanternim e pé-direito de 3,5 m.
480
±17a
B
30CVN
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, lanternim, forro de polietileno preto na
altura do pé-direito ao nível do telhado, com câmara de
ventilação natural (CVN) na cobertura e pé-direito de
3,5 m.
480
±17a
B
30CL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, com lanternim (CL) e pé-direito de 3,5 m.
481
±18a
B
30/40CL
Telhado assimétrico com inclinações de 30
o
norte e 40
o
sul, com telhas barro tipo canal (romana), com
lanternim e pé-direito de 4 m.
485
±18 b
B
30SL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de
inclinação, sem lanternim (SL) e pé-direito de 3,5 m.
487±18 c
A
15SL
Telha de alumínio 0,05 mm com 15
°
de inclinação,
sem lanternim e pé-direito de 3,5 m.
487±19 c
As médias seguidas da mesma letra não diferem entre si, pelo teste de Scott-
Knott, a 5% de probabilidade.
46
a
a
a
b
c
c
475
480
485
490
CTR (W.m
-2
)
B30CVF
B30CVN
B30CL
B30/40CL
B30SL
A15SL
Tratamentos
FIGURA 10 Médias de carga térmica de radiação (CTR) para cada tratamento
ao nível das aves.
De acordo com a Tabela 6 e Figura 10, os valores de médias de CTR
obtidos a partir da altura do centro massa das aves, dos tratamentos B
30CVF,
B
30CVN
e B
CL
foram estatisticamente iguais (teste Skott-Knott, p > 0,05), segundo
critério de Scott-Knott, e diferentes dos valores de CTR dos tratamentos B
30/40CL
,
B
30SL
e A
15SL
,
sendo os dois últimos estatisticamente iguais (teste Skott-Knott, p
> 0,05). Isso demonstra que os três primeiros se mostraram mais capazes de
propiciar ambientes mais confortáveis no interior dos modelos em escala
reduzida que os demais.
A ventilação natural ou forçada na região da cobertura, que foi o caso
dos tratamentos B
30CVF
e B
30CVN
, também a exemplo do ITGU, proporcionou
CTRs menores (Tabela 6) em relação aos tratamentos B
30CL
, B
30/40CL
, B
30SL
e
A
15SL
. Esse resultado mostrou que, retirando-se de forma natural ou artificial o ar
aquecido entre forro e telhado, diminui a CTR no interior dos modelos em escala
47
reduzida. Isso demonstra que a camada de ar é um bom isolante em situações de
altas temperaturas e que a alternativa de se renovar o ar, é um dos recursos que
podem ser utilizados para amenizar o desconforto térmico nos ambientes em
períodos de altas temperaturas, desde que os custos sejam compensatórios. Na
Tabela 7 são apresentados os valores de CTR para cada tratamento em função
dos horários de medição.
A Figura 11 ilustra o comportamento da CTR de 10:00 às 16:00 horas
para os tratamentos estudados, em função das modificações arquitetônicas
adotadas, associadas com as características físicas dos materiais e o tipo de
ventilação da cobertura.
TABELA 7 Valores médios de carga térmica de radiação (CTR em W.m
-2
) e os
respectivos desvios padrões para os tratamentos em função dos
horários de medição.
HORA
B
30CL
B
30SL
A
15SL
B
30CVN
B
30CVF
B
30/40CL
Exterior
10:00
450
±
12
456
±
11
455
±
10
453
±
11
450
±
12
456
±
12
684
±
61
10:30
459
±
14
465
±
11
463
±
10
459
±
12
459
±
10
464
±
14
688
±
108
11:00
466
±
14
472
±
14
473
±
12
467
±
14
468
±
13
473
±
15
714
±
68
11:30
472
±
14
480
±
14
480
±
15
473
±
13
473
±
11
476
±
13
713
±
90
12:00
477
±
12
482
±
12
481
±
12
473
±
12
474
±
12
479
±
12
680
±
79
12:30
481
±
11
488
±
10
490
±
11
479
±
11
481
±
10
486
±
13
725
±
53
13:00
483
±
14
490
±
13
490
±
15
483
±
14
482
±
12
489
±
14
676
±
70
13:30
487
±
10
495
±
11
496
±
10
486
±
10
487
±
10
493
±
11
701
±
100
14:00
493
±
9
502
±
7
500
±
10
490
±
10
492
±
8
498
±
10
747
±
63
14:30
494
±
8
500
±
9
500
±
11
493
±
9
493
±
9
498
±
11
686
±
104
15:00
497
±
10
506
±
12
507
±
12
496
±
9
498
±
10
500
±
10
677
±
121
15:30
495
±
10
501
±
12
501
±
11
494
±
9
493
±
11
496
±
12
651
±
110
16:00
495
±
11
500
±
9
498
±
13
492
±
9
491
±
9
495
±
12
633
±
92
Obs.: cada média calculada foi obtida a partir de 10 observações.
48
400
500
600
700
1000
1030
1100
1130
1200
1230
1300
1330
1400
1430
1500
1530
1600
Tempo (horas)
CTR (W.m
-2
)
B30CL
B30SL
A15SL
B30CVN
B30CVF
B30/40CL
Exterior
FIGURA 11 Médias de carga térmica de radiação (CTR), correspondente ao
nível das aves, em função dos horários de medição.
4.2 Efetividade
De acordo com os resultados apresentados no Tabela 8, as maiores
efetividades demonstradas ocorreram nas concepções arquitetônicas do
tratamento B
30CVF
e B
30CVN.
49
TABELA 8 Valores médios de efetividade (E) para seis tipos diferentes de
telhados.
Descrição dos tratamentos
E
B
30CVF
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de inclinação,
sem lanternim, forro de polietileno preto na altura do pé-
direito ao nível do telhado, com câmara de ventilação
forçada (CVF) na cobertura e pé-direito de 3,5 m.Telha de
barro tipo canal com 30
°
de inclinação, com lanternim e
pé-direito de 3,5 m.
1,11
±0,04
B
30CVN
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de inclinação,
lanternim, forro de polietileno preto na altura do pé-
direito ao nível do telhado, com câmara de ventilação
natural (CVN) na cobertura e pé-direito de 3,5 m.
1,10
±0,05
B
30CL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de inclinação,
com lanternim (CL) e pé-direito de 3,5 m.
1,09
±0,05
B
30/40CL
Telhado assimétrico com inclinações de 30
o
norte e 40
o
sul, com telhas barro tipo canal (romana), com lanternim e
pé-direito de 4 m.
1,08
±0,06
B
30SL
Telha de barro tipo canal (romana) com 30
°
de inclinação,
sem lanternim (SL) e pé-direito de 3,5 m.
1,05±0,03
A
15SL
Telha de alumínio 0,05 mm com 15
°
de inclinação, sem
lanternim e pé-direito de 3,5 m.
1,00
A maior efetividade do tratamento B
30CVF
deve-se, provavelmente, à
retirada do ar aquecido entre o forro e o telhado pela ação de um ventilador.
Com resultado pouco menor, a efetividade encontrada para o tratamento B
30CVN,
deve-se ao lanternim, que promoveu a renovação do ar no interior do galpão.
50
Deve-se considerar também o fato de se utilizar o polietileno na forma
de forro em ambos os tratamentos. Embora a superfície negra possua efeitos
indesejáveis tais como maior temperatura da superfície, maior emissividade e
absortividade, tem a vantagem de possuir baixa refletividade (Tinôco 2001).
Essa baixa refletividade possivelmente proporcionou baixa temperatura
do termômetro de globo negro, ocasionando valores menores de ITGU. Em
ambos os tratamentos, houve a formação de uma camada isolante de ar entre
forro e telhado, o que também atuou de forma a diminuir a temperatura do
termômetro de globo negro e, conseqüentemente, diminuir o ITGU em relação
aos demais tratamentos, traduzindo assim, em melhores condições de conforto
nos ambientes internos.
4.3 Teste do modelo computacional
Os valores de ITGU e CTR foram observados e simulados para os 10
dias de coleta de dados das 10:00 às 16:00 horas para os tratamentos B
30SL
e
A
15SL
. As Figuras 12 a 15 ilustram o comportamento dos valores observados e
simulados de ITGU e CTR. Os valores de coeficiente de correlação para os
ITGUs dos tratamentos B
30SL
e A
15SL
foram de 0,87 e 0,98, respectivamente. Já
os valores de CTR apresentaram coeficientes de determinação de 0,85 e 0,94
para os tratamentos B
30SL
e A
15SL
, respectivamente. Os desvios médios (simulado
menos observado) para os valores de ITGU foram de –0,67 (erro = 1,9%) e –2,5
(erro = 2,2%) para os tratamentos B
30SL
e A
15SL
, respectivamente. Para a CTR, os
desvios médios foram de 7,7 W m
-2
(erro = 3,1%) e –4,63 W m
-2
(erro = 1,4%)
para os tratamentos B
30SL
e A
15SL
, respectivamente. Assim, pode-se verificar, que
no geral, o modelo subestima os valores de ITGU para ambos os tratamentos
testados, apresentando melhor ajuste para o modelo físico com cobertura de
telhas de barro. Por sua vez, a CTR foi superestimada para o modelo físico com
51
cobertura de telhas de barro com 30
°
de inclinação e subestimada para o modelo
físico com cobertura de telhas de alumínio com 15
°
de inclinação.
65
70
75
80
85
90
65
70
75
80
85
90
ITGU medido
ITGU simulado
R
2
= 0,87
FIGURA 12 Índice de temperatura do globo negro e umidade (ITGU) medido e
simulado para o tratamento B
30SL
(modelo físico em escala 1:10
com cobertura de telhas de barro com 30
0
de inclinação e sem
lanternim).
52
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
CTR medido (W.m
-2
)
CTR simulado (W.m
-2
)
R
2
= 0,85
FIGURA 13 Carga térmica de radiação (CTR) medida e simulada para o
tratamento B
30SL
(modelo físico em escala 1:10 com cobertura de
telhas de barro com 30
0
de inclinação e sem lanternim).
53
65
70
75
80
85
90
65
70
75
80
85
90
ITGU medido
ITGU simulado
FIGURA 14 Índice de temperatura do globo negro e umidade (ITGU) medido e
simulado para o tratamento A
15SL
(modelo físico em escala 1:10
com cobertura de telhas de alumínio com 15
0
de inclinação e sem
lanternim).
R2 = 0,98
54
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
CTR medida (W.m
-2
)
CTR simulada (W.m
-2
)
FIGURA 15 Carga térmica de radiação (CTR) medida e simulada para o
tratamento A
15SL
(modelo físico em escala 1:10 com cobertura de telhas de
aluminio com 15
0
de inclinação e sem lanternim).
R
2
= 0,94
55
5 CONCLUSÕES
A partir dos resultados obtidos pôde-se chegar às seguintes conclusões:
a. Com base no índice de temperatura de globo negro e umidade
(ITGU), carga térmica de radiação (CTR) e efetividade (
ε
), o
tratamento que proporcionou as melhores condições térmicas no
interior do modelo reduzido foi o B
30CVF
.
b. O segundo melhor tratamento foi o B
30CVN
. Apesar da segunda
colocação, o uso do B
30CVN
é atrativo quando comparado ao
tratamento B
30CVF
, pois independe do uso de energia elétrica.
c. O modelo computacional testado pode ser usado para predizer os
índices de conforto térmico (CTR e ITGU) no interior de modelos
reduzidos construídos em escala reduzida.
56
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YANAGI JUNIOR., T.; DAMASCENO, G. S.; TINÔCO, I. F. F.; BAÊTA. F.
C.; MORAES, S. R. P. 2000. Comportamento da temperatura e umidade ao
longo de galpões avícolas climatizados. In.: CONGRESSO ARGENTINO DE
INGENIERÍA RURAL, 6.; CONGRESSO AMERICANO DE EDUCACIÓN
EN INGENIERÍA AGRÍCOLA; 2., 2000; Buenos Aieres. Anais... Bueno Aires:
CADIR, 2000. 6 p. 1CD ROM.
YANAGI JUNIOR. T.; XIN H.; GATES R. S.
Optimization of intermittent
partial surface
cooling for heat stress relief of laying hens
. St Joseph, MI:
ASAE, 2001b. Paper.
YANAGI JUNIOR., T.; H. XIN; R.S. GATES.
Modeling partial surface
evaporative cooling
of chickens.
St Joseph, MI: ASAE, 2001c. Paper.
YOUSEF, M. K. Stress Physiology in Livestock.
Poultry
,
Boca Raton, v. 3, p.
159, 1985.
ZANOLLA, N.
Sistema de ventilação em túnel e sistema de ventilação
lateral na criação de frangos de corte em alta densidade
. 1998. 81 p.
Dissertação (Mestrado em Construções Rurais e Ambiência) – Universidade
Federal de Viçosa. Viçosa, MG.
ZAPPAVIGNA, P.; LIBERATI, P. Towards a More Comprehensive Approach
to the Environmental Control in Hot Climate. In: INTERNATIONAL
SYMPOSIUM LIVESTOCK ENVIRONMENT, 5., 1997, Bloomington,
Minnesota.
Proceedings…
, Bloomington, Minnesota: ASAE, 1997. p. 686-693.
63
7 ANEXOS
ANEXO A
Página
Tabela 1A
Valores das médias horárias e das médias gerais da
temperatura de bulbo seco (Tbs), temperatura de globo
nebro (Tgn), umidade relativa (UR) e velocidade do ar
(Var), correspondente aos seis tratamentos e ao
ambiente externo, das 10 às 16 horas no período do
verão, em Lavras (MG).....................................................
64
ANEXO B
Figura 1B
Planta baixa dos modelos reduzidos.................................
65
Figura 2B
Corte transversais dos modelos reduzidos........................
66
64
TABELA 1A Valores das médias horárias e das médias gerais da temperatura de bulbo seco (Tbs), temperatura de globo negro
(Tgn), umidade relativa (UR) e velocidade do ar (Var), correspondente aos seis tratamentos e ao ambiente
externo, das 10 às 16 horas no período do verão, em Lavras (MG)
B30CL
B30SL
A15SL
B30CVN
B30CVF
B30/40CL
Ambiente externo
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
Tbs
Tgn
UR
Var
HORA
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
o
C
o
C
%
m
-1
10:00
23,6
24,3
78
0,5
23,7
24,8
79
0,4
24,0
24,9
77
0,3
23,5
24,4
79
0,3
23,9
24,5
73
0,5
24,2
25,1
75
0,3
23,2
36,5
79
0,8
10:30
24,6
25,6
76
0,2
25,0
26,2
76
0,3
25,1
26,1
75
0,3
24,9
25,7
75
0,4
24,8
25,6
73
0,3
25,4
26,4
72
0,3
24,4
38,1
76
0,9
11:00
25,7
26,7
72
0,3
26,0
27,2
72
0,4
26,3
27,5
71
0,2
26,0
26,9
72
0,4
26,1
27,0
68
0,6
26,5
27,6
69
0,5
25,2
39,4
74
0,8
11:30
26,8
27,7
69
0,4
26,7
28,2
69
0,4
27,1
28,4
68
0,3
26,4
27,5
70
0,3
26,6
27,6
66
0,2
26,6
27,8
69
0,6
25,5
39,0
72
0,8
12:00
27,4
28,5
68
0,2
27,3
28,8
66
0,3
27,3
28,7
67
0,2
26,9
27,9
69
0,2
27,3
28,2
64
0,2
27,3
28,6
65
0,5
26,1
38,5
70
0,7
12:30
28,1
29,1
65
0,2
28,1
29,6
64
0,3
28,6
30,0
64
0,2
27,8
28,8
65
0,3
28,1
29,2
60
0,3
28,3
29,6
62
0,4
26,9
41,2
66
0,7
13:00
28,6
29,6
62
0,3
28,4
30,0
61
0,2
29,0
30,3
60
0,2
28,2
29,3
63
0,2
28,5
29,4
58
0,3
28,7
30,0
60
0,3
27,2
39,9
64
0,6
13:30
29,2
30,1
60
0,3
29,0
30,7
59
0,4
29,2
30,8
59
0,1
28,6
29,7
61
0,2
28,8
30,0
56
0,5
29,0
30,5
57
0,3
27,7
41,3
62
0,6
14:00
29,9
31,0
58
0,3
29,6
31,5
57
0,1
30,0
31,6
57
0,2
29,3
30,4
60
0,4
29,8
30,9
55
0,4
29,7
31,3
56
0,4
28,5
43,0
60
0,8
14:30
29,7
30,9
58
0,1
29,8
31,4
56
0,2
30,2
31,7
56
0,3
29,5
30,7
59
0,5
29,6
30,8
55
0,3
29,7
31,3
56
0,4
28,7
41,4
59
0,7
15:00
30,3
31,4
58
0,3
30,5
32,1
55
0,4
30,3
32,0
57
0,2
30,0
31,2
58
0,3
30,2
31,4
53
0,3
29,9
31,4
56
0,6
28,9
39,6
58
0,8
15:30
30,3
31,4
57
0,3
30,3
31,8
55
0,2
30,3
31,8
56
0,3
29,8
31,0
58
0,4
29,9
31,1
54
0,2
30,0
31,3
55
0,2
29,2
40,1
58
0,6
16:00
30,1
31,2
57
0,3
30,0
31,6
54
0,3
30,1
31,5
55
0,2
29,6
30,8
57
0,3
29,8
30,8
52
0,2
29,8
31,1
53
0,4
29,2
40,4
56
0,4
MÉDIA
28,0
29,0
64
0,3
28,0
29,5
63
0,3
28,3
29,6
63
0,2
27,7
28,8
65
0,3
27,9
29,0
60
0,3
28,1
29,4
62
0,4
27,0
39,9
65
0,7
65
FIGURA 1B Planta baixa dos modelos reduzidos
66
FIGURA 2B Cortes transversais dos modelos reduzidos
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