Lechería: Ejemplo sistema refrigeracion

A continuación expondremos un ejemplo tomado de Tyson (2008). Consideremos una nave con las siguientes características:

4 fílas de cubículos capaz de albergar 200 vacas de ordeño, en cuatro grupos de 50 cubículos cada uno (Figura 21).
Las dimensiones exteriores de esta nave son 100 m (longitud) x 32 m (ancho) x 4,5 m (altura en alero).
Cada uno de los cuatro grupos dispone de un comedero de 45 m de longitud.
El caballete tiene 1 m de anchura.
La orientación del edificio es EsteOeste y la dirección de los vientos dominantes es Suroeste.
Está situado en un campo abierto, llano y sin obstrucciones hasta al menos 60 m del lado del viento dominante.
Por cada grupo de 50 cubículos se dispone de un comedero de 45 m de longitud.
En la zona donde se sitúa la nave, se ha determinado la media de horas anuales para determinados rangos de temperaturas (Tabla 1).

Paso 1. Calidad de la ventilación (ver Tabla 14)

Se calcula el factor de Ventilación Natural (FVN). Para calcular la superficie lateral abierta por animal, (A_c) se asume que el 65% del área lateral es abierta. Por tanto:

A_c= (4,5 x 100 x 0,65)/200 = 1,46 m²/vaca > 1

R_w= 100 cm/32 m = 3,125 cm/m > 3,

lo que supone que este factor de riesgo tiene un valor 1.

El edificio tiene una orientación diagonal respecto a los vientos dominantes, lo que otorga a este factor de riesgo un valor de 2
Finalmente, el edificio está situado en una zona expuesta al viento, sin obstáculos, por lo que este factor de riesgo tiene un valor de 1.

Por tanto, la suma de los tres valores da un total de 4, lo que indica que la nave tiene una ventilación natural de calidad.

Figura 21. Nave con capacidad para 200 cubículos (a partir de Tyson, 2010)

Tabla 1. Media de horas anuales en determinados rangos de temperatura

Paso 2. ¿Se necesita refrigeración por convección adicional?

Para evaluar esta necesidad se puede utilizar el modelo de Balance de Calor de la Vaca (CHB). El modelo CHB calculado para un período de 24 horas entre el 15 de julio y el 15 de Agosto en la zona considerada en el ejemplo rebela que cuando no se proporciona ningún sistema adicional de enfriamiento el edificio tiene un total de 22 períodos CHB (91%) mayores de cero, por lo que se precisa instalar este sistema.

Paso 3. Ventilación túnel o ventilación convencional

Con un FVN de 4 para este edificio, puede asumirse que no habrá diferencia entre un sistema y otro a la hora de refrigerar por convección. Por tanto, es necesario realizar un análisis de costes entre los dos sistemas:

Ventilación túnel diseñado para conseguir una velocidad de aire de 2,5 m/s

Sección transversal: 32 m x 4,5 m = 144 m²

Caudal de ventilación:

144 m² x 2,5 m/s = 360 m³/s = 21.600 m³/min

Se instalarían ventiladores de 700 m³/min de caudal, con una potencia unitaria de 1,2 kW, y un coste de 1.000 €/ventilador.

Número de ventiladores:

(21.600 m³/min)/700 m³/min y ventilador= 31 ventiladores.

Si los ventiladores fuesen instalados al final de cada fachada, deberá instalarse un número idéntico en cada una, por lo que instalaríamos un total de 32 ventiladores. (Figura 22).

La otra opción es instalar ventiladores de tipo axial separados 10 veces su diámetro (p.ej. 1,2 m), es decir, cada 12 metros en el centro de las filas de cubículos y a lo largo de la línea de los comederos. Se necesitaría 40 ventiladores, de 1,0 kW de potencia y un coste de 400 €/ventilador (Figura 23).

Para estimar el coste de funcionamiento podemos utilizar la Tabla 1, según el número de horas en que las temperaturas se sitúan en determinados rangos térmicos.

La ventilación túnel funcionaría cuando la temperatura fuese ≥ 15ºC2.
En cuanto a l sistema de ventiladores de tipo axial, consideraremos tres situaciones:

1/3 de los ventiladores funcionarían entre 15 y 18ºC.
2/3 de los ventiladores funcionarían entre 18 y 20ºC.
Todos los ventiladores funcionarían cuando la temperatura fuese superior a 20ºC.

El coste de funcionamiento de ambos sistemas se expone en la Tabla 2.

En este caso, la elección parece clara a favor del uso de ventiladores axiales.

Paso 4. Ventiladores axiales o ventiladores HVLS (Alto Volumen - Baja Velocidad)

Se considera la instalación de 12 ventiladores HVLS de 7,5 m de diámetro separados 2 veces su diámetro (15 m) (Figura 24).
Los ventiladores entrarían en funcionamiento a 15ºC, por tanto, durante 3.100 horas anuales.
Cada ventilador cuesta 4.000 € y tiene una potencia de 2,0 kW.

El coste de instalación y funcionamiento se expone en la Tabla 3.

En este caso, el alto coste de la instalación no parece compensar el menor coste de funcionamiento, por lo que se mantendría la decisión de instalar ventiladores axiales.

Paso 5. Determinar si se requiere refrigeración evaporativa

Con el mismo procedimiento que en el paso 3, se necesita reevaluar el Balance Térmico de la Vaca (CHB) teniendo ahora en cuenta que a la instalación se le ha añadido un sistema de refrigeración por convección. El cálculo del CHB rebela que sin refrigeración evaporativa la nave tendría un total de 16 periodos CHB (67%) mayor que cero, por lo que se necesita una instalación para refrigerar el aire por evaporación de agua.

Figura 22. Ventilación en túnel (a partir de Tyson, 2010)

Figura 23. Instalación de ventiladores axiales en líneas de comederos y de cubículos (a partir de Tyson, 2010)

Tabla 2. Coste de instalación y de funcionamiento de la alternativa ventilación túnel vs ventiladores axiales

Figura 24. Ventilación mediante ventiladores HVLS (a partir de Tyson, 2010)

Tabla 3. Coste de instalación y de funcionamiento de los ventiladores HVLS

Paso 6. Refrigeración Directa o Indirecta

Puesto que en los pasos 3 y 4 se tomó la decisión de utilizar ventilación natural junto con ventiladores axiales para aumentar la circulación del aire, el sistema de refrigeración por evaporación queda limitado a un sistema de refrigeración directo.

Paso 7. Refrigeración evaporativa continua o cíclica

Para evaluar esta opción, el modelo CHB se utilizó asumiendo los siguientes criterios:

Enfriamiento evaporativo continuo cuando la tª ≥ 21ºC
Enfriamiento periódico en el corral de espera al ordeño y en el pasillo de salida de la sala de ordeño durante éste: 6:00 a 10:00 horas y de 18:00 a 22:00 horas. Se asignó un factor de enfriamiento directo (HAPdc) de 2 para estos períodos de ordeño si tª ≥ 20ªc.

El enfriamiento periódico sólo redujo un 6% el número de períodos CHB positivos mientras que el enfriamiento continuo redujo este número en un 62%, por lo que la decisión es instalar un sistema de refrigeración evaporativa que funcione continuamente cuando la temperatura suba del valor antes indicado.

Se proponen tres ciclos de funcionamiento del sistema según la temperatura alcanzada. En cada ciclo hay un minuto de aspersión y ventilación durante todo el tiempo

4 ciclos/hora (1/15 min) cuando la tª ≥ 21ºC y < 27ºC
6 ciclos/hora (1/10 min) cuando la tª es ≥ 27ºC y < 32ºC
12 ciclos/hora (1/5 min) cuando la tª ≥ 32ºC

Podemos estimar el consumo de agua de este sistema de refrigeración a lo largo de un período de 31 días utilizado en el cálculo del CHB, consumo que se sintetiza en la Tabla 4.

Si se asume que el 50% del agua pulverizada no se evapora, esta agua se incorpora al volumen de deyecciones recogidas en los pasillos de alimentación de la nave, por lo que debería incrementarse el volumen de la fosa de deyecciones en la cantidad de 462.384 litros a lo largo de un período de 31 días, lo que debe considerarse en la evaluación de costes de recogida de deyecciones, sin olvidar tampoco la mayor producción de leche que se obtiene por la mejora de las condiciones ambientales del ganado.

Tabla 4. Consumo de agua para refrigerar evaporativamente la nave del ejemplo

8b. EJEMPLO SISTEMA REFRIGERACION - Image 1

Lechería: Ejemplo sistema refrigeracion

Aplicación de datos en tiempo real sobre el riesgo de estrés por calor en ensayos de campo de productos lácteos

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