INFLUÊNCIA DAS COBERTURAS DE BARRO, CIMENTO-AMIANTO E ALUMÍNIO, COM DUAS ALTURAS DE PÉ-DIREITO, NO CONFORTO TÉRMICO DE GALPÕES PARA PRODUÇÃO DE AVES E SUÍNOS, EM CONDIÇÕES DE INVERNO 1
2
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Rodrigo Couto Santos ; Ilda de Fátima Ferreira Tinôco ; Jadir Nogueira da Silva ; 4 4 5 Marcelo B. Cordeiro ; Marcos Oliveira de Paula , Richard S. Gates
RESUMO A maioria das pesquisas brasileiras em conforto térmico de ambientes e relacionadas aos materiais de cobertura, referem-se ao arrefecimento térmico destes, já que o País apresenta verões muito quentes. Contudo, os materiais de cobertura utilizados nas instalações animais, podem não ser simultaneamente eficiente para condições de verão e inverno, constituindo-se problema no período noturno, inverno e na fase inicial da vida do animal, gerando prejuízos na performance produtiva. Esta pesquisa objetivou analisar coberturas com telhas de barro, cimento-amianto e alumínio, para duas alturas de pé-direito, em condições de inverno. Utilizaram-se modelos reduzidos de galpões animais, escala 1:10, quantificando-se Carga Térmica de Radiação (CTR), Índice de Temperatura de Globo Negro e Umidade (ITGU) e Umidade Relativa do ar (UR), em diferentes horários. Utilizou-se esquema de parcelas subdivididas, em delineamento em blocos casualizados (D.B.C), sendo os dados experimentais analisados por meio das análises de variância e regressão. Para os fatores qualitativos, as médias foram comparadas, pelo (teste de Tukey e, ou F) ao nível de 5% de probabilidade. Para o fator quantitativo, baseou-se na significância dos coeficientes de regressão (teste t) ao nível de 5% de probabilidade.Nas horas de frio mais intenso todas as coberturas causaram desconforto térmico e todos os protótipos tiveram UR acima do máximo tolerável para o conforto animal. Palavras-chave: tipos de cobertura, ambiência animal, conforto térmico, pé-direito
ABSTRACT Influence of the Ceramic Tiles, Asbestos Clay and Aluminum, with two Different Foot-Right Heights on the Thermal Comfort in Poultry House for Production of Chicken and Swine, During the Winter Season Most Brazilian researches related to the covering materials have, as a rule, more references to the thermal conditioning itself, since the Country is subjected to very high temperatures over the summer season. The covering materials used in animal facilities, however, cannot be simultaneously efficient for summer and winter conditions. This becomes a great problem, mainly during the night time and winter conditions, besides the probability of high financial losses. This research aimed to analyze the covering of ceramic tiles, asbestos clay and aluminum, for two different foot-right heights under in Brazil’s winter conditions. The experiment was carried out with reduced models of poultry houses, scale 1:10, and Thermal Radiation Load (TLR), Black Globe Index of Temperature and Humidity (BGHI) and Relative air Humidity (RH), were quantified at different times. The experiment was set up on completely randomized block design (RCBD). The statistical interpretation performed, by variance and regression analyses. For the qualitative factors, the averages were compared by Tukey and/or F test at 5% probability. For the quantitative factors, the basis were the significance of the regression coefficients t test at 5% probability. At the hours with more intense cold, all coverings caused thermal discomfort and all prototypes had RU above the tolerable maximum for the animals’ comfort. Keywords: covering types, animal environment, thermal comfort. 1
DEA/UFV. Viçosa, MG. Fone: (31) 3899-1859, Fax: (31) 891-2944. E-mail:
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[email protected] 3 DEA/UFV. Viçosa, MG. Fone: (31) 3899-1928. E-mail:
[email protected] 4 DEA/UFV. Viçosa, MG. Fone: (31) 3899- 1865 5 University of Kentucky- Knoxville –KY.
[email protected] 2
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INTRODUÇÃO Com a globalização da economia mundial, o setor agroindustrial passou a modernizar-se, ainda mais, objetivando atender às exigências, cada vez maiores, de seus consumidores. Com a expansão das fronteiras mercadológicas, a competitividade tornou-se crescente e os produtores, que se sobressaíram, tiveram que aumentar sua produção e produtividade para conseguirem atender a demanda de mercado (Tinoco, 2004). Num mundo em que a concorrência é grande, fatores ambientais como a variação térmica passam a ser de grande interesse, durante o processo de produção animal, pois podem acabar refletindo-se na qualidade de seu produto final (Moraes, 1999). Uma forma de influenciar o ambiente térmico das instalações é o acondicionamento térmico natural, com ênfase na variação da concepção arquitetônica dos materiais de construção. Dentre os materiais de construção utilizados nas instalações animais, merecem destaque os materiais das coberturas, os quais constituem um dos principais responsáveis pelo conforto térmico ambiental, influenciando, diretamente, o balanço térmico no interior das instalações (Tinoco, 2004). A maioria das pesquisas relacionadas aos materiais de cobertura, para as condições brasileiras, tem se pautado mais no que se refere ao arrefecimento térmico destes, uma vez que o País apresenta verões muito quentes. Os materiais de cobertura utilizados nas instalações animais, entretanto, podem não ser simultaneamente eficientes para condições de verão e inverno. Isto passa a ser um grande problema, principalmente durante o período noturno e condições de inverno, podendo gerar grandes prejuízos financeiros, uma vez que um animal jovem estressado por frio dificilmente recomporá a uniformidade e seu desempenho produtivo potencial, ao longo de sua vida, o que reforça a importância de se atentar para a necessidade de mantê-lo, sempre, em condições de conforto térmico, tanto no verão quanto no inverno. Diante do exposto, esta pesquisa teve como objetivo analisar a influência das coberturas confeccionadas com telhas de barro, cimento amianto e alumínio, comumente utilizadas em 146
instalações animais, no conforto térmico de galpões para produção de aves e suínos, para duas distintas alturas de pé-direito, em condições de inverno, em Viçosa, MG.
MATERIAL E MÉTODOS Este experimento foi realizado nas dependências da Área de Construções Rurais e Ambiência do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa (UFV), em Viçosa-MG, durante o inverno, nos meses de agosto e setembro de 2000. Segundo classificação de Köeppen, o clima local é Cwa, ou seja, quente temperado chuvoso, caracterizado por verões quentes e invernos secos. Para a execução deste experimento, foram construídos modelos reduzidos de galpões avícolas, geometricamente similares, na escala 1:10, determinada a partir da relação entre as dimensões reais e as reproduzidas na estação experimental. Foram avaliados seis modelos reduzidos de galpões avícolas. Suas estruturas foram confeccionadas em madeira, possuindo um módulo de seção transversal com comprimento de 1,0 m e suas faces leste e oeste com fechamento opaco. Suas dimensões foram 1,2 m de largura e beiral de 0,20 m, sendo três protótipos com altura de pé-direito de 0,32 m e três com pé-direito de 0,42 m. Para cada altura de pé direito foram avaliadas coberturas com telha de barro, telha de cimento-amianto e telha de alumínio, seguindo as especificações dos fabricantes. Os pisos interiores dos modelos foram forrados com cama de maravalha de madeira. As coberturas tiveram inclinação de 300, para telhas de barro, e 15o para alumínio e cimento amianto. Os modelos foram montados em terreno plano, nivelado e gramado, livre de sombreamento, orientados no sentido lesteoeste e distanciados 4,0 m um do outro. Na área experimental, foi instalado um abrigo meteorológico para registro permanente das condições climáticas externas. As leituras foram feitas, durante dez dias experimentais, a cada duas horas, a partir de 0 hora, durante o período de 24 horas.
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Para as medições de temperatura de bulbo seco (Tbs) e molhado (Tbu), foram instalados higrômetros, posicionados na altura correspondente ao centro de gravidade das aves (0,30 m em escala real). Para obtenção dos valores de temperatura de globo negro (Tgn), foram utilizados termômetros de globo negro, confeccionados com bolas de pingue-pongue pintadas de preto, tendo como sensores termômetros de vidro com escala –90 a 1100C, instalados próximos aos higrômetros. A velocidade do ar foi obtida, com a utilização de um anemômetro digital de hélices, sendo que as leituras foram feitas próximo aos higrômetros. Próximo ao centro da área experimental, foi instalado um abrigo meteorológico, onde foram medidas as temperaturas de bulbo seco, bulbo molhado e velocidade do ar. Próximo ao abrigo, foi instalado um termômetro de globo negro padrão (0,15 m de diâmetro).
Índices de conforto térmico Os valores do índice de temperatura de globo negro e umidade (ITGU) foram calculados, utilizando-se a equação proposta por (Buffington et al., 1977). Os valores da carga térmica de radiação (CTR) foram obtidos, utilizando-se a equação proposta por Esmay (1969). Com os dados de temperatura de bulbo seco e molhado, calculou-se a umidade relativa do ar (UR), empregando-se a equação citada por Wilhelm (1976), que envolve os conceitos de pressão de vapor. Silva (1996), após obter os índices de conforto térmico, calculados com diferentes termômetros de globo negro (alumínio, latão e plástico) e compará-los com os resultados advindos do globo-termômetro padrão (cobre), desenvolveu uma equação de correção dos valores de ITGU e CTR, calculados por meio dos termômetros de globo de plástico (bola de pingue-pongue), como se segue: ITGU
corr
= 12 , 9651 + 0 ,80531 × ITGU
(1)
em que: ITGUcorr = índice de temperatura de globo e umidade corrigido; e ITGU = índice de temperatura de globo e umidade, calculado com globotermômetro de bola de pinguepongue. CTR
corr
= 135 ,938 + 0 , 66462 × CTR
(2)
em que: CTRcorr = carga térmica de radiação corrigida (W/m2); e CTR = carga térmica de radiação calculada com globo-termômetro de bola de pingue-pongue (W/m2).
RESULTADOS E DISCUSSÃO Índice de temperatura de globo negro e umidade (ITGU) De acordo com a análise de variância, houve diferença significativa entre os tratamentos, pés-direito e interação tratamento x pé-direito, sendo o estudo desta interação realizado por análise de equações de regressão. As equações de regressão foram geradas de forma a ter uma estimativa do comportamento de cada tratamento, em cada diferente altura de pé-direito, nos horários de observação, sendo que o modelo, que melhor representou o ITGU dos tratamentos, foi o cúbico. No Quadro 1 estão apresentas as equações de regressão ajustadas do ITGU, em função dos horários de observação, com seus respectivos coeficientes de determinação (R2), para cada tratamento e pé-direito. A partir das equações de regressão, foram traçadas as Figuras 1 a 3, responsáveis pela representação gráfica destas equações, onde se pode visualizar o perfil do ITGU de cada tratamento, nos dois pés-direito, durante as horas de observação. Com base nestas figuras, é possível verificar que o ITGU mínimo, para todos os tratamentos, ocorreu entre 2 e 4 horas, enquanto o máximo ocorreu entre 14 e 16 horas.
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No caso de coberturas com telhas de cimento-amianto, a diferença entre o ITGU do tratamento com pé-direito de 0,32 m e 0,42 m foi mínima, isso ocorreu, provavelmente, devido à intensa liberação de energia pelas telhas para o interior dos protótipos, minimizando a influência da ventilação e exposição ao céu frio, mantendo, assim, próximos os valores de ITGU para ambos os tratamentos, independentemente da altura do pé-direito. No período de frio mais intenso, o ITGU para tratamentos com pé-direito de 0,42 m, foi maior que os encontrados para tratamentos com pé-direito de 0,32 m. Este resultado é discordante do esperado, pois, não evidencia a influência da ventilação e exposição ao céu frio. Assim, um estudo mais aprofundado deste fenômeno deve ser realizado, para que se encontre uma explicação plausível para este fato.
Observa-se, nestas figuras, que os valores de ITGU, para protótipos com pés-direito maior (0,42 m na escala real) foram, sempre, inferiores àqueles encontrados nos protótipos com pés-direito menor (0,32 m na escala real), o que pode ser explicado, principalmente, pela maior proximidade entre os instrumentos e a cobertura e menor fração de céu frio, no interior do protótipo com pé-direito menor e maior favorecimento à ventilação no protótipo com pé-direito maior. Assumindo que o limite mínimo de ITGU, para que os frangos de corte não sofram de estresse por frio, seja de 78,6, para pintos em sua primeira semana de vida e de 65,0 para aves entre a terceira e sexta semana de vida, valores estes propostos por Teixeira (1966), entende-se que para condições de frio, os pés-direito mais baixos são mais adequados ao conforto térmico de animais de pequeno porte.
Quadro 1. Equações ajustadas de ITGU em função das horas (H), para os respectivos tratamentos e pés-direito (P.D.) e os coeficientes de determinação (R2) Tratamentos B B C C A A
P.D.
R2
Equações Ajustadas 2
0,32 m 0,42 m 0,32 m 0,42 m 0,32 m 0,42 m
3
Y = 55,4178 – 0,9222**H + 0,3320**H – 0,0131**H 2 3 Y = 53,9418 – 0,3752**H + 0,2515**H – 0,0105**H 2 3 Y = 52,6706 – 0,1002**H + 0,2347**H – 0,0103**H 2 3 Y = 53,4182 – 0,0874**H + 0,2217**H – 0,0098**H 2 3 Y = 55,8335 – 0,9766**H + 0,3332**H – 0,0130**H 2 3 Y = 53,8266 – 0,1622**H + 0,2249**H – 0,0097**H
2
R = 0,762 2 R = 0,711 2 R = 0,722 2 R = 0,700 2 R = 0,751 2 R = 0,677
B = telha de barro; C = telha de cimento-amianto; A = telha de alumínio
ITGU x H 74 70
ITGU
66
B (0,32 m) 62
B (0,42 m)
58 54 50 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 1. Estimativa do índice de temperatura globo negro e umidade (ITGU) para os tratamentos com telhas de barro (B), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas. 148
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ITGU x H 74 70
ITGU
66
C (0,32 m)
62
C (0,42 m) 58 54 50 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 2. Estimativa do índice de temperatura globo negro e umidade (ITGU) para os tratamentos com telhas de cimento-amianto (C), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas.
74 70
ITGU
66
Bf (0,32 m)
62
Bf (0,42 m) 58 54 50 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 3. Estimativa do índice de temperatura globo negro e umidade (ITGU) para os tratamentos com telhas de alumínio (A), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas.
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equações de regressão ajustadas da CTR em função dos horários de observação, com seus respectivos coeficientes de determinação (R2), para cada tratamento e pé-direito.
Carga térmica de radiação (CTR) De acordo com a análise estatística,, assim, como para o ITGU, houve diferença significativa na interação tratamento x pédireito, sendo o estudo desta interação realizado por análise de equações de regressão.
A partir das equações de regressão apresentadas no Quadro 2, foram traçadas as Figuras 4, 5 e 6, responsáveis pela representação gráfica destas equações, onde se pode visualizar o perfil da CTR de cada tratamento, nos dois pés-direito, durante as horas de observação. Com base nestas figuras, é possível verificar que a CTR mínima, para todos os tratamentos, ocorreu entre 2 e 4 horas, enquanto a máxima ocorreu entre 14 e 16 horas.
As equações de regressão foram geradas de forma a se proporcionar uma estimativa do comportamento de cada tratamento, em cada diferente altura de pé-direito, nos horários de observação, sendo que o modelo que melhor representou a CTR dos tratamentos foi o cúbico-raíz. No Quadro 2 estão apresentas as
Quadro 2. Equações ajustadas de CTR em função das horas (H), para os respectivos tratamentos e pés-direito (P.D.), e os coeficientes de determinação (R2). Tratamentos
P.D.
B B C C A A
0,32 m 0,42 m 0,32 m 0,42 m 0,32 m 0,42 m
R2
Equações Ajustadas Y= Y= Y= Y= Y= Y=
377,7270 – 373,6620 – 368,1360 – 374,1640 – 380,7820 – 374,3500 –
1/2
81,3151**H + 56,7655**H – 1/2 72,5076**H + 51,5072**H – 1/2 77,8642**H + 56,2139**H – 1/2 78,7156**H + 55,6725**H – 1/2 82,2012**H + 55,2289**H – 1/2 69,5264**H + 48,7012**H –
3/2
8,3551**H 3/2 7,6332**H 3/2 8,4140**H 3/2 8,3122**H 3/2 8,0022**H 3/2 7,1703**H
2
R 2 R 2 R 2 R 2 R 2 R
= 0,666 = 0,645 = 0,729 = 0,696 = 0,656 = 0,616
B = telha de barro; C = telha de cimento-amianto; A = telha de alumínio
CTR x H 450
CTR (W/m2)
430
B (0,32 m)
410
B (0,42 m) 390 370 350 330 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 4. Estimativa da carga térmica de radiação (CTR), em W/m 2, para os tratamentos com telhas de barro (B), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas.
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CTR x H 450
CTR (W/m2)
430 410
C (0,32 m) C (0,42 m)
390 370 350 330 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 5. Estimativa da carga térmica de radiação (CTR), em W/m 2, para os tratamentos com telhas de cimento-amianto (C), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas.
CTR x H 450
CTR (W/m2)
430
A (0,32 m)
410
A (0,42 m) 390 370 350 330 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Horas (H)
Figura 6. Estimativa da carga térmica de radiação (CTR), em W/m 2, para os tratamentos com telhas de alumínio testemunha (A), com duas alturas de pés-direito (0,32 m e 0,42 m), em função das horas.
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Observa-se, na Figura 4, que os valores de CTR, em W/m2, dos tratamentos com telhas de barro, para protótipos com pés-direito maior (0,42 m na escala real) foram inferiores àqueles encontrados nos protótipos com pésdireito menor (0,32 m na escala real), o que pode ser explicado, assim como para o ITGU, pela maior proximidade entre os instrumentos e a cobertura e menor fração de céu frio no interior do protótipo com pé-direito menor e maior favorecimento à ventilação no protótipo com pé-direito maior. No caso das coberturas com telhas de cimento-amianto, de acordo com a Figura 5, a diferença entre a CTR do tratamento com pédireito de 0,32 m e 0,42 m foi mínima, o que ocorreu, provavelmente, pelo fato de a liberação de energia pela telhas para o interior dos protótipos ser muito grande, minimizando a influência da ventilação e exposição ao céu frio, mantendo, assim, próximos os valores de CTR para ambos os pés-direito. Na Figura 6, observa-se que, para tratamentos com coberturas de telhas de alumínio, a elevação do pé-direito de 0,32 m para 0,42 m causou uma diminuição da CTR, o que se explica pela variação da quantidade de céu frio sob a cobertura e aumento da ventilação sob a mesma.
Para a análise da umidade relativa do ar (UR), observada neste experimento, optouse por fazer um estudo das médias da UR para cada tratamento e pé-direito, dentro dos horários de extremo térmico, conforme está apresentado no Quadro 3. Nesse quadro, nos horários de frio mais intenso, os valores de UR foram muito elevados. Isto se deve, principalmente, à mudança do ponto de estado, ou seja, à condensação da água nas coberturas, em decorrência da grande redução na temperatura do ar. No período diurno, embora a UR tenha sido menor que no período noturno, esta ainda manteve-se elevada. Se considerarmos que, para a criação avícola, a faixa ideal de UR deva variar entre 50 e 70% (Medeiros, 1997) podendo chegar até 80%, no caso de maternidades de suínos (Benedi, 1986), é possível afirmar que a umidade relativa do ar média, para as condições do experimento, foi prejudicial à produção desses animais de pequeno porte. Vale ressaltar que estes valores de UR podem ser elevados, ainda mais, se considerarmos uma situação real, em que há também um incremento de umidade, causado pelos próprios animais presentes no galpão.
Quadro 3. Estudo dos valores médios de UR dos tratamentos, dentro de cada horário de observação, para cada pé-direito
Horário (H) Tratamentos B C A B C A
P.D. (m) 0,32 0,32 0,32 0,42 0,42 0,42
2 98,90 97,67 90,63 97,92 94,86 98,83
Frio 4 97,16 98,76 91,61 98,15 93,43 98,53
6 97,71 98,59 87,71 97,15 96,48 95,74
12 76,09 63,12 70,31 59,90 59,33 67,50
Calor 14 72,46 60,83 68,64 61,06 59,11 70,13
16 74,51 73,74 73,46 66,13 70,59 77,53
B = telha de barro; C = telha de cimento-amianto; A = telha de alumínio
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CONCLUSÕES Baseados nas condições em que o trabalho foi realizado e nos resultados obtidos, conclui-se que: • Nas horas de frio mais intenso, todas as coberturas propiciaram ITGUs abaixo do limite mínimo da zona de conforto térmico animal, sendo que as coberturas que melhor atenderam às necessidades mínimas de conforto térmico, para estas condições, independentemente do pédireito, foram as confeccionadas com telhas de barro e alumínio;
• Em geral, a utilização de galpões com pé-direito de 3,2 m em escala real, propiciaram um ITGU e CTR maior que a encontrada em galpões com pé-direito de 4,2 m, o que é interessante em condições de estresse térmico por frio;
• Nas horas mais frias do dia, nos galpões com as coberturas estudadas, observaramse UR acima do máximo tolerável para o conforto animal. Desta forma, recomenda-se um melhor isolamento do galpão, ou a utilização de algum outro método de redução de umidade, durante este período.
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