Metodologia de Dimensionamento de Sistemas de Aquecimento em Piso, em Função da Temperatura e Espessura de Cama, para Criação de Frangos de Corte

Heating Floor Systems on Poutry Breeding: Dimension Methodology Evaluating Litter Thickness and Temperature

Metodologia de Dimensionamento de Sistemas de Aquecimento em Piso, em Função da Temperatura e Espessura de Cama, para Criação de Frangos de Corte

Heating Floor Systems on Poutry Breeding: Dimension Methodology Evaluating Litter Thickness and Temperature

Autor(es) / Author(s)

Abreu PG¹

Abreu VMN¹

Baêta FC²

1 - Pesquisadores da Embrapa Suínos e Aves - Concórdia - SC

2 - Prof^o Titular, Ph.D., Depto. de Engenharia Agrícola - UFV - Viçosa - MG

Correspondência / Mail Address

Paulo Giovanni de Abreu

Caixa Postal 21

89700-000 - Concórdia - SC

E-mail: [e-mail]

Unitermos / Keywords

sistema de aquecimento, aves, piso, argamassa armada, fibra de vidro

heating system, broiler chickens welfare, floor, armed mortar, glass fiber

Observações / Notes

Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor

RESUMO

Avaliou-se a temperatura e a espessura de cama ideal para os sistemas de aquecimento elétrico (fibra de vidro e argamassa armada), em relação a temperatura ambiental, a partir de testes realizados em galpão para aves, na EMBRAPA-CNPSA. Os valores de temperatura em cada ponto determinado foram coletados de 5 em 5 minutos. O sistema permaneceu em funcionamento até a superfície superior de cama sobre a placa atingir o valor de 35^ºC. O sistema mais adequado foi aquele em que a espessura da argamassa e a espessura da fibra de vidro foram 0,06m e 0,08m, respectivamente, com uma espessura de cama total, fora do círculo, de 0,11m.

ABSTRACT

The present study was conducted to evaluate the suitable temperature and thickness of the poultry litter related to the electric heating systems (glass fiber and armed mortar) and regarding the ambient temperature variations. Temperature values were obtained in specific places of the litter each 5 minutes. The system keeps working up to 35^ºC at the top layer of litter. The suitable system was the one in which the armed mortar and glass fiber thickness were respectively, 0,06 and 0,08 m. In this system, the total thickness outside the brooding area could be maintained at 0,11 m.

INTRODUÇÃO

É necessário que se proporcione ambiente adequado para as aves durante os primeiros dias de vida. No entanto, muitos dos aquecedores encontrados no mercado nem sempre fornecem calor necessário às aves e podem liberar gases tóxicos ao ambiente, consumir oxigênio do ar, criar condições de explosão e situações que resultem em agressividade para as aves, apresentando dificuldade de controle de temperatura a altura das aves, camas úmidas e frias (Kinard, 1953; Brown et al., 1977).

O aquecimento em piso, de acordo com Van Wicklen & Czarick (1988), pode ser usado para ajustar o conteúdo de umidade da cama, o qual poderá reduzir a produção de amônia.

Craig (1967), citado por Brown et al. (1977), verificou que quanto maior a espessura de cama sobre o sistema de aquecimento em piso, menor será a perda de calor para manter o ambiente aquecido.

Curtis (1983) e Brown et al. (1977) recomendam que nos sistemas de aquecimento em piso, a temperatura do ar a 2,54cm da cama deve ser mantida entre 32 e 35^oC durante a primeira semana de vida das aves, reduzindo-se a 3^ºC por semana até 18^ºC.

De acordo com Abreu (1994), foi observado que valores de temperatura acima de 35^ºC na superfície superior da camada de cama sobre os sistemas de aquecimento em piso podem torrar a cama e, além disso, as aves não permanecem sobre a cama com temperatura acima de 36^ºC.

Dessa forma, são apresentados a metodologia de dimensionamento de sistemas de aquecimento elétrico e os testes, com o objetivo de se avaliar a temperatura e a espessura de cama ideal para os sistemas (fibra de vidro e argamassa armada), em relação à temperatura ambiental.

MATERIAL E MÉTODOS

Dimensionamento dos sistemas de aquecimento elétrico

As dimensões da placa foram obtidas levando-se em consideração que, na primeira semana de idade das aves, o círculo de proteção para 500 pintos tem diâmetro de 3m e área de 7,06m², com diâmetro e área útil de 2m e 3,14m², respectivamente, como mostrado na Figura 1. Dessa forma‚ sete placas hexagonais de 35cm, com espessura de 2cm para a placa de argamassa armada e 3mm para a placa de fibra de vidro, foram consideradas adequadas, permitindo acomodar os bebedouros e comedouros.

Para o dimensionamento da resistência elétrica, aplicando a lei da conservação da energia, citada por Incropera & DeWitt (1985), tem-se:

E_e + E_g = E_s + E_a ,

em que:

E_e = Taxa de calor que entra no sistema;

E_g = Taxa de calor gerada pelo sistema;

E_s = Taxa de calor que sai do sistema; e

E_a = Taxa de calor armazenada pelo sistema.

Considerando que:

E_e = E_a

Então, tem-se:

E_g = E_s ,

sendo:

E_s = h.A (Ts - Ta),

em que:

h = Coeficiente de convecção do ar, 15 W/m^2ºC, considerando convecção livre, de acordo com Incropera & DeWitt (1985);

A = Área da superfície da placa, 0,318m²;

T_S = Temperatura da camada de maravalha, 35^ºC e

T_a = Temperatura do ar ambiente, 0^ºC.

e dessa forma:

Es = 15 x 0,31 x 35

Es = 167 W.

Adotando as sete resistências interligadas em série, a potência total gerada para cada conjunto de placa foi de 1155W.

A taxa de calor gerada por sistema de resistência elétrica pode ser expressa por:

Eg = I².R = V²/R = P,

em que:

I = Corrente, A;

R = Resistência elétrica, W;

P = Potência, W; e

V = Tensão, V.

Considerando-se tensão de 220V para potência total de 1169W, a resistência total será de 41,4W e a corrente total, de 5,31A.

Escolhendo-se resistência de níquel-cromo isolada eletricamente com encapamento de PVC, n^º 25; 0,31 W/m; 1,3 g/m; diâmetro de 0,45mm; e área de 0,16mm², obtém-se o comprimento total de 134m.

Assim‚ cada placa deverá ter 167W, 5,91W e 19m.

O fio de resistência elétrica com 19m de comprimento é então, colocado no interior de cada placa de argamassa armada ou fibra de vidro, e as sete resistências de cada círculo de proteção são interligadas em circuito em série. Após aferição, a tensão foi igual a 220V, cada resistência foi de 5,4W, a potência de cada resistência igual a 185W, a resistência total igual a 37,8W, a corrente total que passa pelo circuito foi igual a 5A, e a potência total do sistema, igual a 1.300W.

Construção das placas

As placas de argamassa armada foram produzidas no Setor de Manutenção da EMBRAPA-CNPSA (Centro Nacional de Suínos e Aves) e as placas de fibra de vidro‚ confeccionadas artesanalmente‚ ambas testadas em galpão para frango de corte na Unidade Experimental de Avicultura em Suruvi, da EMBRAPA-CNPSA, em Concórdia-SC.

Para o sistema de aquecimento correspondente às placas de argamassa armada, foram construídos 4 conjuntos de sete placas. Cada placa hexagonal, de 35cm de lado, com 2 cm de espessura de argamassa, traço 1:2 de cimento e areia lavada, com fator água-cimento igual a 0,5, uma tela hexagonal de arame galvanizado e fio 24 (# 1/2") foi montada sobre armação de barras de aço CA-60, com diâmetro 3,4mm a cada 15cm. A resistência elétrica, devidamente isolada, foi fixada no interior de cada placa, à meia altura, com suas extremidades conectadas a um condutor elétrico com bitola de 4mm².

As placas foram moldadas sobre lona plástica esticada no piso de concreto, com o uso de uma forma hexagonal de 35cm, untada com óleo queimado.

Após a construção, as placas foram molhadas abundantemente por duas semanas, auxiliando no processo de cura (Figura 2).

A placa de argamassa armada apresentou peso médio de 18kg.

A construção das placas do sistema de aquecimento em de fibra de vidro exigiu técnicos especializados. Em cada placa hexagonal, de 35cm de lado, com 3mm de espessura, foi fixada uma resistência elétrica devidamente isolada em seu interior, à meia altura da placa, com suas extremidades conectadas a um condutor elétrico com bitola de 4mm².

A placa de fibra de vidro apresentou peso médio de 2kg (Figura 3).

Determinação da espessura de cama ideal para os sistemas de aquecimento elétrico

Foram feitas avaliações da temperatura e espessura de cama ideal para os sistemas de aquecimento elétrico (fibra de vidro e argamassa armada), em relação à temperatura ambiente.

Para a avaliação das placas, foi montado um círculo de proteção para cada sistema de aquecimento elétrico (fibra de vidro e argamassa armada). Nesses círculos foram instalados termopares para o monitoramento da temperatura.

Cada círculo constituiu-se de sete placas de fibra de vidro (3mm de espessura) ou argamassa armada (2cm de espessura) interligadas em série, com espessura de cama sob a placa e outra sobre a placa. As espessuras de cama adotadas para as placas de argamassa armada foram assim definidas: espessura 1 (E1)‚ 3cm sob e 6cm sobre as placas; espessura 2 (E2)‚ 6cm sob e 3cm sobre as placas. Nas placas de fibra de vidro, foram adotadas as seguintes espessuras: espessura 3 (E3)‚ 3cm sob e 8cm sobre as placas; espessura 4 (E4)‚ 8cm sob e 3cm sobre as placas. Entre a superfície inferior da camada de cama sob a placa e o piso, foi utilizada lona de PVC, com 2mm de espessura da cor preta, para impedir que a umidade do piso viesse interferir no sistema e possivelmente, funcionar como isolante térmico.

Para o monitoramento da temperatura, os termopares foram fixados conforme ilustração da Figura 4.

Os valores de temperatura em cada ponto foram coletados de 5 em 5 minutos. O sistema permaneceu em funcionamento até a superfície superior da cama sobre a placa atingir o valor de 35^ºC. A partir desse valor, procedeu-se às coletas até o sistema atingir o valor de temperatura próximo ao inicial. Esse valor foi adotado de acordo com a temperatura ambiente ideal na primeira semana de vida das aves, recomendada por Curtis (1983) e Brown et al. (1977) e por meio de observações feitas por Abreu (1994).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 5 mostra a representação gráfica dos valores de temperatura nos pontos definidos para fixação dos termopares para a placa de argamassa armada, com espessuras de cama E1. A superfície superior da camada de cama sobre a placa atingiu a temperatura ideal próxima de 3 horas e 15minutos após o acionamento do sistema. Presume-se que o maior tempo para atingir a temperatura ideal tenha sido atribuído à resistência térmica da camada cama de acordo com Craig (1967), citado por Brown et al. (1977). Para a superfície inferior da camada de cama sob a placa, a temperatura ideal foi alcançada com 2h20‚ levando-se a induzir que, quanto maior a espessura de cama sobre a placa, maior o tempo para atingir a temperatura ideal, não sendo interessante a ocorrência do deslocamento do calor para as camadas mais inferiores do sistema.

A lona de PVC utilizada mostrou-se importante como isolante térmico entre o piso e a superfície inferior da camada de cama sob a placa. Tanto a superfície superior como a inferior da placa tiveram comportamentos semelhantes.

O calor desprendido pela superfície superior da camada de cama sobre a placa foi inicialmente repassado ao ambiente em 45 minutos, como pode ser observado na Figura 5, pela curva de temperatura do termopar, situado a 12cm do piso, sendo maior que a curva da temperatura ambiente a partir desse ponto.

Na Figura 6‚ a temperatura de 35ºC na superfície superior da camada de cama sobre a placa foi alcançada em torno de 40 minutos após o acionamento do sistema. O tempo para atingir esse valor foi bem menor que o apresentado na Figura 5, provavelmente em função da espessura de cama ser reduzida em 3cm. Assim, a cama sobre a placa não deve atuar como barreira térmica à passagem do calor desprendido da placa para o ambiente. Já a superfície inferior da camada de cama de 6cm sob a placa não atingiu o valor 35^ºC. Isso significa que maior parte do calor gerado pelo sistema de aquecimento esteve com fluxo ascendente e não-descendente, como ocorreu na Figura 5. Isso pode ser verificado na Figura 6 pelas curvas de temperatura a 12cm do piso e pelos maiores valores de cama em relação aos de lona/cama.

Na Figura 7, observa-se que a superfície superior da camada de cama sobre a placa atingiu o valor de 35ºC, em torno de 1 hora após o acionamento do sistema. Esse tempo foi bem menor que o alcançado pela placa de argamassa armada, com espessuras de cama E1, mas foi maior que o alcançado pela placa de argamassa armada, com espessuras de cama E2 (Figuras 5 e 6). Por ter apresentado espessura bem menor que a placa de argamassa armada, a placa de fibra de vidro apresentou aquecimento mais rápido das superfícies superiores e inferiores, e transferência de calor dessas superfícies para as camadas adjacentes (Figuras 5, 6 e 7).

A placa de fibra de vidro, com espessuras de cama E3, teve o seu fluxo descendente pelo aquecimento das camadas inferiores ser mais rápido, como se verifica na Figura 7. O mesmo ocorreu com a placa de argamassa armada, com espessuras de cama E1.

Tanto a superfície superior como a inferior da placa de fibra de vidro tiveram comportamentos semelhantes.

O valor ideal de temperatura na superfície superior da camada de cama de 3cm sobre a placa foi obtido cerca de 15 minutos após acionamento do sistema (Figura 8). Esse valor foi bem menor que o alcançado nos testes anteriores (Figuras 5, 6 e 7), sendo favorecido pela espessura da placa de fibra de vidro.

O fluxo de calor ocorreu no sentido ascendente, pelo menor aquecimento das camadas inferiores à placa. Tanto a superfície superior como a inferior da placa de fibra de vidro apresentaram comportamentos semelhantes. A espessura de cama de 3 cm, sobre a placa de fibra de vidro e a argamassa armada mostrou-se adequada nos sistemas de aquecimento elétrico. As espessuras de 6cm e 8cm, sob as placas argamassa armada e fibra de vidro, respectivamente‚ mostraram-se adequadas aos sistemas de aquecimento elétrico.

CONCLUSÕES

Quanto maior a espessura de cama sobre a placa, maior o tempo para atingir o valor ideal de temperatura.

A espessura de cama de 3cm sobre a placa mostrou-se adequada para ser utilizada nos sistemas de aquecimento elétrico de placas de fibra de vidro e de argamassa armada.

Para a camada de cama sob os sistemas de aquecimento elétrico, a espessura de 6 cm para a placa de argamassa armada e a espessura de 8cm para a placa de fibra de vidro, mostraram-se adequadas aos sistemas de aquecimento elétrico, respectivamente, mantendo uma espessura de cama total, fora do círculo, de 11 cm.

• Abreu PG. Sistemas de aquecimento em piso, com resistęncia elétrica, para criaçăo de aves. [Tese, Mestrado em Engenharia Agrícola]. Viçosa (MG) Universidade Federal de Viçosa. 1994.
• Brown RD, Howell ES, McLendon BD. A new concept of litter management for broiler production. Transactions of the ASAE 1977; 20: 345-47.
• Curtis SE. Environmental management in animal agriculture Ames, The Iowa State University Press, 1983. 409p.
• Incropera FP, DeWitt DP. Fundamentals of heat and mass transfer.Canada, John Wiley, Sons, 1985. 802p.
• Kinard DT. Electric under-heat brooder. University of Georgia, College of Experiment Station, 1953. 16p. (Bulletin, 3).
• Van Wicklen GL, Czarick M. Design of a PVC pipe system for brooding chickens. Transaction of the ASAE 1988; 31: 552-557.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  06 Jun 2003
• Data do Fascículo
  Abr 2000