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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

 

Avaliação da eficiência energética de sistemas de climatização em galpões tipo "freestall" para confinamento de bovinos leiteiros1

 

Evaluation of energy efficiency of climatization system in dairy cattle free-stall

 

 

Maurício PerissinotoI; Daniella Jorge de MouraII; Soraia Vanessa MatarazzoIII; Karla Andréa Oliveira de LimaIV; Angélica Signor MendesV

IEngº Agrônomo, Doutorando em Física do Ambiente Agrícola, Departamento de Engenharia Rural, Setor de Construções Rurais, ESALQ/USP. Av. Pádua Dias, 11 Cxp 09 CEP:13418-900. Piracicaba, SP, email: mperissi@esalqusp.br
IIEngª Agrônoma. Profª Drª Faculdade de Engenharia Agrícola-UNICAMP, Campinas, SP
IIIZootecnista, Drª em Física do Ambiente Agrícola Esalq/USP, Piracicaba, SP
IVMéd. Veterinária, Mestranda em Engenharia Agrícola, Faculdade de Engenharia Agrícola - UNICAMP, Campinas-SP
VEngª Agrícola, Doutoranda em Engenharia Agrícola, Faculdade de Engenharia Agrícola - UNICAMP, Campinas-SP

 

 


RESUMO

Devido à necessidade de redução de gasto energético com o uso de sistemas de resfriamento para conforto na produção leiteira, este trabalho teve como objetivo avaliar dois sistemas de resfriamento adiabático evaporativo: aspersão e nebulização, conjugados com a ventilação forçada, quanto à eficiência econômica no consumo de energia e água. O experimento foi conduzido em um rebanho leiteiro comercial no município de São Pedro, SP. O período experimental compreendeu vinte e oito dias consecutivos do mês de novembro de 2003. Para a análise econômica, considerou-se o custo com energia elétrica e com água gastos em cada sistema de climatização, e também, o custo da alimentação dos animais. De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que o sistema de resfriamento por aspersão apresentou um consumo de água (11 vezes) e de energia maior que o sistema de resfriamento por nebulização. Os sistemas de resfriamento estudados, não promoveram diferenças quanto ao consumo de alimentos, porém, o sistema de aspersão promoveu um aumento na produção de leite de 3%, correspondendo a 18,0 litros/animal/mês, proporcionando um aumento na receita mensal total de aproximadamente 5,8% por animal quando comparado ao sistema de nebulização.

Palavra-chave: aspersão, nebulização, conforto térmico


ABSTRACT

The objective of this research was the evaluation of the economical efficiency, in relation to water and energy expenses, of two different evaporative cooling systems, misting and sprinkler, associated with forced ventilation. The study was carried out in a commercial dairy cattle farm located in a small city of Sao Paulo State. The experimental period was twenty-eight consecutive days of November 2003. For the economical analysis of each system of climatization the cost with electrical energy and water expended in each system was considered and also the feeding consumption. The sprinkling cooling system presented a greater consumption of water and energy than the misting system. Even those treatments promoting similar feed intake (the difference was 3.0 kg DM.animal-1.month-1), the sprinkling system associated to forced ventilation led to an increase (18.0 liters.animal-1.month-1) of 3% in milk production. As consequence, it was observed an increase of 5,8% in total month profit in relation to misting system.

Keywords: sprinkler, fogging, thermal comfort


 

 

1. Introdução

O resfriamento evaporativo das instalações, particularmente para o confinamento de gado leiteiro, tem se expandido rapidamente devido a sua relativa simplicidade, praticidade técnica e relação custo/benefício favorável, proporcionando incrementos significativos na produção de leite (ARMSTRONG e WELCHERT, 1994). Atualmente, um ponto que merece destaque se refere à eficiência econômica dos sistemas de resfriamento com relação ao consumo de energia e água. Essa problemática vem se tornando cada vez mais importante e já não pode ser deixada de lado, visto a situação crítica que o país começou a enfrentar quanto à disponibilidade de água e energia, situação esta que só tende a piorar, necessitando que todos os setores atentem para a adoção de métodos mais econômicos no uso de água e energia.

Dentre os problemas estratégicos ligados à produção animal, encontra-se o projeto das instalações para o confinamento dos animais. Em alguns casos, esse item pode ser responsável pelo insucesso do sistema produtivo, sendo assim seu estudo de fundamental importância (SILVA, 1999). A primeira medida a ser tomada, para oferecer instalações confortáveis em climas quentes e úmidos, para a maioria dos animais, é providenciar ventilação e sombra adequadas. Sistemas de refrigeração são necessários para se alcançar produções máximas, e os métodos evaporativos são eficientes e econômicos. Os sistemas de aspersão e de ventilação são muito efetivos e de baixo custo, mas provocam gastos adicionais de água e energia. Estudos comparativos de gasto energético têm sido feitos em diferentes sistemas de resfriamento com intuito de reduzi-los. SHULTZ e WILLIAM (2002) avaliaram ventiladores do tipo HVLS (Alta Vazão e Baixa Velocidade) e LVHS (Baixa vazão e alta velocidade) obtendo 86% de economia no consumo de energia dos ventiladores tipo HVLS e não observaram redução na produtividade das vacas. Os sistemas de nebulização/ventilação também são efetivos, mas são muito caros e requerem manutenção mais constante, quando comparados aos sistemas de refrigeração por aspersão/ventilação, porém, a maior vantagem do sistema de resfriamento nebulização/ventilação é que, quando bem ajustado, toda a água é evaporada, e não há desperdícios, mantendo o piso seco e com isso evitando doenças de cascos nos animais (BUCKLIN e BRAY,1998). Também BUCKLIN e BRAY (2005) em seu estudo comparativo de galpões com três tipos diferentes de sistemas de resfriamento concluíram que o sistema de nebulização é uma opção viável para resfriar o ar no interior da instalação, proporcionando um ambiente agradável em qualquer lugar do galpão, mas devido à umidade no período noturno o ideal é o uso dos aspersores para realmente molhar os animais.

Diante do exposto este trabalho teve como objetivo a avaliação dos sistemas de resfriamento (aspersão e nebulização), conjugados com a ventilação forçada, quanto eficiência econômica no consumo de energia e água.

 

2. Materiais e Métodos

O experimento foi desenvolvido em um rebanho leiteiro comercial, localizado no município de São Pedro, SP. O estudo teve a duração de vinte e oito dias consecutivos do mês de novembro de 2003, sendo os sete primeiros dias do experimento destinados para a adaptação dos animais aos sistemas de climatização a serem testados. Utilizaram-se 20 vacas Holandesas multíparas, em lactação, com peso médio de 650 kg e selecionadas de acordo com a produção de leite (média de 20 litros animal-1.dia-1) e dias de lactação (média de 180 dias), sendo então, divididos ao acaso em dois grupos de 10 animais, mantidos em abrigo do tipo "freestall", recebendo um tipo de climatização cada grupo. O "freestall" utilizado possui 120 m de comprimento e largura total de 28 m, tendo capacidade de alojar 240 animais adultos, divididos em quatro lotes com aproximadamente 60 animais cada. Possui aproximadamente 9 m de altura na parte central e 3,5 m nas laterais. O telhado é coberto com telha de barro. Foram utilizados ventiladores da marca CASP® tipo VA 92 plus, espaçados a cada 11 m, equipados com motor de ½ CV, com capacidade de produzir movimentação de ar de até 2,5 m.s-1 na altura do dorso do animal. Os ventiladores instalados na área de alimentação dos animais foram montados a 2,5 m de altura, e os instalados na área de descanso a 2,0 m de altura. Os sistemas de aspersão e de nebulização foram montados logo abaixo dos ventiladores, sobre o cocho de alimentação dos animais, sendo constituídos por canos de PVC, com espaçamento entre bicos de 1 m e, assim como os ventiladores, tiveram o funcionamento controlado por um termostato e um timer. O sistema era acionado quando a temperatura ambiente ultrapassava 24ºC. O sistema de aspersão tinha uma vazão de 30 l.hora-1 por bico com intermitência de 12 min, sendo que o sistema permaneceu ligado durante 60 seg, e desligado durante 11 min. O sistema de nebulização tinha uma vazão de 2,5 l.hora-1 por bico e foi regulado para funcionar com uma intermitência de 1 min, ficando ligado 20 seg e desligado 40 seg. A intermitência de ambos os sistemas foi determinada através de testes preliminares (PERISSINOTTO et al., 2003).

Os animais receberam água e alimento à vontade durante todo o período de experimento. Foram realizadas 3 ordenhas diárias (3, 10 e 17 h), sendo analisada a produção de leite dos dez animais previamente selecionados, de acordo com a produção e estágio de lactação, para cada tratamento. Os dados foram registrados de acordo com o controle da granja. Para a determinação da ingestão de alimentos pelos animais, registrou-se o consumo diário, por diferença de peso entre o que era fornecido e a sobra, sendo esse valor dividido pelo número de animais do lote, o que possibilitou a estimativa do consumo de alimento diário por animal. Para a determinação dos dados de ingestão de matéria seca (MS) amostrou-se semanalmente o alimento, que foi analisado em laboratório, fornecendo a porcentagem de matéria seca do alimento disponibilizado para os animais, valor este que possibilitou a determinação da média de ingestão de matéria seca pelos animais por dia.

Para a análise econômica de cada sistema de climatização, considerou-se o custo com a instalação dos equipamentos semelhantes em ambos os sistemas, sendo assim, não se discutiu este custo na análise da receita. Para os cálculos foi considerado o custo com energia elétrica e com água despendidos em cada sistema, além do gasto com a alimentação dos animais, considerou-se a média do preço pago ao produtor de leite tipo B, comercializado na região de São Pedro, SP, no mês do experimento. Foi avaliado o consumo de água de cada sistema de resfriamento, através da multiplicação da vazão dos bicos pelo número de vezes que o sistema foi ligado diariamente. Dessa forma, foi determinado o consumo de água ao longo do dia, nos sistemas testados. Esses dados foram registrados diariamente e avaliados em função da redução de temperatura do ambiente interno, uma vez que o termostato controlou o acionamento do sistema. Foi registrado o consumo de energia diária, para o acionamento dos sistemas de ventilação forçada e resfriamento, por meio de um multímetro, determinando-se, assim, o consumo de energia ao longo do dia, tanto no sistema de nebulização como no de aspersão. O delineamento experimental adotado foi o de blocos casualizados, considerando como blocos os dias de análise, e os tratamentos, os diferentes tipos de climatização. Para o estudo de comparação das médias, adotou-se o teste de Tukey. Os resultados de análise estatística foram obtidos por meio do programa estatístico "Statistical Analysis System" (SAS, 1992).

 

3. Resultados e Discussão

A análise da ingestão de alimentos mostra que o consumo (kg.d-1) dos animais confinados em local que dispõe de sistema de climatização com aspersão associada à ventilação forçada (TA) não difere estatisticamente do consumo dos animais confinados em locais com sistema de climatização com nebulização associada à ventilação forçada (TN), sendo essa diferença de apenas 1%, equivalendo, segundo os dados obtidos, a 3 kg de MS.animal-1.mês-1. Mesmo que os animais do TA tenham permanecido aproximadamente 12,2% a mais do tempo na área de cocho que os animais do TN e que, pela análise comportamental, tenham permanecido 14,5% a mais do tempo comendo em TA que em TN, em termos de quantidade de alimento consumido, não houve diferença entre os tratamentos. Esse fato sugere que o TA realmente atrai os animais para sua proximidade, faz com que permaneçam mais tempo ao seu redor, porém, isso não reflete em quantidade de alimento ingerido quando comparado ao TN.

O sistema de climatização com aspersão ficou ligado em média 9,2 h e o com nebulização 9,8 h. De acordo com os resultados, o consumo de água mensal pelo sistema de aspersão foi cerca de 11 vezes maior do que o sistema de nebulização, sendo consumido cerca de 8.270 l.animal-1.mês-1, pelo sistema de aspersão e cerca de 730 l.animal-1.mês-1 pelo sistema de nebulização. Em experimento realizado por LIN (1998), o gasto de água do sistema de aspersão foi 10 vezes maior que o sistema de nebulização, valor próximo ao encontrado neste experimento. Os custos para bombeamento de 1000 litros de água ficaram em torno de 14,8 kW.h-1. O preço do kW/h pago pela fazenda no período do experimento foi de R$0,163. Para o tratamento com aspersão, esse custo foi de R$ 2,00.mês-1.animal-1 e no sistema equipado com nebulizadores o gasto foi de R$ 0,18.mês-1.animal-1. O gasto com energia elétrica para o acionamento dos 10 ventiladores integrantes do sistema de ventilação equivalem a um custo de R$ 2,8.mês-1.animal-1 (17,0 kW.mês-1.animal-1) no TA e de aproximadamente R$ 3,0.mês-1 .animal-1 (18,1 kW.mês-1.animal-1) no TN. Para o acionamento da bomba do sistema de climatização, gasta-se R$ 1,1.mês-1.animal-1 (6,8 kW.mês-1.animal-1) e R$ 0,6.mês-1. animal-1 (3,65 kW.mês-1. animal-1) no TA e no TN, respectivamente. O gasto com energia elétrica para funcionamento do sistema de climatização (bombeamento de água, acionamento do sistema e ventilação), como conseqüência dos valores citados acima, assim como o consumo de água, foi maior no tratamento com aspersão, com um consumo total de cerca de 36 kW.mês-1.animal-1 em comparação com aproximadamente 22,9 kW.mês-1.animal-1 do sistema com nebulização (diferença de 36,5%). Esses valores equivalem a um custo de cerca de R$ 5,9.mês-1.animal-1 e R$ 3,8.mês-1.animal-1 no TA e no TN, respectivamente.

A análise dos dados de produção de leite mostra que não houve diferença estatística significativa na produção média de leite entre os animais do TA e os do TN, porém, observa-se que, em TA, a produção foi 0,6 l.animal-1.mês-1 (3%) maior que em TN. Esse fato a nível econômico é significativo, ocasionando um aumento na receita mensal total de aproximadamente 5,8% por animal, quando comparado ao sistema que utiliza a nebulização, o que equivale a cerca de R$ 6,00.animal-1.mês-1, descontando-se o gasto com a alimentação do animal, podendo viabilizar o sistema de aspersão quando se trabalha em escala comercial. O sistema de aspersão permitiu conseqüentemente, se obter um aumento de 5,8% na receita total do produtor. Os resultados concordam com as pesquisas realizadas por BUCKLIN & BRAY (1998), CHASTAIN e TURNER (1994), FRAZZI et al. (1998) e LIN et al. (1998), entre outros, nos quais o sistema de aspersão promoveu aumentos de até 12,7% na produção diária de leite, quando comparado a sistemas de produção não climatizados. A maior produção no TA pode estar relacionada principalmente aos melhores resultados obtidos com este sistema com relação às variáveis fisiológicas, assim como o fato de "molhar" o bovino, corresponder a uma "sensação" de bem-estar que foi evidenciado na análise comportamental dos animais.

 

 

4. Conclusão

De acordo com os resultados obtidos no presente trabalho durante o período de experimento, pode-se concluir que o sistema de resfriamento por aspersão apresentou um consumo de água 11 vezes maior que o sistema de resfriamento por nebulização. A aspersão também obteve um gasto de energia maior que a nebulização. Os sistemas de resfriamento estudados, não promoveram diferenças quanto ao consumo de alimentos, porém o sistema de aspersão promoveu um aumento na produção de leite de 3% (18,0 litros/animal/mês) ocasionando um aumento na receita mensal total de aproximadamente 5,8% por animal quando comparado ao sistema de nebulização.

 

Referências Bibliográficas

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BUCKLIN, R.A; BRAY D.R Dairy Cooling Systems in Florida. 2005. ASAE Paper 0541134. American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph, MI 49085

BUCKLIN, R.A; BRAY D.R. The american experience in dairy management in warm and hot climates. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE AMBIÊMCIA NA PRODUÇÃO DE LEITE. Piracicaba, 1998. Anais... Piracicaba: FEALQ, 1998. p.56 - 174.

CHASTAIN, J.P.; TURNER, L.W. Practical results of a model of direct evaporative cooling of dairy cows. In: INTERNATIONAL DAIRY HOUSING CONFERENCE, Orlando, Florida, 1994, Dairy systems for the 21st century. Orlando: ASAE, 1994. p.337 - 352.

FRAZZI, E.; CALAMARI, L.; CALEGARI, F.; STEFANINI, L. Behavior of dairy cows in response to different barn cooling systems. In: INTERNATIONAL DAIRY HOUSING CONFERENCE, 4. St. Louis, Missouri, 1998. St. Louis: ASAE, 1998. p.387-394.

LIN, J.C.; MOSS, B.R.; KOON, J.L.; FLOOD, C.A; SMITH III, R.C.; CUMMINS, K.A; COLEMAN, D.A. Comparasion of various fan, sprinkler, and mister systems in reducing heat stress in dairy cows. American society of agricultural engineers, v.14, n.2, p.177 - 182, 1998.

PERISSINOTTO M., MATARAZZO S. V., SILVA I. J. O., MOURA D. J. Variação da intermitência de acionamento do sistema de resfriamento adiabático evaporativo em freestall e seus reflexos nas trocas de calor sensíveis e latente. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA. Goiânia, 2003. Anais... Goiânia, 2003. p. 52.

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1 Parte da dissertação apresentada pelo primeiro autor à Esalq/USP no curso de Física do Ambiente Agrícola