Actualidad Avipecuaria
Wednesday, 22 November del 2017

Joseph L. Purswell1, Jeremiah D. Davis2, and Brian D. Luck3

1USDA-ARS Poultry Research Unit
2Agricultural and Biological Engineering, Mississippi State University
3Biological Systems Engineering, University of Wisconsin



Desarrollo y construcción de una granja avícola moderna

Los sistemas de ventilación mecánicos se utilizan para proporcionar una ventilación adecuada y consistente basándose en el mantenimiento de la calidad del aire, humedad de la cama y temperatura dentro del edificio.

Desarrollo y construcción de una granja avícola moderna
Septiembre 08/2017
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La construcción de galpones modernos con control ambiental ha hecho que el desempeño incremente y que la eficiencia energética mejore. La ventaja principal de los galpones cerrados es la capacidad de proporcionar condiciones ambientales constantes que reducen el estrés térmico sobre las aves alojadas. Liang et al., 2014, encontraron una mejoría significativa en las características de desempeño de las aves después de haber modernizado los galpones con la construcción de paredes laterales sólidas y la implementación de mayor capacidad de ventilación y sistemas de control mejorados.

Diseño de construcción

Al igual que con cualquier edificación, la durabilidad y el rendimiento de los galpones dependen del diseño apropiado y de la implementación del mismo durante su construcción. El mantenimiento de la integridad estructural del galpón a través del tiempo puede evitar costosas reparaciones y readecuaciones. En la medida que los galpones envejecen, los cambios en las bases y los materiales de la construcción pueden crear oportunidades para que aparezcan fugas de aire y daños del galpón.

La reparación de daños estructurales y el sellamiento de las grietas pueden ser costosos

Las tormentas recientes en el sudeste de los EE.UU. han causado pérdidas catastróficas en la industria avícola y han resaltado la necesidad de implementar adecuados diseños y prácticas de construcción de galpones. Aunque las estructuras utilizadas en el sector pecuario suelen estar diseñadas en diferentes categorías de riesgo en comparación con las estructuras comerciales o residenciales, tener en cuenta las cargas de viento y nieve (si es aplicable) puede reducir el riesgo de daños. Donald (2010) proporciona una excelente discusión de los lineamientos de construcción para los galpones modernos.

Sistemas de control ambiental

Sistemas de control ambiental bien diseñados y operados pueden mejorar significativamente la eficiencia de la producción. La envoltura o cerramiento del galpón, el sistema de ventilación, sistema de calefacción y equipo de refrigeración trabajan en conjunto para mantener el ambiente dentro del edificio. Un cerramiento del galpón mal diseñado y construido requerirá mayor ventilación, calefacción y equipos de refrigeración para mantener las condiciones deseadas. Además, los galpones mal diseñados experimentarán grandes variaciones en la temperatura con el tiempo.

Cerramiento del galpón

El diseño de la envoltura o cerramiento del galpón está definido por el tipo de sistema de ventilación deseado. Un galpón con ventilación natural debe incluir grandes aberturas en las paredes laterales para ventilación en clima cálido; mientras que un galpón con ventilación mecánica puede tener aberturas con cortinas o paredes sólidas. La construcción de galpones modernos para pollo de engorde en los EE.UU. utiliza casi exclusivamente paredes laterales sólidas; las granjas de levante y reproductoras siguen empleando cortinas en algunas construcciones nuevas. 

Aunque las paredes laterales con cortinas son necesarias en sistemas de ventilación natural, su reducido valor de aislamiento y el aumento de las fugas de aire pueden causar estrés térmico en las aves y un mayor uso de energía en galpones con ventilación mecánica.

Independientemente de la estructura de la pared lateral, es extremadamente crítico el aislamiento para reducir la carga de calor impuesta por la superficie del techo. El techo de un galpón puede recibir hasta 1000 W/m2 bajo un cielo despejado durante el tiempo de verano, y las temperaturas de techo suelen superar los 50°C. La transferencia de calor radiante es una importante fuente de calor que debe ser disipada con la ventilación; la transferencia de calor radiante es dirigida por la diferencia de temperatura de dos objetos y su capacidad para emitir radiación térmica de onda larga (emisividad). 

Los materiales de construcción pueden emitir aproximadamente 90% de la radiación térmica que reciben; por ejemplo, en la Figura 1 se observa la transferencia de calor radiante teórica entre el techo y los pollos de engorde a nivel del suelo. La carga de calor sensible de un pollo de engorde de 3 kg es de aproximadamente 15 W (Pedersen y Thomsen, 2000), por lo tanto, se puede observar que la carga de calor de un techo sin aislamiento fácilmente puede igualar o superar la producida por las aves en el galpón. Reece et al. (1976) informaron de una reducción significativa en el peso corporal cuando la radiación térmica se incrementó bajo condiciones de ventilación limitada, tales como las que podrían ocurrir en galpones con ventilación natural durante periodos de poco o nada de viento y alta carga de radiación solar.

La superficie del techo es el mayor contribuyente a la transferencia de calor en un galpón típico de aves de corral, debido a su área; la Figura 2 muestra las proporciones de área de superficie para los tamaños de galpones más utilizados en los EE.UU. Un techo bien aislado reduce la pérdida de calor en invierno y reduce la ganancia de calor durante el verano, lo que disminuye la necesidad de energía adicional para mantener la temperatura del aire deseada en el galpón. La construcción de un falso techo (suspendido) permite la instalación de material aislante que será más eficiente en comparación con el aislamiento ofrecido por los paneles de espuma rígida en galpones de techo sin cielorraso; el falso techo proporciona un beneficio secundario al reducir el área de la sección transversal para la ventilación tipo túnel.

El relleno suelto de celulosa ha sido tradicionalmente utilizado como aislante en falsos techos de galpones de pollo de engorde. El relleno suelto de fibra de vidrio y los rollos de fibra de vidrio son cada vez más populares en EE.UU., debido a que la celulosa tiende a desplazarse por el viento y a sedimentarse. Cuando el material aislante del falso techo se desplaza puede dejar áreas sin cubrir tan amplias como 1,5 m (4 pies) a lo largo del galpón, lo que resulta en más de 760 m2 con un aislamiento mínimo o inexistente (Campbell et al., 2010).

Culatas y paredes laterales

Muchos tipos diferentes de aislamiento de pared lateral están disponibles y su eficacia y vida útil dependen de la selección e instalación apropiada. En galpones de pollo de engorde antiguos es común encontrar paredes laterales que se basan exclusivamente en las propiedades aislantes de los materiales de construcción.

Sin embargo, las paredes construidas de esta manera no se consideran bien aisladas y son típicamente propensas a las fugas de aire. Por ejemplo, las paredes con estructura de madera con revestimiento exterior de acero tienen una resistencia térmica de aproximadamente 0,53 m2.°C/W (R3 ft2. F·h/Btu).

Las recomendaciones típicas para el aislamiento térmico de los galpones de pollo de engorde en los Estados Unidos exigen una resistencia térmica mínima de 1.4 a 1.9 m2.°C/W (R8 a R11 ft2.°F·h/Btu) en las paredes laterales. Las opciones populares para el aislamiento de la pared lateral incluyen bloques de fibra de vidrio y espuma en aerosol. El aislamiento con relleno suelto en cavidades de la pared no se recomienda, ya que el material se asentará con el tiempo dejando de esta manera grandes porciones de la cavidad de la pared con limitada capacidad de resistencia térmica (Campbell et al., 2012). 

Chesser (2014) midió el flujo de calor a través de la pared de galpones de pollo de engorde con diferentes tipos de aislamiento térmico. Aunque el flujo de calor a través de las paredes es determinado por el diferencial de temperatura de la superficie, como se muestra en la Figura 3, el diferencial de las temperaturas del aire es el que se utiliza típicamente para seleccionar el aislamiento o para evaluar las readecuaciones y determinar si se recuperó la inversión de la readecuación.

Si solo se utiliza la temperatura del aire para seleccionar el aislamiento, se cometerán errores significativos ya que los diferenciales de temperatura a menudo difieren ampliamente de los diferenciales de temperatura del aire bajo periodos de mayor transferencia de calor por radiación o convección (determinado por el viento).

Sistemas de ventilación natural

La ventilación natural es gobernada por la combinación de dos procesos: la flotabilidad térmica (efecto chimenea) y el viento. Con el fin de garantizar una ventilación mínima adecuada, las áreas de entrada y salida del viento deben ser de tamaño adecuado y estar alineadas, tanto como sea posible, para evitar limitar el flujo de aire a través del galpón. Aunque la ventilación natural utiliza menos energía que un sistema de ventilación mecánico, la eliminación inadecuada de la humedad en clima fresco y el control de la temperatura en clima cálido puede ser especialmente difícil bajo condiciones climáticas adversas, y así, limitar la eficiencia de producción. 

La ingeniería del diseño del sistema de ventilación natural puede ser más compleja que el diseño del sistema de ventilación mecánico, esto hace que en muchos casos se utilicen las directrices o lineamientos tradicionales. El caballete debe tener aproximadamente 15 cm de ancho para un galpón con 12 m o menos de ancho y se deben adicionar 5 cm de amplitud por cada 3 metros de incremento en el ancho del galpón (Albright, 1990). El flujo de aire fresco a través del galpón se verá limitado si el tamaño del área de entrada o salida es pequeño. En clima frío, la ventilación será dirigida por la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida; cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será el flujo de aire a través del galpón.

Sistemas de ventilación mecánica

Los sistemas de ventilación mecánicos se utilizan para proporcionar una ventilación adecuada y consistente basándose en el mantenimiento de la calidad del aire, humedad de la cama y temperatura dentro del edificio. La ventilación tipo túnel, con paneles de enfriamiento evaporativo, es el sistema de ventilación mecánico más común en los galpones de pollo de engorde en Estados Unidos. Al igual que con los seres humanos, la pérdida de calor por convección (‘‘enfriamiento eólico’’) disminuye la temperatura percibida por el ave y da como resultado un mejor desempeño en los pollos de engorde (Dozier et al., 2005a; Dozier et al., 2005b) y las gallinas ponedoras (Purswell et al., 2013). 

La velocidad del aire ha sido un factor de interés que ha aumentado en los últimos años, con objetivos de velocidad del aire próximos a los 4 m/s, sin tener mucha consideración respecto al desempeño del ventilador y de la entrada de aire, la velocidad de distribución del aire y los costos de energía. Los galpones diseñados para velocidades de aire por encima de 3 m/s requieren una cuidadosa atención al detalle en la construcción de las paredes y a la selección de los ventiladores (Fairchild y Czarick, 2011), así como a reducir la presencia de obstáculos que puedan disminuir el flujo de aire dentro del galpón (Fairchild y Czarick, 2011; Luck, 2013; Purswell et al., 2014) con el objeto de superar la presión estática, factor necesario para alcanzar altas velocidades de aire.

El rendimiento del ventilador disminuye con la presión estática, por lo tanto la selección adecuada de los ventiladores debe basarse en condiciones reales de funcionamiento. En muchos casos, la selección del ventilador se basa en suposiciones erróneas respecto a la presión estática durante el funcionamiento y conduce a un significativo bajo rendimiento cuando se compara con las especificaciones de diseño. Por ejemplo, muchos sistemas de ventilación están diseñados para funcionar a 25 Pa, cuando las condiciones de funcionamiento reales son próximas a los 50 Pa cerca de los ventiladores. En la Figura 4 se muestran las presiones estáticas de dos galpones comerciales diferentes. 

Tenga en cuenta que la presión estática incrementa a lo largo del galpón y muestra un fuerte aumento inmediatamente después de los paneles de enfriamiento evaporativo (aproximadamente 15-25% de longitud del galpón) y en los ventiladores (aproximadamente 75-90% de longitud del galpón). La presión estática en los ventiladores oscila entre 40-50 Pa y 50-75 Pa en galpones de 18,2 y 15,2 m de ancho, respectivamente. Estos aumentos de la presión estática provienen de áreas en las que hay cambio significativo de la velocidad del aire. Luck (2013) mapeó la velocidad del aire en galpones comerciales de pollo de engorde e identificó las áreas donde se presenta el aumento de la presión estática y el estancamiento del aire (Figura 5). 

Las áreas de estancamiento equivalen a una mayor proporción de superficie de suelo cuando los ventiladores están instalados en las paredes laterales (18,2 m de ancho) en comparación con los ventiladores instalados en la culata final (12,2 m de ancho). Además, grandes áreas de estancamiento ocurren a lo largo de la mayor parte de los paneles de enfriamiento evaporativo (entrada), lo cual resulta en que la mayoría del aire que entra al galpón lo hace por el último tercio de la entrada.

Bibliografía

• Albright, L.N. 1990. Environment Control for Animals and Plants. St. Joseph, Mich.: ASAE.

• Campbell, J., J. Donald, and G. Simpson. 2010. Is shifted ceiling insulation running up your gas bill? Auburn, Ala.: Alabama Cooperative Extension System.

• Campbell, J., D. Brothers, J. Donald, and G. Simpson. 2012. Choosing sidewall insulation. Auburn, Ala.: Alabama Cooperative Extension System.

• Donald, J.O. 2010. Poultry House Construction Guidelines. Auburn, Ala.: Alabama Cooperative Extension System.

• Dozier III, W.A., B.D. Lott, and S.L. Branton. 2005a. 

• Growth responses of male broilers subjected to increasing air velocities at high ambient temperatures and a high dew point. Poultry. Sci. 84:962-966.

• Dozier III, W.A., B.D. Lott, and S.L. 2005b. Live performance of male broilers subjected to constant or increasing air velocities at moderate temperatures with a high dew point. Poultry. Sci. 84:1328-1331.

• Fairchild, B.D. and M. Czarick. 2011. Air movement in broiler houses. Poultry Science 90 (Suppl. 1):233-234.

• Chesser, G.D. Personal communication. 15 May 2014.

• Liang, Y., M.T. Kidd, S.E. Watkins, and G.T. Tabler. 2013. Effect of commercial broiler house retrofit: A 4-year study of live performance. Journal of Applied Poultry Research 22(2):211-216.

• Pedersen, S. and M.G. Thomsen. 2000. Heat and moisture production for broilers on straw bedding. Journal of Agricultural Engineering Research 75:177-187.

• Purswell, J.L., B.D. Luck, and J.D. Davis. 2014. Effect of air deflectors on fan performance in a tunnel-ventilated broiler house with a dropped ceiling. Applied Engineering in Agriculture. Accepted.

• Purswell, J.L., S.L. Branton, B.D. Luck, and J.D. Davis. 2013. Effects of air velocity on laying hen production from 24 to 27 weeks under simulated evaporatively cooled conditions. Transactions of the ASABE 56(6): 1503-1508.

•Reece, F.N., J.W. Deaton, and F.W. Harwood. 1976. •Effect of roof insulation on the performance of broiler chickens reared under high temperature conditions. Poultry Science 55:395-398.

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