Dr. Marcus V. A. Bianchi, Ph.D., P.E.
Líder Senior en Ciencias de la Construcción (Building Science) de Owens Corning.

La construcción de las edificaciones ha sido practicada por siglos, antes del desarrollo de conceptos y formas de ingeniera que hoy se aplican en los procesos modernos constructivos. Por regla general, las edificaciones son construidas con la finalidad de separar a los individuos de los elementos climáticos externos, principalmente del agua (lluvia o nieve), viento y el sol.

La ciencia de la construcción es un conjunto de conceptos científicos que analizan el control de los fenómenos físicos que afectan a las edificaciones. Tiene como objetivo conocer el desempeño de las edificaciones para proporcionar un ambiente interno confortable, duradero, saludable, seguro y eficiente.

Ciencias de las Construcción y Casetas Avícolas.

La aplicación de los conceptos de la ciencia de la construcción en edificaciones habitadas por animales es reciente y se trata de un concepto nuevo en el conjunto general de edificaciones. Así mismo, en las casetas avícolas, la ciencia de la construcción juega un papel importante, ya que debe analizar los flujos del aire, calor, agua y vapor para garantizar el confort, durabilidad, salud, seguridad y eficiencia.

FLUJOS IMPORTANTES QUE SE ANALIZAN EN EDIFICACIONES, INCLUSO EN CASETAS AVÍCOLAS:
AIRE: Una caseta avícola moderna cuenta con ventilación forzada generada por los extractores localizados al final de la caseta. Todas las filtraciones del aire que ocurren en la pared y en el techo de la caseta deben de ser consideradas, incluso las que se generan por sistemas de ventanas (inlets).

CALOR: Hay dos grandes fuentes de calor en una caseta avícola: la primera es el calor generado por las aves y la segunda es el calor absorbido a través de la cubierta y que es irradiado al interior de la caseta. Para que las aves no aumenten su temperatura es necesario remover por convección el calor generado utilizando ventilación. Es posible incluir la utilización de evaporadores en la entrada del aire de la caseta para disminuir la temperatura del aire para enfriar a las aves. La instalación de aislante térmico disminuye el calor que adentra la caseta por el techo.

AGUA: Hay presencia de agua en la caseta avícola por el uso de evaporadores que se utilizan para reducir la temperatura y además por los bebederos de las aves. Parte del agua llega a la cama de la caseta a través de los excrementos de las aves. La condensación en la cubierta y/o en la lona o techumbre también debe de ser considerada.

VAPOR: Existen procesos de evaporación en la cama, en las vías respiratorias de las aves y en los evaporadores. Lo ideal sería que este vapor que se genera fuera retirado por los extractores para evitar condensación y problemas de generación de amoníaco en la cama.
Además de estos flujos que son comunes en las casas y edificios comerciales, se debe de considerar también el amoníaco generado en la cama, que afecta el desempeño de la caseta. Todos estos flujos están relacionados y deben de ser analizados en conjunto.

ENFOQUE: CALOR

En este artículo hablaremos sobre los flujos globales de calor que se presentan en una caseta avícola. Las principales fuentes de calor son el calor generado por las aves y la radiación infrarroja que se origina en las superficies internas de la caseta, principalmente en la cubierta.

Las aves mantienen una temperatura interna fija de alrededor de 41°C, de forma que todo el calor generado por las aves más el que entra en la caseta necesita ser removido para evitar el estrés térmico en climas cálidos y extremos. Para remover este calor se requiere de una ventilación mecánica y de una evaporación a través de las vías respiratorias de las aves.

En la Figura 1 podrán visualizar el balance energético de una caseta de aves

El mismo balance energético puede ser visto en la Figura 2, ahora en el diagrama esquemático de la caseta de pollos. Todo el calor generado más el calor que adentra la caseta tiene que ser disipado para el aire que ventila la caseta. El aire entra a una temperatura externa y sí calienta por convección de las superficies, incluso la de las aves.

La radiación térmica es disipada desde la cubierta hacia todas las superficies visibles de la misma, incluyendo a las aves. El aire que puede estarse moviendo rápidamente es transparente para la radiación de forma que no la absorbe.

Las aves absorben esta radiación aumentando su temperatura, causando lo que se conoce como estrés térmico. Las aves pierden calor por convección provocado por el aire y por evaporación de las vías respiratorias, por lo que el aire que sale de la caseta tendrá una temperatura mayor a la que inicialmente entró a la caseta y mayor humedad absoluta.

FIGURA 2. Balance energético de la caseta de aves.

¿Sabías que el calor generado por un ave es de aproximadamente 4 Watts por kg? Dependiendo de las dimensiones de la caseta avícola y de la cantidad de aves por m2, podríamos suponer que una caseta avícola tiene alrededor de 30,000 aves. Para pollos de 2.5 kg al final del alojamiento, esto genera un total de aproximadamente 300,000 watts, que es el equivalente a 3,000 lámparas de 100 watts encendidas.

Al amanecer, la cubierta de la caseta se empieza a calentar y la radiación interna sobre las aves aumenta. Esta radiación infrarroja es invisible pero no es despreciable. En las horas pico puede ser mucho mayor que el calor que generan las aves. El flujo del calor por radiación depende de la temperatura de la cubierta (colores obscuros de la cubierta exterior absorben más radiación solar) y de la resistencia térmica entre la cubierta y la superficie interna de la caseta. Adicional a esto hay que considerar las condiciones del viento y las variaciones de temperatura (calor) que existen debajo de la cubierta.

SOLUCIONES PARA DISMINUIR LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN CASETAS AVÍCOLAS
Hay dos opciones para mejorar el confort térmico de las aves en climas cálidos: aumentar las pérdidas de calor por convección para el aire y/o disminuir las entradas de calor por generación de las aves y por radiación de la techumbre.

Para aumentar la convección de calor para el aire, podríamos aumentar la velocidad del viento dentro de la caseta(1). Sí, pero hay un límite superior de velocidad del aire de aproximadamente 3.5 m/s que, si sobrepasado, las aves se quedan sin confort físico. Otra opción sería bajar la temperatura de entrada del aire en la caseta. Con la instalación de evaporadores, sí puede bajar la temperatura del aire un poco y eso es muy utilizado. El acondicionamiento de aire por equipos mecánicos, por otro lado, aumentaría mucho los costos de energía eléctrica y sería inviable.

De la otra parte (izquierda de la Figura 1) la generación de calor de las aves puede ser disminuida con la reducción de su actividad a través del control de la iluminación, pero no se puede mantener la caseta sin luz durante todo el tiempo. Las aves necesitan de luz para comer y beber.

Resta entonces la posibilidad de disminuir la cantidad de radiación que entra en la caseta. Una opción sería disminuir la absorción de la radiación solar con la instalación de cubiertas de color claro. En climas calientes la estrategia de techos fríos es buena y recomendable, pero exige la manutención de la reflectividad del techo con limpieza y pintura. Finalmente, la alternativa más sostenible es la de instalar aislantes térmicos (ej. placas de poliestireno extruido) debajo de la cubierta. La presencia de aislantes abajo del techo mantiene la temperatura interna del aislante mucho más baja que la temperatura del techo, disminuyendo significativamente la ganancia de calor para el interior de la caseta. Considere el momento específico del día en que la radiación solar sea de cerca de 1000 W/m2. Solamente para ilustrar la situación(2), tomé algunos valores para realizar los cálculos de balance de energía para la caseta de pollos: velocidad de ventilación de 3.5 m/s, asumiendo una cubierta oscura (reflectividad solar de 0.2), con condiciones externas de viento que causan el coeficiente de convección de calor externo de 2 W/m2.K.

FIGURA 3. Balance energético sin aislante y sin lona.

El balance energético calculado para la situación sin aislante y sin lona se encuentra en la Figura 3. El balance energético en la cubierta es tal que una gran cantidad de calor (511 W/m2) pasa para dentro de la caseta. Parte de este calor entra en la caseta por convección de la cubierta para el aire en movimiento (232 W/m2) y la otra parte entra en la caseta por radiación térmica de la superficie caliente de la cubierta (279 W/m2). En esta situación la cubierta se encuentra a una temperatura de aproximadamente 63°C. El aire, que asumimos entra en la caseta a 20°C, se calienta en su viaje al interior de la caseta hacia los extractores a una temperatura de 28°C. Si asumimos que la diferencia de temperatura del aire no deba ser más grande que 3°C, y asumiendo también una distribución linear de la temperatura, podemos concluir que 5/8 (63%) de los pollos en la caseta se encuentran bajo estrés térmico.

FIGURA 4. Balance energético sin aislante y con lona.

La instalación de la lona entre la cubierta y los pollos, que no es un aislante térmico, existe para crear las condiciones de viento uniformes en la caseta. Una vez que separa la cubierta de los pollos, disminuye la transferencia de calor entre la cubierta y los pollos, y también con el aire. Para crear las condiciones de la transferencia de calor en esta situación, utilizamos mediciones de la temperatura de la lona en la condición abajo. Asumiendo una temperatura de la lona de 50°C, la transferencia de calor por convección baja a 158 W/m2 y por radiación baja a 165 W/m2. Como la temperatura de salida por los extractores pasa a ser de 26°C, ahora cerca de mitad de los pollos se encuentran bajo estrés térmico. Es decir que, aun que la instalación de la lona baja la ganancia de calor de la cubierta para la caseta, todavía la condición térmica de los pollos no es ideal en una situación de calor.

FIGURA 5. Balance energético con aislante de XPS de 25 mm bajo la cubierta.

Finalmente, la instalación de un aislante térmico de 25 mm de XPS (resistencia térmica de 0.89 m2.K/W) disminuye de forma significativa la ganancia de calor como se ve en la Figura 5. Con la disminución de la ganancia de calor por la techumbre, la temperatura del aire sube solamente 3°C, condición que permite un confort térmico mejor en los pollos. Con la disminución de la ganancia de calor, la temperatura interior del aislante es más baja, disminuyendo también la carga térmica por radiación para los pollos.

Una comparación del calor que los extractores tienen que remover de la caseta para las condiciones de la cubierta simuladas en este artículo se encuentra en la Tabla 1.

TABLA 1. Calor que los extractores tienen que remover de la caseta en diferentes composiciones de la cubierta.

Cubierta Calor que hay que remover Porcentaje
Cubierta 499 W +160 W= 659 W 100%
Cubierta + Lona 323 W +160 W= 489 W 74%
Cubierta + Aislante (25 mm XPS) 90 W +160 W= 250 W 38%

CONCLUSIONES

Hacer el gerenciamiento de los flujos de agua, aire, vapor y calor es fundamental para crear condiciones favorables para casetas de pollo. Pollos sin confort térmico producen menos y consumen más comida para la cantidad de carne producida.

La comparación de las situaciones ilustradas en este artículo demuestra que la ganancia de calor por la cubierta para dentro de la caseta de pollos puede ser significativamente disminuida con la instalación de aislantes térmicos. La presencia de aislantes térmicos puede también traducirse en utilizar menos cantidad de ventiladores, menos número de horas de ventilación y mayor número de horas en condición de confort, aumentando así la productividad.

(1) Vea “The Effects of High-Air Velocity on Broiler Performance”, by J. D. Simmons, B. D. Lott, and D. M. Miles en https://naldc.nal.usda.gov/download/12257/PDF.

(2) Diferentes condiciones llevarán a números diferentes. La idea es solamente comparar condiciones típicas de cubiertas de casetas de pollo.

Para sugerencias y/o comentarios, favor de enviarnos un mensaje a través de nuestro sitio web: www.owenscorning.com.mx

Artículo publicado en Los Avicultores y su Entorno Agosto-Septiembre 2018