Avaliação de painéis porosos constituídos de argila expandida em sistemas de resfriamento adiabático evaporativo

Abstract

O Brasil possui uma das maiores indústrias de produção e exportação de produtos de origem animal do mundo, detendo, provavelmente, uma tecnologia das mais avançadas para a ambientação e alojamento animal voltada para as condições de clima tropical, com menor custo e melhor eficiência produtiva do setor. No entanto, valores altos de temperatura do ar, especialmente durante o verão, associados à tipologia aberta e sem isolamento térmico dos alojamentos para animais, ainda constituem grave problema para o desempenho produtivo dos plantéis na sua fase adulta. Nesse sentido, os sistemas de acondicionamento de ambientes (arrefecimento térmico) usuais nas atividades de produção animal brasileira geralmente utilizam processos de resfriamento adiabático evaporativo do ar (SRAE). Em uma de suas formas de climatização mais comuns e em expansão, a indústria de produção animal no Brasil vem buscando promover melhorias ao ambiente interno das instalações por meio da adoção de sistemas de ventilação em modo túnel, associados aos sistemas de resfriamento evaporativo composto de painéis de material poroso umedecido por gotejamento ou aspersor, através do qual o ar que o atravessa é resfriado antes de adentrar o alojamento. Usualmente são empregadas placas de celulose, que apresentam desempenho bastante satisfatório no arrefecimento do ar. Entretanto, alguns problemas estão associados à utilização desse material: baixa durabilidade para as condições climáticas brasileiras, vulnerabilidade a ataque por roedores, dificuldade de aquisição (material patenteado importado) e custo elevado. Muitos estudos já concluíram que é viável o uso de materiais alternativos em substituição à celulose, entre eles a argila expandida (cinasita), devido às suas boas características físicas: densidade, porosidade, durabilidade e disponibilidade no comércio. Contudo, nenhum desses trabalhos finalizou a questão relativa ao dimensionamento dos painéis de argila expandida em termos de escolha da granulometria e espessura, que possibilite uma eficiência de resfriamento do ar similar à conseguida com o materialpadrão (celulose). Diante do exposto, objetivou-se com este trabalho: (a) obter um modelo estatístico que permita dimensionamento de placas porosas em argila expandida (cinasita) para todas as condições de temperatura e velocidade das correntes de ar, espessura e granulometria, para emprego em acondicionamento de ambientes em geral; (b) verificar a viabilidade de uso do túnel de vento utilizado nas pesquisas em relação às eficiências calculadas; (c) aplicar os princípios da conservação de massa e energia no dimensionamento de placas evaporativas de argila expandida, validação através do experimento e comparações com o painel evaporativo comercial de celulose; e (d) determinar as dimensões e especificações granulométricas de painéis de argila expandida (cinasita) que sejam consideradas ótimas em termos de transferência de calor e massa. Os resultados foram analisados utilizando testes de hipóteses de duas médias e regressão linear múltipla. Foram encontrados melhores valores de eficiência de resfriamento para os painéis confeccionados com argila expandida na granulometria 1 (referência à brita 1) em relação à granulometria 2 (referência à brita 2), para todas as espessuras de painéis adotadas (6,0, 8,5 e 10 cm). Verificou-se, também, bom desempenho para o painel evaporativo de 10 cm de espessura, para a granulometria 2 da argila. Pela análise estatística de regressão linear múltipla, concluiu-se que os painéis de argila expandida com granulometria 1 e espessura de 8,0 cm são os que possibilitam melhor eficiência de resfriamento adiabático evaporativo para velocidade do ar compreendida entre 0,49 e 1,05 m/s. O túnel de vento utilizado mostrou-se adequado para a avaliação técnica dos painéis evaporativos.

Brazil has one of the greatest industry of production and exportation of products of animal origin of the world, probably holding one of the most advanced technology for the acclimatization and animal housing directed to tropical weather conditions, with the lower cost and best productive efficiency of the sector. However, high air temperature values, specially during summer, associated to the open air without thermal isolation typology of the animal housing, still are a serious problem for the productive performance of the breeding stock in their adult phase. Therefore, the conditioning environmental systems (thermal moderation) generally used by the Brazilian animal production activities commonly uses air evaporative adiabatic cooling (SRAE) processes. In one of its most common and expanding acclimatization means, the animal production industry in Brazil is attempting to promote improvements in the internal environmental of the housings by adopting ventilation systems in tunnel mode, associated to the evaporative cooling systems composed by panels made of porous material moistened bay water dripping or sprinkling, through which the air passes and is cooled before entering the building. Usually cellulose plates are used, which show a quite satisfactory performance for air cooling. However, some problems are associated to the use of this material: low durability for the Brazilian climatic conditions, vulnerability to rodent attacks, purchasing difficulty (imported patented material) and high cost. Many studies have concluded that it is feasible to use alternative materials to replace the cellulose, among them the expanded clay (cinasita), due to its physical characteristics: density, porosity, durability and availability on the market. However, none of these works approached the question related to the dimensions of the expanded clay panels in terms of granulometry and thickness that allows the efficiency of air cooling similar to that one achieved with the standard material (cellulose). Thus, the objective of this work was: (a) to obtain a statistical model that allows the dimensioning of porous plates of expanded clay for all the conditions of temperature and speed of air currents, thickness and granulometry, for the use inenvironmental acclimatization in general; (b) to verify the feasibility of the use of wind tunnel used in the researches related to the calculated efficiencies; (c) to apply the mass and energy conservation principles in the dimensioning of the evaporative plates of expanded clay, validated through the experiment and comparisons with the commercial cellulose evaporative panel; and (d) to determine the dimensions and granulometric specifications of the expanded clay panels which are considered optimal in terms of heat and mass transference. The results were analysed using the hypotheses tests with two means and multiple linear regression. The best values were found with the expanded clay in the granulometry 1(reference to the grit 1) in relation to the granulometry 2 (reference to the grit 2), for all the thicknesses of the panels adopted (6.0; 8.5 and 10 cm). A good performance of the evaporative panel with 10 cm of thickness, for the granulometry 2 of the clay was also verified. By the statistical analysis of multiple linear regression, it was concluded that the expanded clay panels wit granulometry 1 and thickness of 8.5 cm are the ones that allow the bestefficiency of evaporative adiabatic cooling for the air speed between 0.49 and 1.05 m/s. The wind tunnel used showed to be appropriate for the technical evaluation of the evaporative panels.