Guías prácticas en producción porcina. Climatización de las instalaciones. Volumen II. Sistemas vent by Grupo Asís

DOSIER DE

PRESENTACIÓN GUÍAS PRÁCTICAS N PRODUCCIÓN PORCINA

SISTEMAS CON VENTILACIÓN NATURAL Y FORZADA Joan Escobet Riu

V O LU M E N D O S

Servet (División de Grupo Asís Biomedia S.L.) Centro Empresarial El Trovador, planta 8, oficina I Plaza Antonio Beltrán Martínez, 1 • 50002 Zaragoza (España) Tel.: +34 976 461 480 • Fax: +34 976 423 000 • www.grupoasis.com

Climatización de las instalacion s

La fuerza editorial de Grupo Asís La editorial Servet, perteneciente a Grupo Asís, se ha convertido en una de las editoriales de referencia en el sector veterinario a nivel mundial. Más de 15 años de experiencia en edición de contenidos veterinarios avalan su trabajo. Con una gran difusión nacional e internacional, las obras de su catálogo pueden encontrarse en multitud de países y ya han sido traducidas a más de ocho idiomas entre los que se encuentran el inglés, francés, portugués, alemán, italiano, turco, japonés y ruso. Su sello de identidad es un gran equipo multidisciplinar compuesto por doctores, licenciados en veterinaria y bellas artes y diseñadores especializados y con un gran conocimiento del medio en el que desarrollan su labor. Cada título se somete a un trabajo técnico y exhaustivo de revisiones, verificaciones y análisis que permite crear obras con un diseño único y un excelente contenido. Servet trabaja con los autores nacionales e internacionales más prestigiosos para incorporar a su catálogo los temas más demandados por el veterinario. Además de obras propias también elabora libros para empresas y entre sus clientes figuran las principales multinacionales del sector.

Guías prácticas en producción porcina

GUÍAS PRÁCTICAS EN PRODUCCIÓN PORCINA

VOLUMEN II. SISTEMAS CON

GUÍAS PRÁCTICAS N PRODUCCIÓN PORCINA

Climatización de las instalacion s SISTEMAS CON VENTILACIÓN NATURAL Y FORZADA

V O LU M E N D O S

Climatización de las instalaciones

Joan Escobet Riu

VENTILACIÓN NATURAL Y FORZADA

AUTOR: Joan Escobet Riu. FORMATO: 17 x 11 cm. NÚMERO DE PÁGINAS: 78. NÚMERO DE IMÁGENES: 110. ENCUADERNACIÓN: tapa rústica, wire-o.

PVP

35 €

Este manual pretende ser una herramienta útil y práctica dirigida a todas las personas relacionadas directa o indirectamente con la producción porcina (ganaderos, técnicos, veterinarios, gerentes, propietarios, estudiantes…) que tengan la inquietud de adquirir o afianzar conocimientos sobre el control de la climatización de las instalaciones con una finalidad: conseguir las mejores condiciones ambientales para la producción, rentabilidad y bienestar de los animales. En este segundo volumen se tratan todos los aspectos relevantes en cuanto al diseño y manejo de sistemas con ventilación natural y forzada. Los contenidos se basan en los 10 años de experiencia del autor como asesor de control ambiental y energético en granjas de porcino y en sus 25 años de experiencia en el sector.

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Climatización de las instalaciones

Presentación de la obra El objetivo global del control de la climatización es obtener y mantener “una instalación confortable que ahorra energía” mediante una estrategia de optimización para conseguir el confort/rendimiento de los animales y el ahorro/eficiencia energética de las instalaciones. Este objetivo es aplicable a todos los niveles, tanto en nuevos proyectos como en instalaciones que están operando, y desde explotaciones familiares hasta grandes empresas de producción del sector. Para conseguir estandarizar el manejo y diseño de las instalaciones de climatización, tanto natural como forzada, en este manual se desarrollan las cuestiones descritas a continuación, que se completan con todos aquellos aspectos relacionados con el ambiente y los factores ambientales de riesgo, detallados en el primer volumen de la obra. En este segundo volumen se muestran, por un lado, aspectos prácticos e importantes para una auditoría de un sistema de ventilación forzada y cómo adaptarlo a las instalaciones de cada usuario. Se incluirán, a su vez, recomendaciones sobre el diseño y funcionamiento adecuados de las múltiples opciones que tenemos en el mercado. Los principales puntos de análisis serán el diseño funcional de la sala (volumen y superficie útil, suelo, distancia y espacio de flujo, obstrucciones, etc.), el diseño constructivo de la sala (aislamiento térmico, puentes térmicos, estanqueidad, etc.) y los equipos instalados, como entrada de aire, ventilador, calefacción y refrigeración (elección, diseño, dimensionado y funcionamiento), para conseguir finalmente que el sistema trabaje en armonía con las instalaciones en perfecto estado de uso. Se describirá también cómo adaptar en nuestra propia explotación un plan de vigilancia del sistema, con una regulación, monitorización y mantenimiento correctos. Por otro lado, se describirá cómo funciona un sistema de ventilación natural, con recomendaciones prácticas para manejarlo en las granjas existentes, y cómo evitar errores de diseño en futuros proyectos. Conoceremos que la ventilación natural es compleja y está limitada por las condiciones ambientales exteriores del edificio (emplazamiento, orientación eólica, obstáculos eólicos, orientación solar, etc.), el diseño constructivo (aislamiento térmico, estanqueidad, etc.) y el diseño funcional de las naves (volumen y superficie útil, tipo de suelo, pendiente de la cubierta, etc.). Se incluirán recomendaciones sobre diseño, necesidades y manejo para optimizar la ventilación, tanto con calor exterior (ventilación horizontal/cruzada entre aberturas laterales con viento exterior) como con frío exterior (ventilación vertical/chimenea por diferencias en la densidad del aire). Además, se ofrecerán soluciones que se puedan adaptar a las granjas de cada usuario, como por ejemplo sistemas híbridos de ventilación. Finalmente, se presentarán y recomendarán los sistemas pasivos para mejorar una instalación de ventilación natural, ya que son fáciles de adaptar y cumplen una prioridad importante: que la reforma sea económica, eficiente y con un coste de funcionamiento prácticamente nulo.

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Climatización de las instalaciones

El autor Joan Escobet Riu

Ha ejercido su actividad profesional en varias empresas relacionadas con el sector porcino. En primer lugar en PIC España S.A. (1990–1999), donde llegó a ser Director de Producción Contratada. En ese periodo realizó una estancia profesional en Estados Unidos y México para conocer la producción porcina en grandes explotaciones con sistemas de producción en tres fases (Isowean®) para implantarlo posteriormente en España. Desde 1999 hasta 2003 ocupó el cargo de Director de Producción en SAT Suis para dirigir, coordinar y estructurar un área de nueva creación. Fue Responsable de Producción de la empresa Danbred España S.L. (2003–2006), etapa en la que realizó una estancia profesional en Dinamarca para conocer la organización y el programa sanitario y genético del sistema de producción danés, con el objetivo de planificar y desarrollar la puesta en marcha y las tareas de la empresa en España. En octubre de 2006 se incorpora al equipo de Marco i Collell S.L., actualmente Marco Vetgrup S.L., especializándose en control ambiental y energético en granjas, además de realizar las diferentes tareas propias de la empresa. Actualmente ejerce su actividad profesional por cuenta propia en Confort Porcino®, continuando con la especialización para ofrecer el mejor servicio posible en control ambiental y energético en granjas de porcino. Ha realizado multitud de cursos y artículos en revistas y ha colaborado en la realización de varios libros. Imparte cursos y conferencias sobre producción porcina, alojamientos e instalaciones porcinas y control ambiental.

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Licenciado en Veterinaria por la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Profesor del Máster de Sanidad y Producción Porcina de la Universidad de Lleida, Universidad de Zaragoza y Universidad Complutense de Madrid.

Servicios de comunicación Sitio web Visualización online del capítulo promocional. Archivo pdf del dosier de presentación. Presentación del autor. Visualización y descarga de pdf compatible con dispositivos móviles.

Comunicación en medios Anuncio. 1 Entrevista al autor. 1 Nota de prensa.

www.grupoasis.com/promo/climatizacion_porcino_vol_2

Consultar condiciones.

GUÍAS PRÁCTICAS N PRODUCCIÓN PORCINA

SISTEMAS CON VENTILACIÓN NATURAL Y FORZADA Joan Escobet Riu

V O LU M E N D O S

Climatización de las instalacion s

Índice de contenidos 1. Ventilación forzada Introducción Sistemas de ventilación forzada Sistemas de ventilación forzada por presión negativa Diseño general de un sistema para ventilación forzada Diseño funcional y diseño constructivo

Elección, instalación y evaluación de los equipos instalados Entrada de aire Salida de aire Calefacción Refrigeración Control del sistema

2. Ventilación natural Introducción Condicionantes iniciales de diseño Emplazamiento Emplazamiento para realizar ventilación natural Orientación eólica para generar efecto viento en verano Ausencia de obstáculos potenciales eólicos que reduzcan o anulen la ventilación Presencia de vientos locales o convectivos Orientación solar de las naves para reducir el sobrecalentamiento en verano Sombreo de fachadas

Diseño general de un sistema para ventilación natural Diseño funcional

Diseño constructivo Abertura lateral Necesidades Diseño

Abertura superior Necesidades Diseño general Ventilación por cumbrera Ventilación por chimenea ¿Chimenea o cumbrera?

Soluciones prácticas de diseño para mejorar la ventilación natural Influencia de la altura de la chimenea Influencia del material de la chimenea Influencia del viento exterior ¿Chimenea con/sin sombrero en la parte elevada? ¿Cómo mejorar la ventilación de la chimenea con viento exterior? ¿Cómo generar ventilación pasiva sin viento exterior?

Sistemas híbridos de ventilación Sistemas híbridos sin refrigeración evaporativa Sistemas híbridos con refrigeración evaporativa

Control del sistema

Ventilación forzada

Climatización de las instalaciones

Salida de aire Puntos críticos: elección, regulación y mantenimiento del ventilador para adaptarlo a las necesidades reales de la sala.

Conceptos importantes relacionados Un ventilador de calidad funciona mal por elevadas pérdidas de carga del sistema (manejo o mantenimiento inadecuados) 14

Entrada de aire que no abre

Panel de refrigeración obstruido

VENTILACIÓN FORZADA

Curva del ventilador y del sistema 1. Curva del ventilador Relación entre presión estática (Pa) y caudal (m3/h) medido en varios puntos. 2. Curva de pérdidas de carga del sistema Misma relación pero referido a la admisión de aire (entrada de aire, paneles de refrigeración, etc.). 3. Punto de trabajo del ventilador Punto de coincidencia de las dos curvas anteriores. 4. Conclusión Se necesita un equilibrio entrada de aire-ventilador (zona de trabajo idónea entre A y B).

300 250 Presión estática (Pa)

200 A

150

100

8088 m3/h

50 0

B 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Caudal (m3/h)

Figura 5. Importancia del equilibrio entre la entrada de aire y el ventilador.

Ventilación forzada

Climatización de las instalaciones

Elección objetiva del ventilador: recomendaciones Ver lo que ofrece el mercado. Existen muchos tipos de ventiladores según regulación, precisión, precio y eficiencia.

Modular (“on-off”)

Bajos costes de instalación Transiciones muy bruscas

Triac (voltaje)

Transiciones graduales Más caro y sensible a la presión

Control de caudal

Más precisión, más eficiente Más coste adicional (medidor de caudal)

Control inteligente

Más eficiente, menos consumo, más control Más coste adicional (electrónico)

Control de velocidad

Menos sensible a la presión, más control Más coste adicional (medidor rpm)

Control de frecuencia

Más eficiente, menos consumo, más control Más coste adicional (convertidor)

Figura 6. Tipos de sistemas de ventiladores que pueden encontrarse en el mercado por orden de precisión y eficiencia (1 a 6). Aspectos positivos (verde) y negativos (rojo).

VENTILACIÓN FORZADA

Elección con certificación objetiva para determinar el ventilador más adecuado según las necesidades.

Recomendaciones ◗

◗

◗ ◗ ◗

Debe ofrecer el caudal a la Pa real en granja (ver págs. 8–9): ◗ Caudal (m3/h): volumen de aire movido por unidad de tiempo en función de la presión (Pa). Fiable a la influencia de factores externos como el viento exterior: ◗ Ratio (fiabilidad): relación caudal 50 Pa/caudal 10 Pa. Elegir el más próximo a 1. Con viento, escoger ratio > 0,85. Funcionamiento eficiente: ◗ Relación entre volumen de aire movido (m3/h) por vatio (W). Elegir el de mayor caudal por vatio consumido. Debe obtener las necesidades mínimas y máximas de la sala (ver cap. 4, vol. 1). Valorar soporte técnico y mantenimiento eficaz y eficiente. El precio de compra tiene importancia relativa. Comprar por eficiencia.

Ventilación forzada

Climatización de las instalaciones

Importancia de obtener el caudal mínimo de ventilación (ventilación mínima) La ventilación mínima no se refiere a la velocidad mínima (rpm) que puede dar el ventilador, sino a la velocidad del ventilador para asegurar una renovación mínima eficaz. Cuando un ventilador va por debajo de una velocidad concreta no renovará el aire ni este realizará un recorrido correcto por la sala. Además, generará elevados consumos y riesgo de avería en el ventilador.

Recomendaciones ◗ ◗ ◗ ◗ ◗

Conocer el voltaje mínimo (V) que puede trabajar el ventilador. Medir la velocidad del ventilador (rpm). Regular ambos para generar la presión adecuada (Pa) para circular el aire. Monitorizar la ventilación mínima (ver págs. 42–43, vol. 1). En la práctica puede obtenerse la ventilación mínima de tres formas: ◗ Varios ventiladores activados por fases (fase 1 = ventilación mínima). ◗ Reducción del diámetro del ventilador con la velocidad adecuada (rpm). ◗ Sistemas que incorporan el control del caudal mínimo (manómetroanemómetro).

VENTILACIÓN FORZADA

Comprobaciones en granja Un ventilador con suciedad supone una reducción en su capacidad de al menos un 20 % (y mayor consumo). La persiana de sobrepresión exterior también debe estar en perfecto estado de uso. En caso contrario se produce una reducción del caudal ≥ 25 %.

Figura 7. (a) Limpieza periódica (a baja presión de agua o en seco). (b) y (c) Regulación (comprobar velocidad y voltaje de trabajo). (d) Extracción (monitorizar caudal según necesidades).

Ventilación natural

Climatización de las instalaciones

Soluciones prácticas de diseño para mejorar la ventilación natural Influencia de la altura de la chimenea ◗ Mediciones en la misma sala con distintas condiciones ambientales (primavera, verano, otoño, invierno).

Nº 6

Nº 4

Nº 5

Nº 2

Nº 3

Nº 1

◗ Diámetro de las chimeneas: 600 mm. ◗ Altura exterior de las chimeneas: Nº 1, 3 y 5: 0,63 m; Nº 2, 4 y 6: 1,45 m. ◗ Medición: caudal continuo durante 1 minuto, con promedio de tres mediciones consecutivas por chimenea.

VENTILACIÓN NATURAL

Diferencia Tªint-ext 13 ºC (marzo)

Diferencia Tªint-ext 1 ºC (julio)

735

45 %

1120 662 458

906 806

781 550

509

763

865

998

1171

1283

26 % Caudal (m3/h)

768

637

1169

1209 788

879

1095

1203

52 %

506

Altura: 0,63 m

890

Altura: 1,45 m

a Caudal (m3/h)

Promedio 0,63 m

Promedio 1,45 m

Nº 1

Nº 2

Nº 3

Nº 4

Nº 5

Nº 6

Nº 6 Nº 5 Nº 4 Nº 3 Nº 2 Nº 1 Promedio Promedio

Aumentando un 130 % la altura se genera un 52 % mayor ventilación (promedio anual). Mayor caudal en invierno y chimeneas elevadas, mayor variación de caudal en chimeneas bajas (45 % vs 26 %). Figura 25. (a) Mediciones realizadas en primavera, verano, otoño e invierno (media anual). (b) Mediciones realizadas con condiciones extremas (invierno-verano).

Ventilación natural

Climatización de las instalaciones

Influencia del material de la chimenea ◗ Medición en dos chimeneas con la misma altura (1,45 m), diámetro (600 mm) y color (negro mate), pero con distinto material (fibra vs metal). ◗ Medición: caudal continuo durante 1 minuto, con promedio de tres mediciones consecutivas por chimenea. 55,0 ºC

50,0 ºC

42,7 ºC

45,0 ºC

40,0 ºC

35,0 ºC

30,0 ºC 25,0 ºC

30,0 ºC

29,0 ºC

20,0 ºC

29,0 ºC

25,0 ºC

Metálica

45,0 ºC

50,0 ºC

45,5 ºC 54,4 ºC

15,0 ºC

Fibra

20,0 ºC

10,0 ºC

VENTILACIÓN NATURAL

Chimenea metálica

Chimenea fibra

869

835

865

1012

1033

19 %

1069 906

1018

La radiación solar calienta la superficie con material más conductor así como el aire interior, generando un caudal adicional del 19 % por convección natural.

Caudal (m3/h)

Medición 1

Medición 2

Medición 3

Promedio

Figura 26. Se utilizó acero inoxidable pintado con imprimación negra mate para absorber al máximo la radiación solar. Mediciones en julio con Tª aire exterior = 29 °C y velocidad del aire = 2 m/s. La superficie metálica se calienta más (Tª superficie) que la de fibra (45,5 °C vs 42,7 °C); la diferencia es mayor (54,4 °C vs 50 °C) en la zona donde más incide el sol (cara sur).

Ventilación natural

Climatización de las instalaciones

Viento en contra

Viento a favor

42 %

132 %

855 224

Las chimeneas altas responden mejor a la variación de caudal obtenido. La mayor altura de la chimenea hace que el viento exterior tenga menor influencia negativa y genera más uniformidad en la ventilación.

Mínimo

Máximo Promedio

Mínimo

Chimenea de 1,45 m

443

282 %

1028

1201

1481

82 %

1044

29 %

1283

1924

50 %

804 1038

Comprobar la acción del viento en la variación de caudal (mínimo-máximo) en chimeneas con distinta altura.

662

Influencia del viento exterior Caudal (m3/h)

Máximo Promedio

Chimenea de 0,63 m

Figura 27. Comparación de caudales en chimeneas de distinta altura (0,63 m vs 1,45 m) y mismo diámetro (600 mm). El viento puede favorecer la ventilación (depresión) o perjudicarla (sobrepresión) según su dirección (ascendente, horizontal o descendente) y tipo de viento (racheado, velocidad, etc.). Con chimeneas de 1,45 m, la variación de caudal es del 29 % (mínimo), 50 % (máximo) y 42 % (medio), mientras que con chimeneas de 0,63 m, la variación de caudal es del 282 % (mínimo), 82 % (máximo) y 132 % (medio). Para los valores absolutos mínima-máxima, la variación de caudal en chimenea de 1,45 m es del 140 %, mientras que en chimenea de 0,63 m es del 436 %.

VENTILACIÓN NATURAL

¿Chimenea con/sin sombrero en la parte elevada? Mediciones en la misma chimenea, con diámetro útil de 550 mm y altura de 2 m (1,5 m exterior y 0,5 m interior), y comparando caudales con y sin sombrero.

Medición 1 Medición 2 Medición 3 Con las mismas condiciones, la chimenea con sombrero ofrece un 28 % menos de caudal. El diseño es determinante, por lo que es mejor utilizar la chimenea libre.

Con sombrero Sin sombrero

703 m3/h 917 m3/h

737 m3/h 840 m3/h

763 m3/h 1054 m3/h

Promedio 734 m3/h 937 m3/h

Caudal medio en 30” de medición continua

Figura 28. Mediciones de caudal (a) con y (b) sin sombrero instalado utilizando las mismas condiciones exteriores (viento = 0,53 m/s, Tª = 25,5 °C y HR = 51,2 %) e interiores (1100 ppm CO2, Tª = 26,3 °C y HR = 64,2 %).

Ventilación natural

Climatización de las instalaciones

¿Cómo mejorar la ventilación de la chimenea con viento exterior?

777

0,63

998

32 %

54 %

Con sombrero 21 % 1215

Sin sombrero

1004

506

Después de instalar un sombrero bien diseñado, mejora el caudal un 21–54 % (según la altura), con una ventilación más uniforme (menos oscilaciones).

757

Instalación de un sombrero en chimenea con tres alturas distintas (0,63 m, 1,30 m y 2,75 m) para mejorar la ventilación con viento racheado entre 7 y 18 km/h.

Caudal (m3/h)

1,30 2,75 Altura de la chimenea (m)

Figura 29. (a) Uso del sombrero para mejorar la ventilación. Su diseño e instalación deben ser correctos. (b) Es muy importante asegurar su funcionamiento y regulación en la granja mediante pruebas de humo. (c) Efecto del viento en la chimenea: en chimeneas de 0,63 m se genera mayor caudal extra; la altura de la chimenea tiene una influencia determinante, ya que genera el mayor caudal con mayor uniformidad.

VENTILACIÓN NATURAL

¿Cómo generar ventilación pasiva sin viento exterior? En emplazamientos con viento exterior reducido puede generarse ventilación aprovechando la energía solar. Instalar una chimenea diseñada de obra (masa), excepto en la cara situada al “mediodía” (acristalada sin filtro), para provocar la introducción de la radiación solar y calentar la pared interior pintada de negro. Durante el día, el sol calienta la superficie interior (negro) por radiación, se calienta el aire dentro de ella, que genera una corriente de aire ascendente (convección). También se genera inercia térmica, y la ventilación se mantiene durante unas horas sin necesidad de sol. a

Figura 30. Prueba realizada para aprovechar la radiación solar mediante el diseño de (a) una chimenea que genera ventilación pasiva. (b) La orientación y características térmicas de la chimenea son cruciales para captar, conservar y utilizar la energía solar.

DOSIER DE

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SISTEMAS CON VENTILACIÓN NATURAL Y FORZADA Joan Escobet Riu

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