Temperatura superficial de materiais utilizados para cobertura individual de bezerreiros

Surface temperature of materials used to cover of calf hutches

Resumos

Propôs-se, com este trabalho avaliar, por meio de imagens térmicas, a temperatura superficial das coberturas de abrigos individuais para bezerras na fase de aleitamento. O período experimental foi de janeiro a março de 2012, com duração de 56 dias, conduzido com 24 abrigos individuais para bezerras Girolando. Os tratamentos consistiram em três tipos de cobertura: palha de palmeira, telha de polímero reciclado e telha de cimento amianto. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado efetuando-se a comparação entre as médias pelo teste de Tukey (P < 0,05). Os resultados mostraram diferença significativa entre os tratamentos estudados e as telhas recicladas apresentaram menores valores de temperatura média na superfície superior, em todos os horários analisados sendo o valor máximo encontrado da ordem de 36,9 ºC e o mínimo de 14,4 ºC. Os abrigos cobertos por palha e com telhas recicladas mostraram melhor desempenho térmico em relação à cobertura de fibrocimento, provavelmente indicando melhor condição de conforto térmico aos animais alojados.

bovinocultura de leite; conforto térmico; termografia

The aim of this study was to evaluate surface temperature of covering materials used in individual hutches for calves during lactating period, through thermal images. The experiment was carried out from January to March of 2012, lasting for 56 days, on 24 individual housings for Girolando calves. The treatments were composed of three types of covering materials: palm straw, recycled polymer tile and asbestos cement tile. A completely randomized design was adopted, and in order to compare means the Tukey test (p < 0.05) was used. The results showed that there was a significant difference among the studied treatments, in which the recycled tiles presented lower mean temperature values on the superior surface throughout the experimental period, being the maximum value around 36.9 ºC and the minimum 14.4 ºC. Straw-covered and recycled-tile-covered hutches presented a better thermal performance when compared to asbestos-cement-covered ones, probably a better thermal comfort condition for housed animals.

dairy cattle; thermal comfort; thermography

CONSTRUÇÕES RURAIS E AMBIÊNCIA

Temperatura superficial de materiais utilizados para cobertura individual de bezerreiros

Surface temperature of materials used to cover of calf hutches

Janice M. C. Barnabé^I; Héliton PandorfiII,^*; Gledson L. P. de Almeida^III; Cristiane Guiselini^IV; Arthur L. Jacob^V

^IUFRPE. Recife, PE. E-mail: [e-mail]

^IIUFRPE. Recife, PE. E-mail: [e-mail]

^IIIUFRPE. Recife, PE. E-mail: [e-mail]

^IVUFRPE. Recife, PE. E-mail: [e-mail]

^VUFRPE. Recife, PE. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Propôs-se, com este trabalho avaliar, por meio de imagens térmicas, a temperatura superficial das coberturas de abrigos individuais para bezerras na fase de aleitamento. O período experimental foi de janeiro a março de 2012, com duração de 56 dias, conduzido com 24 abrigos individuais para bezerras Girolando. Os tratamentos consistiram em três tipos de cobertura: palha de palmeira, telha de polímero reciclado e telha de cimento amianto. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado efetuando-se a comparação entre as médias pelo teste de Tukey (P < 0,05). Os resultados mostraram diferença significativa entre os tratamentos estudados e as telhas recicladas apresentaram menores valores de temperatura média na superfície superior, em todos os horários analisados sendo o valor máximo encontrado da ordem de 36,9 ºC e o mínimo de 14,4 ºC. Os abrigos cobertos por palha e com telhas recicladas mostraram melhor desempenho térmico em relação à cobertura de fibrocimento, provavelmente indicando melhor condição de conforto térmico aos animais alojados.

Palavras–chave: bovinocultura de leite, conforto térmico, termografia

ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate surface temperature of covering materials used in individual hutches for calves during lactating period, through thermal images. The experiment was carried out from January to March of 2012, lasting for 56 days, on 24 individual housings for Girolando calves. The treatments were composed of three types of covering materials: palm straw, recycled polymer tile and asbestos cement tile. A completely randomized design was adopted, and in order to compare means the Tukey test (p < 0.05) was used. The results showed that there was a significant difference among the studied treatments, in which the recycled tiles presented lower mean temperature values on the superior surface throughout the experimental period, being the maximum value around 36.9 ºC and the minimum 14.4 ºC. Straw-covered and recycled-tile-covered hutches presented a better thermal performance when compared to asbestos-cement-covered ones, probably a better thermal comfort condition for housed animals.

Key word: dairy cattle, thermal comfort, thermography

Introdução

A condição climática do Brasil é um fator que pode ocasionar estresse térmico além de prejuízo na criação de bovinos devido, sobretudo às altas temperaturas associadas às instalações inadequadas, o que influencia diretamente a manutenção do conforto térmico.

A criação de bezerras nos sistemas de produção leiteira tem, como objetivo principal, a reposição dos animais no plantel. Para isto, tornam-se necessárias instalações e manejo adequados para que os animais tenham desenvolvimento satisfatório, livres de agentes estressores passíveis de interferir na criação (Mac-Lean, 2012).

Cunha et al. (2007) afirmam ser de fundamental importância a necessidade do uso de instalações que protejam os animais de condições climáticas adversas; entretanto, a construção de instalações tradicionais, como bezerreiros de alvenaria ou de madeira, pode ter grande participação no volume de capital mobilizado com a atividade produtiva.

A utilização de abrigos individuais móveis tem sido bastante recomendada em virtude principalmente dos aspectos econômicos e sanitários. No Brasil, embora o uso de abrigos móveis seja amplamente empregado, ainda existe pouca informação sobre a eficiência térmica dos materiais utilizados na sua confecção (Vasconcelos et al., 2009).

Dentre os componentes construtivos o telhado se destaca como elemento que pode reduzir significativamente o incremento térmico no interior das instalações e promover o conforto térmico dos animais (Faghih & Bahadori, 2009). Diversos tipos de materiais de cobertura podem promover a redução de até 30% da carga térmica radiante (Baêta & Souza, 2010). Segundo Wray & Akbari (2008), o uso de materiais refletivos à radiação solar proporciona a redução da transferência de energia térmica pelo telhado visto que uma cobertura exposta ao sol atua como coletor de energia.

Fiorelli et al. (2009) utilizando protótipos de instalações zootécnicas com coberturas de telha reciclada à base de embalagens longa vida, telha cerâmica, telha cerâmica pintada de branco e telha de fibrocimento, apresentaram resultados que indicaram que a telha reciclada proporcionou índices de conforto térmico semelhantes àqueles encontrados para as telhas cerâmicas podendo então recomendá-la como opção de cobertura com vista às instalações zootécnicas.

Para quantificar a variação de temperatura dos materiais utilizados nas coberturas de instalações zootécnicas, a utilização de ferramentas de precisão torna-se indispensável. Uma das possibilidades para a determinação de propriedades térmicas de materiais é a termografia por infravermelho, classificada como ensaio não invasivo que pode ser utilizado para determinar a temperatura superficial de objetos (Altoé & Oliveira Filho, 2012). O ensaio consiste na utilização de câmeras apropriadas sensíveis à radiação infravermelha (0,7 a 1000 µm) que é emitida pela superfície alvo e convertida em sinais elétricos criando imagens térmicas da variação da temperatura do objeto de interesse (Barreira & Freitas, 2007; Tarpani et al., 2009).

Fiorelli et al. (2012), avaliaram a eficiência térmica por meio de termografia infravermelha, da cobertura de bezerreiros individuais expostos ao sol e à sombra, cobertos com telhas de fibrocimento pintadas de branco, sem pintura e com malha de sombreamento posicionado internamente aos bezerreiros; os resultados mostraram variações significativas na temperatura de superfície das coberturas e nos índices de conforto térmico, entre os tratamentos expostos ao sol e à sombra, para todos os horários avaliados sendo que o uso de imagens térmicas se mostrou eficiente para melhor compreensão dos processos de transferência de energia da cobertura para o interior das instalações.

Neste contexto objetivou-se, com esta pesquisa, avaliar, por meio de imagens térmicas, a temperatura superficial das coberturas de abrigos individuais para bezerras Girolando na fase de aleitamento.

Material e Métodos

A pesquisa foi realizada em uma propriedade comercial de produção de queijo coalho, Fazenda Várzea Alegre, localizada no município de Pesqueira, Mesorregião Agreste e Microrregião do Vale do Ipojuca, estado de Pernambuco, Brasil; latitude 8º 17' 10" S, longitude de 36º 53' 03" O e altitude de 800 m. O clima da região é classificado, segundo Köppen, como BShw' semiárido quente, caatinga hiperxerófila. A média anual da umidade relativa do ar é de 73% e a velocidade média do vento é de 2,5 m s^-1 (Santiago et al., 2004). A temperatura média é de 24,8 ºC com precipitação média anual de 730 mm (Montenegro & Montenegro, 2006).

O experimento foi conduzido durante o verão, no período de janeiro a março de 2012, com duração de 56 dias. Foram utilizados 24 abrigos individuais para bezerras, possuindo as seguintes dimensões: 1,80 m de comprimento, 1,50 m de largura e altura média de 1,45 m; sem fechamento lateral, orientação leste-oeste sendo o piso revestido com cama de areia.

O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado com oito repetições. Os tratamentos consistiram em três tipos de cobertura, telha de fibrocimento de 4 mm (Figura 1A), palha de palmeira Syagrus olearacea (Figura 1B) e telha de polímero reciclado de 4 mm (25% de alumínio e 75% de polietileno), ambas com 5% de inclinação (Figura 1C).

As variáveis meteorológicas, temperatura de bulbo seco (Tbs, ºC) e umidade relativa do ar (UR%) foram registradas no interior dos abrigos e no ambiente externo, por meio de dataloggers modelo HOBO U12-12. A temperatura de globo negro foi medida com auxílio de uma esfera oca de polietileno pintado de preto fosco com 15 cm de diâmetro na qual foi inserido um sensor térmico (termistor) que registrou a temperatura que, por sua vez, foi imediatamente armazenada no datalogger. Os dados foram registrados a cada hora no decorrer do período experimental.

Os sensores fixados no interior dos abrigos foram posicionados no centro geométrico da instalação, a 1,40 m do piso; no ambiente externo os sensores foram instalados em abrigo meteorológico a 1,5 m de altura do solo.

Para a análise térmica dos materiais de cobertura dos bezerreiros foram utilizadas imagens obtidas por meio de um termovisor, modelo FLIR i60, que permitiu verificar a variação das temperaturas superficiais (externa e interna) registradas nos horários das 5, 8, 11, 14 e 17 h, duas vezes por semana, no decorrer do período experimental. A fim de padronizar a distância entre a câmera e a superfície analisada considerou-se a distância de 0,50 m entre a câmera e a superfície superior (face externa) e inferior (face interna) das coberturas.

A análise das imagens foi realizada pelo programa computacional FLIR QuickReport em que foram ajustados os valores da emissividade em função do tipo de material avaliado, sendo 0,92 para cobertura de telha de fibrocimento (ISSO-SYSTEMS, 2012), 0,75 para cobertura de palha (Santos, 2005) e 0,65 para cobertura de telha reciclada (Michels et al., 2008). As variáveis termohigrométricas foram obtidas no instante do registro da imagem.

Em referência à análise estatística das temperaturas superficiais das coberturas dos abrigos, utilizou-se o programa Statistical Analitical System (SAS, 2007) enquanto as inferências obtidas foram avaliadas pelo teste de Tukey (p < 0,05).

Resultados e Discussão

Nota-se, nos horário das 5, 8, 14 e 17 h, efeito significativo (P < 0,05) para temperaturas da superfície externa entre as coberturas com telhas de fibrocimento e telhas recicladas, com reduções de 2,4; 3,5; 7,2 e 4,4 ºC, respectivamente (Tabela 1). Para as superfícies internas verificaram-se, nos horários de registro de maior temperatura, diferenças significativas (p < 0,05) para coberturas de palha e de telhas recicladas quando comparadas com a telha de fibrocimento, com reduções da ordem de 3,9 e 1,5 ºC às 8 h; 13,4 e 11,6 ºC às 11 h e de 8,4 e 8,8 ºC às 14 h, respectivamente (Tabela 1). Esses resultados apontam que o emprego das coberturas de palha e de telhas recicladas foi mais eficiente na redução da carga térmica radiante proporcionando melhorarias no atendimento das necessidades térmicas dos animais.

A melhor resposta térmica obtida pela telha reciclada às 14 h é justificada pelas propriedades físicas dos materiais (alumínio e polímeros) uma vez que, de acordo com Michels et al. (2008), os polímeros dispõem de boa resistência térmica o que dificulta a passagem de calor; o alumínio é um material comumente utilizado como isolante térmico reflexivo devido à sua baixa emissividade e alta refletividade, o que reduz a emissão da radiação de onda longa para o interior da instalação; desta forma, os ganhos térmicos no verão e as perdas de calor no inverno, são reduzidos.

A superfície interna da cobertura de telhas recicladas apresentou valor médio superior às demais (5 h), diferindo significativamente (P < 0,05) das outras coberturas estudadas. Nos horários das 8, 11 e 14 h apenas as coberturas de telhas de fibrocimento mostraram diferença significativa (p < 0,05) e apresentaram valores médios entre 28,1 e 41,9 ºC (superfície interna). O valor máximo situou-se acima do máximo encontrado por Sampaio et al. (2011), de 34,27 ºC para telhas de fibrocimento em experimento realizado em Lages-SC, durante o verão.

As coberturas de palha e de telhas recicladas apresentaram melhor desempenho térmico em comparação com as telhas de fibrocimento. Os valores médios de temperatura máxima e mínima registradas na superfície interna da cobertura de palha foram de 18,8 e 32,1 ºC e de 20,6 e 33,3 ºC para telhas recicladas. A semelhança dos valores da temperatura da superfície inferior também ocorreu em estudo realizado por Abreu et al. (2011) ao avaliarem a temperatura superficial de telhas cerâmicas com uso da termografia. O fato de as menores temperaturas terem ocorrido nessas coberturas, foi em decorrência da formação de espaços vazios entre as camadas de palha sendo o ar mau condutor térmico que atua como isolante reduzindo o fluxo de radiação e no caso da cobertura com telha reciclada pela baixa emissividade do alumínio de sua composição.

Nota-se, na Figura 2, que nos intervalos entre 11 e 14 h as coberturas de palha e de telhas recicladas apresentaram temperatura média da superfície inferior menor que a temperatura ambiente. Nos horários de temperatura do ar mais amena, 5 e 17 h, todos os tratamentos apresentaram temperatura média menor na face externa da cobertura diferindo dos resultados encontrados por Sampaio et al. (2011) em experimento com materiais cerâmicos, metálicos e de fibrocimento, realizado no sul do país, tendo obtido temperaturas maiores na face superior das coberturas em todos os horários avaliados.

A justificativa para este evento se deve à condensação do vapor d'água sob a cobertura à medida que a temperatura do ar decresce. O mesmo fato foi evidenciado por Michels et al. (2008) que, analisando telhas cerâmicas, também apresentaram a capacidade de absorção de água devido à sua porosidade e, consequentemente, levaram mais tempo para aquecer.

Os menores valores de temperatura das superfícies das telhas não significam, necessariamente, que tenha ocorrido uma situação de conforto térmico para os animais. Esta condição deve ser confirmada por meio da avaliação da carga térmica de radiação recebida pelos animais alojados sob essas coberturas (Abreu et al., 2011).

A Figura 3 representa a variação da temperatura e da umidade relativa do ar no interior dos abrigos e no ambiente externo, ao longo do período experimental, notando-se que em todos os abrigos a temperatura do ar superou a temperatura crítica superior, no intervalo horário das 9 às 17 h, temperatura esta recomendada para bovinos recém-nascidos, que é de 26 ºC (Figura 3A) segundo Baêta & Souza (2010).

Os microclimas apresentaram, no interior dos abrigos individuais cobertos com telhas de fibrocimento, com telhas recicladas, com palhas e no ambiente externo, pequena variação na temperatura e na umidade relativa do ar, provavelmente pelo fato de os abrigos não possuírem fechamentos laterais, o que favoreceu a maior circulação de ar no seu interior. Os valores médios máximos de temperatura do ar apontaram pequena oscilação entre os abrigos estudados, com valores da ordem de 30,5; 31,0; 31,8 e 30,6 ºC, para os abrigos com cobertura de telha reciclada, com palha, com telha de fibrocimento e no ambiente externo, observados no horário das 13 h (Figura 3A); a umidade relativa se situou próximo aos 40% para todos os ambientes (Figura 3B).

O aumento gradativo da temperatura do ar dificulta a dissipação de energia pelos animais sendo necessária a ativação dos mecanismos latentes de perda de calor, como a sudorese e o aumento da frequência respiratória as quais são influenciadas pela umidade relativa do ar de modo que, quanto maior a umidade do ar menos eficiente é a dissipação do calor (Souza & Batista, 2012).

A umidade relativa do ar, porém, varia com o inverso da temperatura (Figura 3B), o que favorece a perda de calor, como comprovado por Maia et al. (2008) em estudo no qual os autores determinaram, simultaneamente, as taxas de evaporação cutânea e respiratória em ambiente tropical para vacas em lactação; esses pesquisadores observaram, ainda, que um aumento da temperatura de 10 para 36 ºC e queda da umidade relativa de 90 para 30%, fizeram com que a perda de energia pela evaporação respiratória aumentasse de 5 para 57 W m^-2 e a transferência de energia por evaporação pela superfície corporal, via sudação, passasse de 30 para 350 W m^-2.

As imagens termográficas registradas para as diferentes coberturas (Figura 4) apresentam as diferenças de temperatura entre as superfícies interna e externa das coberturas no horário das 14 h, para o dia de maior temperatura média do ar (25,7 ºC) observada no decorrer do período experimental.

A natureza do material e a cor da superfície influenciam a capacidade de refletir, o que pode reduzir sua capacidade refletiva em até 10 ºC a temperatura da superfície do material de cobertura reduzindo o percentual de energia transmitida para o interior das instalações com efeito positivo no conforto térmico dos animais de produção (Uemoto et al., 2010).

As temperaturas registradas pelo termovisor (Figura 4) indicam que as temperaturas médias das superfícies externas foram da ordem de 50,2; 42,8 e 46,5 ºC, para telha de fibrocimento (Figura 4A), cobertura de palha (Figura 4C) e telha reciclada (Figura 4E), respectivamente. Esta variação também foi observada para temperatura da superfície interna com valores de 46,8; 34,0 e 42,0 ºC, para cobertura com telha de fibrocimento (Figura 4B), cobertura de palha (Figura 4D) e telha reciclada (Figura 4F).

A variação de temperatura entre as superfícies externa e interna indica o sentido do fluxo de energia tendo como premissa a diferença de temperatura entre o ponto no qual flui o calor (Abreu et al., 2011). No entanto, verifica-se que o atraso e a resistência térmica dos materiais estudados promoveram manutenção da amplitude térmica entre as superfícies de cobertura embora a temperatura interna não tenha atingido os valores máximos nem os mínimos registrados na superfície externa dos materiais. O fluxo de calor foi positivo e descendente em todos os materiais de cobertura, com amplitude de 3,4; 4,5 e 8,8 ºC, para telhas de fibrocimento, coberturas com palha e telhas recicladas, respectivamente (Figura 4). Esses resultados diferem daqueles obtidos por Abreu et al. (2011), que verificaram sentido de fluxo de calor negativo e ascendente para diversos tipos de telha avaliada.

Justifica-se a maior variação de temperatura encontrada nas coberturas com palha e telhas recicladas, comparativamente com as telhas de fibrocimento, pelo fato de a palha possuir capacidade considerável de absorção de água proveniente da condensação nesta superfície. Portanto, parte da radiação incidente durante o dia é gasta no processo de evaporação da água absorvida e, consequentemente, as coberturas começam a se aquecer somente após o término deste processo (Michels et al., 2008) o que resulta em menor temperatura na superfície externa. Este fato também foi observado para cobertura com telhas recicladas em que o alumínio contido em sua composição (25%) contribuiu para refletir parte da radiação solar incidente na superfície externa e os polímeros (75%), por apresentarem baixa condutividade térmica (Fiorelli et al., 2009) atrasam a transmissão de calor da superfície externa para superfície interna da telha.

Conclusões

1. O uso do termovisor permitiu o mapeamento térmico e a determinação das temperaturas das superfícies externas e internas dos materiais de cobertura auxiliando na compreensão dos processos de transferência de energia.

2. Os abrigos cobertos com palha e telha reciclada mostraram melhor desempenho térmico em relação à cobertura de fibrocimento, com menores valores de temperatura na superfície interna dos materiais indicando que possa haver melhor condição de conforto térmico para os animais alojados nesses abrigos.

Literatura Citada

Protocolo 196.13 – 15/06/2013

Aprovado em 29/11/2013

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*

(Autor correspondente)

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  27 Maio 2014
• Data do Fascículo
  Maio 2014

Histórico

• Recebido
  15 Jun 2013
• Aceito
  29 Nov 2013