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(^1) Parte da dissertação de mestrado do primeiro autor, apresentada à Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA/USP).
2 Projeto financiado pela FAPESP e pela CAPES. 3 Zootecnista, aluna de doutorado da FZEA/USP, Pirassununga - SP, Cx. Postal.: 23, Fone: (0XX19) 35654176, e-mail: martello@usp.br Engo^ Civil, Prof. Associado, Departamento de Zootecnia, FZEA/USP, Pirassununga - SP, Bolsista CNPq PQ 2C. (^4) Zootecnista, Pesquisadora do Pólo Regional de Desenvolvimento Tecnológico dos Agronegócios do Centro Leste, IZ/Ribeirão Preto -
5 SP. Zootecnista, aluno de doutorado da FZEA/USP. (^6) Eng. Agrônomo, aluno de mestrado da FZEA/USP. Recebido pelo Conselho Editorial em: 13-6- Aprovado pelo Conselho Editorial em: 5-5-
AVALIAÇÃO DO MICROCLIMA DE INSTALAÇÕES PARA GADO DE LEITE COM
DIFERENTES RECURSOS DE CLIMATIZAÇÃO^1
LUCIANE S. MARTELLO^2 , HOLMER SAVASTANO JÚNIOR^3 , MARIA DAS G.
PINHEIRO^4 , SAULO DA L. E SILVA^5 , LUIZ C. ROMA JÚNIOR^6
RESUMO : Este trabalho foi realizado no verão de 2002 e teve como objetivo avaliar a influência de alguns recursos de climatização no microclima interno das instalações. Foram utilizadas três instalações: i) controle; ii) com aspersão associada à ventilação, e iii) com tela de sombreamento. Os dados climáticos de cada instalação foram registrados e, posteriormente, calculados os índices de temperatura e umidade, do globo negro e umidade e a entalpia. Foram selecionados e analisados 26 dias com entalpia elevada. Os índices de temperatura e umidade (ITU) e de temperatura do globo e umidade (ITGU), nos horários mais quentes do dia, diferenciaram-se para a instalação climatizada (ii), que apresentou melhor desempenho em relação às demais. A entalpia menor foi observada no tratamento com tela (iii).
PALAVRAS-CHAVE : estresse calórico, gado de leite, índice de conforto térmico.
EVALUATION OF DAIRY HOUSING ENVIRONMENT WITH DIFFERENT CLIMATIC
SYSTEMS
SUMMARY : This work was carried out during the summer of 2002 and the objective was to evaluate the influence of some cooling systems inside a housing. Three housing systems were used: i) control housing; ii) housing with mist and fans, and iii) shade cloth. The climatic data of each housing were registered to calculate the temperature humidity index (THI), the black globe humidity index (BGHI) and the enthalpy. Twenty six days with high enthalpy were selected and analyzed. Temperature humidity index (THI) and black globe humidity index (BGHI), in the hottest registration times, were able to differentiate the climatic housing, which shows better performance than the others. The lower enthalpy was observed in the shade cloth treatment.
KEYWORDS : heat stress, dairy cow, thermal comfort index.
Luciane S. Martello, Holmer Savastano Júnior, Maria da G. Pinheiro et al. 264
INTRODUÇÃO
Os elementos climáticos, tais como temperatura, umidade relativa e vento, entre outros, interferem significativamente na produtividade. Essa influência é mais intensa na utilização de animais geneticamente melhorados. A produção ótima dependerá, em grande parte, de construções e de manejo adequados que contornem os efeitos provocados pelo ambiente.
Existem vários indicativos para caracterizar o ambiente em termos de conforto e bem-estar animal, entre os quais estão os índices de conforto térmico, determinados com base nas variações dos valores das variáveis climáticas. A utilização de um índice de avaliação do conforto para determinada espécie animal, portanto, deve considerar, além das características inerentes ao animal, o tipo de ambiente (aberto ou fechado) e a importância relativa de cada elemento meteorológico envolvido. A dificuldade do uso generalizado dos índices ocorre pelo motivo de que alguns deles têm o objetivo de determinar a adequação de um ambiente com relação a uma atividade ou a um tipo específico de animal.
O índice de temperatura e umidade (ITU) foi desenvolvido originalmente por THOM (1959) como um índice de conforto térmico humano. Posteriormente, JOHNSON et al. (1962) e CARGILL & STEWART (1966) observaram quedas significativas na produção de leite de vacas, associadas ao aumento no valor de ITU. De acordo com BUFFINGTON et al. (1981), é o índice mais utilizado pela maioria dos pesquisadores para avaliação do conforto em animais, em razão da facilidade de obtenção dos dados de temperatura e umidade relativa do ar, variáveis inseridas na fórmula do ITU. JOHNSON (1980) considerou que ITU a partir de 72 apresentava situação de estresse para vacas holandesas.
O índice de temperatura do globo e umidade (ITGU) foi desenvolvido por BUFFINGTON et al. (1981) como um índice ambiental para a caracterização do conforto térmico de vacas leiteiras expostas a ambientes com radiação solar direta e indireta. No cálculo do ITGU, considera-se a temperatura do globo negro substituindo a temperatura do bulbo seco na equação do ITU. De acordo com KELLY & BOND (1971), sob condições de clima tropical, o animal pode estar exposto a carga térmica radiante, com alto nível de desconforto. Nesse caso, o ITU não reflete o ambiente térmico e não seria o mais adequado para avaliar o desconforto e as subseqüentes perdas na produção sob essas condições.
As limitações para obtenção de altos índices zootécnicos, no Brasil, decorrem do fato de animais geneticamente desenvolvidos em clima mais ameno serem alojados em ambientes de clima quente, porém em instalações projetadas com base em conceitos construtivos provenientes daquele clima (NÄÄS & SILVA, 1998).
A melhor sombra é proporcionada pelas árvores, isoladas ou em grupos (SILVA, 1988 citado por BACCARI, 1998). Porém, na ausência dessas, lança-se mão de sombras artificiais, do tipo móvel ou permanente. A móvel, como a tela de fibra sintética (polietileno), em conjunto com estruturas simples de metal ou madeira, pode prover de 30 a 90% de sombra de acordo com a abertura da rede.
Basicamente, a climatização de ambientes, por meios artificiais, dá-se por aspersão de água na cobertura, ventilação forçada, nebulização ou aspersão de água nos animais, associados ou não uns aos outros. BACCARI (2001) e BRAY et al. (1994) classificaram os sistemas de resfriamento evaporativo (SRE) em mist ou fog. No sistema mist , as gotas são maiores e vão evaporando à medida que caem no solo. No fog , as gotas ficam suspensas no ar e evaporam antes de tocar o solo. BUCKLIN & BRAY et al. (1998) relataram que o sistema fog é operado com pressurização acima de 1 MPa.
Embora a utilização de água para resfriar o ambiente de uma instalação proporcione efeitos benéficos, no que se refere principalmente à redução da temperatura do ar, alguns pesquisadores alertaram para problemas associados ao uso de água em regiões úmidas, ou melhor, em períodos chuvosos. SINGLETARY et al. (1996) observaram que, em períodos chuvosos, os sistemas de nebulização poderiam aumentar excessivamente a umidade relativa dentro da instalação, o que seria
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As três instalações apresentavam área com piquete adjacente descoberto, de 362 m^2 , e com características iguais no que se refere à estrutura construtiva da área de comedouro, a saber: pé-direito igual a 3,5 m, área de comedouro coberta acessível aos animais, de 3,8 x 9,8 m, telhado tipo duas águas, com estrutura metálica e telha de cimento-amianto de 5 mm de espessura e inclinação de 17%, sem pintura externa. A instalação-controle (ICO) contou com o sombreamento de 37,2 m^2 oferecido pela cobertura do comedouro com telha de cimento-amianto. Na instalação climatizada (ICL), foram instalados dois ventiladores e uma linha de aspersão ( mist ) a 3,0 m do solo, sobre os comedouros na área coberta, com oito bicos, eqüidistantes de 1 m, com vazão de 7,8 L h-1^ por bico. Os ventiladores foram programados para ligar a partir da temperatura do ar de 24 oC, e os aspersores eram acionados a partir da temperatura de 26 oC. No piquete da instalação com tela (IT), foi instalada uma cobertura de 60 m^2 de tela preta de polietileno com malha para 80% de sombra, colocada em camada única sobre estrutura de madeira, sem fechamento lateral e com pé-direito de 3,5 m.
Para cada tratamento, foram calculados os índices ITU e ITGU, descritos nas eqs.(1) e (2). ITU = TBS + 0,36 To + 41,5 (1) ITGU = TG + 0,36 To + 41,5 (2)
em que, TBS - temperatura do bulbo seco, °C; To - temperatura do ponto de orvalho, °C, e TG - temperatura do globo negro, °C.
Para a análise dos dados, selecionaram-se os dias em que a entalpia das 13 h, horário mais quente do dia, do tratamento-controle, esteve acima da considerada crítica. Entalpia é a variável física que indica a quantidade de calor contida em uma mistura de ar seco (NÄÄS et al., 1995).
Considerou-se crítica a entalpia a partir de 63,5 kJ kg-1^ de ar seco, obtida a partir da temperatura de 24 oC e da umidade relativa do ar de 76% (JOHNSON & VANJONACK, 1976). Foram observados 26 dias nessa condição e toda análise refere-se a esses dias. Para o cálculo da entalpia, utilizou-se o programa computacional PsyCalc 98 ^ (Monterrey Institute of Technology), que considera a temperatura do bulbo seco (oC), a umidade relativa do ar (%) e a pressão barométrica local, cuja média adotada foi de 603,14 mm Hg.
Para a obtenção das temperaturas do bulbo seco (TBS), foram utilizados termômetros de coluna de mercúrio, com escala de -30 a +50 oC e sensibilidade de 1 oC. Para a coleta de temperatura do globo (TG), foram utilizados termômetros de globo, confeccionados com bóias plásticas (NÄÄS & ARCARO JÚNIOR, 2001) esféricas de 22,3 cm de diâmetro externo, pintadas com tinta preta fosca, sendo inseridos em seu interior termômetros de mercúrio, com escala variando de -10 a +60 oC e sensibilidade de 1 oC. A inserção foi feita de tal modo que o reservatório de mercúrio do termômetro ficasse no centro geométrico da esfera. Para a medida da umidade relativa (UR), utilizou-se um termoigrômetro com escala de 0 a 100% e precisão de 5%. Os equipamentos foram instalados a 1,80 m do solo, em todos os tratamentos.
As análises dos efeitos dos tratamentos foram realizadas por meio do procedimento Mixed do programa SAS (1998), e as médias dos tratamentos foram comparadas por quadrados mínimos, ajustados pelo teste de Bonferroni.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1, encontram-se os valores médios dos parâmetros climáticos para cada tratamento (instalação), nos diferentes horários. Houve interação entre instalação e hora (p < 0,01).
Avaliação do microclima de instalações para gado de leite com diferentes recursos 267
Com relação à TBS, nas três instalações, no horário das 8 h, os valores estiveram dentro da faixa de conforto para vacas em lactação, considerada entre 4o^ e 24 oC por NÄÄS (1989). ARCARO JÚNIOR et al. (2001) também compararam três sistemas de instalação, no período de maio a outubro, e não observaram diferenças nas TBSs entre os tratamentos nesse mesmo horário. Os valores relatados pelos autores foram 19,3; 19,0 e 18,4 oC para instalações com sombra desprovida de equipamentos de climatização, sombra mais ventilação e sombra com ventilação e aspersão, respectivamente.
TABELA 1. Médias das temperaturas do ar (TBS) e temperatura do globo negro (TG), em oC, e umidade relativa (UR), em %, nos tratamentos-controle (ICO), climatizado (ICL) e tela (IT), nos diferentes horários Tratamentos Variáveis Horários ICO ICL IT 8 h 23,7a^ 23,0a^ 23,8a 11 h 29,3a^ 26,4b^ 30,8a 13 h 30,8a^ 26,9b^ 31,4a
TBS
17 h 27,0a^ 25,5a^ 27,0a 8 h 24,1AB^ 23,2B^ 25,8A 11 h 30,0A^ 26,7B^ 30,6A 13 h 31,8A^ 27,4B^ 32,4A
TG
17 h 27,3A^ 25,7A^ 28,3A 8 h 83,1a^ 87,0a^ 77,1b 11 h 62,7b^ 73,7a^ 56,8b 13 h 56,5b^ 71,2a^ 49,8b
UR
17 h 69,4ab^ 77,1a^ 62,8b Médias seguidas de letras minúsculas distintas na mesma linha e maiúsculas na mesma coluna diferem (p < 0,01) pelo teste de Bonferroni.
As temperaturas mais elevadas foram observadas às 11 e às 13 h nas três instalações. Os equipamentos de climatização propiciaram, nesses horários, reduções na TBS de 2,9 e 3,9 oC (10 e 13%), respectivamente, em relação ao tratamento ICO. FRAZZI et al. (1997) compararam instalações equipadas com ventiladores associados a aspersores e instalações somente com ventiladores e observaram reduções de até 3 oC na TBS do tratamento com ventiladores e aspersores em relação ao outro tratamento.
Ressalta-se, entretanto, que às 11 e às 13 h, mesmo sob influência dos equipamentos, as temperaturas no tratamento ICL mantiveram-se 0,4 e 0,9 oC, respectivamente, acima da considerada por HUBER (1990) como estressante para vacas em lactação (26 oC). Isso pode indicar que os equipamentos (ventiladores e aspersores) devam ser acionados antes de a temperatura do ar atingir o limite crítico para as vacas.
Para a temperatura do globo negro, às 8 h, o microclima do tratamento ICL não estava sob a influência dos equipamentos de climatização, o que justifica o fato de as médias de ICL e ICO não terem diferido estatisticamente entre si (Tabela 1). Já, entre os tratamentos ICL e IT, ocorreu diferença (p < 0,01) de 2,6 oC. Às 11 h, observou-se diferença significativa (p < 0,05) entre o tratamento ICL e os tratamentos ICO e IT, sendo que ICO e IT não apresentaram diferença entre si. A redução de 3,3 e 3,9 oC, na TG do tratamento ICL, em relação ao ICO e IT, nessa ordem, deveu-se, provavelmente, à eficiência dos equipamentos de climatização. De acordo com GUISELINI et al. (1999), a redução de 0,5 oC em ambientes abertos, similares às instalações do presente trabalho, tem influência considerável no conforto térmico do ambiente.
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FIGURA 2. Médias e erro-padrão das médias de entalpia das diferentes instalações nos horários analisados.
Em casos de mudança de umidade relativa, para uma mesma temperatura, a energia envolvida nesse processo se altera e, conseqüentemente, a troca térmica que ocorre no ambiente também sofre alteração. Isso foi bastante evidente no tratamento IT, sobretudo às 8 e às 17 h, em que a entalpia foi menor, embora as TBSs dos três tratamentos fossem semelhantes. Essa menor entalpia no tratamento IT, provavelmente, deveu-se às menores umidades relativas registradas nesses horários, em comparação com os outros dois tratamentos.
Ressalta-se, também, que as menores (p < 0,01) temperaturas do ar do ICL, nos horários mais quentes (11 e 13 h) do dia (Tabela 1), não permitiram manter um valor de entalpia também menor, comparado às outras duas instalações. Tal fato deve ter ocorrido em razão das altas umidades relativas registradas no ICL nesses horários.
O uso da intermitência nos equipamentos de aspersão parece favorecer o equilíbrio da umidade relativa dentro das instalações climatizadas (ROMA JÚNIOR et al., 2001), sobretudo ao se considerar a inércia da entalpia em uma instalação semi-aberta. No entanto, no presente trabalho, o equipamento utilizado não permitia intermitência, o que, provavelmente, contribuiu para a alta umidade dentro da instalação ICL. Estudos adicionais seriam de interesse, a fim de determinarem períodos adequados de intermitência, considerando-se a espécie animal, a localização (região), a época do ano, a operacionalidade e os custos do sistema de resfriamento.
A análise desses dados indicou que a utilização de coberturas com tela de 80% de sombreamento foi uma boa opção para a redução da entalpia em períodos críticos, uma vez que, dentre as instalações estudadas, a IT foi a que apresentou entalpia média menor, em valores absolutos.
Foi observada uma iteração significativa entre instalação e hora (p < 0,01) em relação ao ITU (Figura 3). Às 8 h, as médias de ITU foram 72,2; 71,8 e 71,8 para ICO, ICL e IT, respectivamente, sem diferença entre os tratamentos.
Às 11 h, observou-se ITU de 78,2; 75,3 e 77,9, nos tratamentos ICO, ICL e IT, respectivamente. O ITU do tratamento ICL foi menor (p < 0,01) do que o dos tratamentos ICO e IT, sendo que estes últimos não apresentaram diferença significativa entre si. Às 13 h, a média do tratamento ICL foi menor (p < 0,01) que a dos tratamentos ICO e IT (75,7; 79,4 e 79,5, respectivamente). As médias de ICO e IT não diferiram entre si.
Horário
entalpia (kJ kg
-^
de ar seco)
Controle Climatizado Tela
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FIGURA 3. Médias e erro-padrão das médias do índice de temperatura e umidade das diferentes instalações nos horários analisados.
Provavelmente, os maiores valores de ITU no ICO e no IT, às 11 h e às 13 h, ocorreram em razão das altas TBSs registradas nesses horários, uma vez que as URs estiveram abaixo de 70%. NÄÄS & ARCARO JÚNIOR (2001) relataram que a melhor maneira de resfriar o ambiente destinado a animais em lactação seria pelo uso da água, desde que a UR estivesse até o limite aproximado de 70%.
Embora o tratamento ICL tenha apresentado valores de ITU menores que os dos demais tratamentos, esses valores encontraram-se acima do limite crítico (72) para vacas em lactação (HAHN, 1985 e JOHNSON, 1980), possivelmente em razão das altas URs registradas nessa instalação. Nesse ponto, ressalta-se o desafio de climatizar o ambiente por meio da aspersão ( mist), sobretudo nos períodos de ocorrência de altas URs no ambiente externo. Às 17 h, as médias foram 75,6; 74,3 e 74,8, para ICO, ICL e IT, respectivamente, e não apresentaram diferença significativa entre si.
Para o ITGU, foi observada uma interação significativa (p < 0,01) entre instalação e horário (Figura 4). Às 8 h, as médias de ITGU foram 73,2; 72,2 e 74,2, para ICO, ICL e IT, respectivamente, sem diferença significativa entre eles. Às 11 h, observou-se que o ITGU do tratamento ICL foi menor (p < 0,01) do que os dos tratamentos ICO e IT (75,9; 79,2 e 79,2, respectivamente).
Às 13 h, os tratamentos ICO, ICL e IT apresentaram médias de ITGU de 80,9; 76,7 e 80,7, respectivamente. Observou-se que o valor para o tratamento ICL foi menor (p < 0,01) do que os dos tratamentos ICO e IT, e que os dois últimos não apresentaram diferença significativa entre si. Os valores do tratamento ICO foram próximos dos relatados por SLEUTJES & LIZIERIE (1991), que encontraram, em tardes quentes de verão (TBS de 30 a 38 oC), ITGU de 82,2 para instalação aberta e bem ventilada, com pé-direito alto e comedouro coberto com telhas de cimento-amianto.
Às 17 h, não foi observada diferença entre os três tratamentos, que apresentaram médias de 76,3; 74,8 e 76,4 para os tratamentos ICO, ICL e IT, respectivamente.
Destaca-se que, nos horários mais quentes, o ICL apresentou valores de ITGU menores (p < 0,01) em comparação aos outros dois tratamentos, em razão dos efeitos provocados pelo funcionamento dos ventiladores e dos aspersores.
70
72
74
76
78
80
82
8 11 13 17 Horário
Índice de Temperatura e Umidade
Controle Climatizado Tela
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