Durante a AveSui 2013 houve um fórum, muito bem conduzido por sinal, lidando com aspectos de dark house. O que mais pareceu interessante para mim foi que ao se referir a galpões escuros, os palestrantes estrangeiros convidados não falavam de intensidade de iluminação, mas sim da substituição de cortinas por paredes sólidas. A principal característica discutida era a de que galpões com paredes possuíam excelente vedação de ar. E por que será a vedação importante? Este é o tema que eu gostaria de abordar nesta coluna.
Quando se quer aumentar o conforto e a eficiência energética de edificações para pessoas, a vedação de ar é muito importante. Em galpões de frango de corte, como pretendo demonstrar nestas breves linhas, a vedação é fundamental para que a ventilação em túnel seja eficiente, com o agravante de que vedar um galpão com cortinas não é tarefa simples.
Consideremos para iniciar um galpão perfeitamente isolado do ambiente externo, ou seja, sem nenhuma troca de calor através das paredes. Além disto, consideremos que as cortinas tenham uma perfeita vedação (sem qualquer infiltração de ar). Neste caso, todo o ar entra no galpão através dos evaporadores na sua entrada, percorre toda a extensão do galpão a uma velocidade fixa, digamos de 3 m/s, e sai do galpão através dos exaustores. É um caso um pouco sem sal, onde a velocidade do ar ao longo do galpão é constante e igual a 3 m/s por toda a extensão[1].
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A situação é um pouco mais interessante[2] quando há infiltração. Quando parte do ar penetra no galpão através das fendas da cortina ao longo das suas laterais, há variação na velocidade do ar ao longo do galpão. À proporção que o ar percorre o galpão, entradas de ar ao longo da sua extensão aumentam a velocidade do ar até chegar aos exaustores, onde a velocidade será máxima. Dependendo do nível de infiltração, a velocidade logo após os evaporadores pode ser significativamente mais baixa do que se pensa.
Há leis básicas do universo que, quando entendidas, permitem a previsão do comportamento de sistemas, incluindo os galpões de frango de corte. Começo a nossa discussão pela lei de conservação de massa (continuidade), que estabelece que massa não é gerada ou destruída. No caso do galpão, a vazão de ar que sai através dos exaustores é composta pela vazão de ar que entra através dos evaporadores na entrada do galpão somada à vazão de ar que se infiltra através das fendas nas paredes do galpão.
Figura 1. Diagrama esquemático de um galpão de frango de corte mostrando a vazão de ar através dos evaporadores, a infiltração nas cortinas laterais e a vazão de ar na saída através dos exaustores.
Uma das grandes dificuldades é a de se determinar como a infiltração acontece. Como todo engenheiro que não sabe ao certo o que fazer, criei hipóteses para simplificar o problema: assumi que a infiltração acontece com uma velocidade uniforme ao longo de todo o galpão, variando somente o seu nível. Para simplificar, vamos assumir níveis de infiltração de 10, 30 e 50% através das cortinas. Considerei também que não há infiltração na entrada do galpão.
A Figura 2 mostra o perfil de velocidade ao longo do galpão para diferentes níveis de infiltração, desde zero até 50%. Logo após o fim dos evaporadores, x/L=0, e no final do galpão junto aos exaustores, x/L=1. Na ausência de infiltração a velocidade, como já foi discutido, é uniforme e igual ao nível de projeto que, neste caso, assumi igual a 3 m/s. Porém, quando infiltração existe, a velocidade do ar depois da seção dos evaporadores é menor do que a velocidade de projeto do galpão, uma vez que nem toda a vazão de ar passa pelos evaporadores, como pode ser visto em x/L=0. Quanto maior a infiltração, menor é a velocidade do ar neste ponto: 2,7 m/s para 10%, 2,1 m/s para 30% e 1,5 m/s para 50% de infiltração. O perfil de velocidade é linear devido à hipótese de infiltração uniforme através das cortinas.
Assim, uma importante consequência da infiltração é a não-uniformidade da velocidade do ar ao longo do galpão. Uma vez que a perda de calor dos frangos é dominada pela convecção, uma menor velocidade acarreta em um coeficiente de troca de calor menor entre o frango e o ar próximo à entrada de ar do galpão que, conforme discuti em outros artigos, infelizmente diminui a produtividade do galpão.
Figura 2. Perfis de velocidade do ar ao longo do galpão para diferentes níveis de infiltração através das cortinas.
Poderíamos parar a discussão aqui porque já foi mostrado que a infiltração deve ser evitada. Mas a parte térmica é mais interessante do que a aerodinâmica neste caso[3]. O objetivo principal dos evaporadores é reduzir a temperatura do ar na entrada do galpão utilizando a evaporação da água no meio poroso para roubar energia do ar que passa através dele. A temperatura diminui e a umidade relativa do ar aumenta. O limite inferior para a temperatura é a temperatura de bulbo úmido do ar antes de passar pelos evaporadores. Na verdade, a eficiência dos evaporadores é determinada por quão próximo da temperatura de bulbo úmido os evaporadores são capazes de reduzir a temperatura do ar.
Ou seja, a temperatura do ar que entra no galpão através dos evaporadores é menor do que a temperatura do ar infiltrado que é igual à temperatura do ar externo antes de passar pelos evaporadores. Esta diferença de temperatura é importante e faz com que à proporção que aumenta a infitração de ar, há uma maior temperatura do ar que refresca os frangos. O ideal seria que esta temperatura fosse a menor possível.
Outra lei básica do universo é que energia se conserva[4]. Assim, em cada seção do galpão existe uma temperatura de equilíbrio causada pelo ar que chega na seção, o ar que infiltra pela lateral do galpão e o calor dissipado pelo frango. Veja bem, aqui estou considerando um galpão perfeitamente isolado; se o isolamento do telhado for inexistente, como é o caso da maior parte dos galpões de frango de corte no Brazil, ainda teríamos que considerar o calor que penetra através da lona.
Para realizar os cálculos, considerei que a temperatura ambiente do ar externo fosse de 35°C com uma umidade relativa igual a 30%. Considerei também que a eficiência dos evaporadores fosse igual a 85%. A consequente temperatura do ar logo após os evaporadores é de 23,43°C. Outra hipótese importante é a de mistura completa em cada seção do galpão, ou seja, o ar que penetra mistura completamente com o ar que escoa através do galpão. Considerei um galpão com 30.000 frangos dissipando 10 W por frango e com uma distribuição uniforme de frangos ao longo do galpão.
A Figura 3 mostra o perfil de temperatura ao longo de um galpão perfeitamente isolado para diferentes níveis de infiltração através das cortinas. Na ausência de infiltração, o perfil de temperatura é linear e somente sobe por causa da dissipação de calor dos frangos, atingindo um aumento de 3°C. Com a infiltração, a temperatura aumenta também por causa da entrada de ar quente pelas paredes laterais. Pode se observar que o perfil deixa de ser linear e que a temperatura ao longo do galpão sobe muito mais por causa da infiltração. A diferença de temperatura é de 4,1°C para 10%, 6,4°C para 30% e 8,8°C para 50%. Lembro ao leitor que o projeto de galpões prevê um aumento de temperatura em torno de 3°C e que para níveis de infiltração que produzam uma maior elevação de temperatura, haverá estresse térmico para os frangos à juzante.
Figura 3. Perfil de temperatura do ar ao longo de um galpão perfeitamente isolado termicamente para diferentes níveis de infiltração de ar pelas cortinas.
A falta de isolamento térmico do telhado somente agrava o problema, uma vez que outra fonte de calor precisa ser considerada, aumentando ainda mais as temperaturas do ar ao longo do galpão. No futuro abordarei esta situação para evitar que este artigo fique muito longo para a coluna.
Conclusões
Para oferecer conforto térmico para frangos de corte durante ventilação de túnel, é fundamental vedar o galpão da melhor maneira possível. Infiltrações de ar causam uma diminuição na velocidade do ar próximo aos evaporadores possivelmente prejudicando a perda de calor por convecção em casos de alta infiltração. Infiltração também causa um aumento significativo de temperatura próximo aos exaustores, também prejudicando a perda de calor por convecção principalmente para os frangos mais à juzante no galpão.
[1] Estou considerando que a ventilação do galpão foi projetada para ser igual a 3 m/s.
[2] Para um pesquisador, certamente, mas não para o produtor ou integrador. Ambos sofrerão com as consequências da infiltração.
[3] Posso ser acusado de puxar a brasa para a minha sardinha, uma vez que transferência de calor é a minha especialidade. Mas acredito que os leitores apreciarão a afirmação depois de ler o artigo.
[4] É a chamada Primeira Lei da Termodinâmica.
