Operaciones Unitarias II

Modelado del Enfriamiento Evaporativo en Superficie Parcial En

Pollos

Estudiante: Guzmán Navarro Alejandra Selene

Jueves 31 de Agosto de 2017

Autores:

• Todayuki Yanagi Jr.

• Hongwei Xin

• Richard S. Gates

1. Departamento de Ingeniería Agrícola y Biosistemas, Universidad Estatal de Iowa

2. Departamento de Biosistemas e Ingeniería Agrícola , Universidad de Kentuky

Nombre de la revista: Iowa State University Digital RepositoryNumero de Paginas del Articulo: 17

Modelado del Enfriamiento Evaporativo en Superficie Parcial en Pollos

Escrito para su presentación en el2001 Reunión Internacional Anual de ASAEJuly 30-August 1, 2001

Índice

• Introducción

• Objetivos

• Desarrollo del Modelo Teórico

• Ecuaciones Gubernamentales

• Diseño Experimental

• Resultados Y Discusión

• Conclusiones Y Recomendaciones.

Introducción

Introducción

• La Humedad En La Piel Reduce El Estrés Térmico.

• Cuando La humedad Relativa (HR) Es Baja.

• Proporciona Enfriamiento Más directo En Comparación Con Otros Métodos De Enfriamiento Por Evaporación.

• Humedecer El Revestimiento Animal Resulta en evaporación del agua Y Aumenta La Pérdida De Calor Sin Modificar Necesariamente Las Condiciones Ambientales

• El mojado Superficial Parcial De Aves De Corral Se

Puede Utilizar Para Climas Calurosos Y Húmedos,

Donde Otros Tipos De Métodos De refrigeración Por

Evaporación Aumentaría HR.

• A mayor HR menor Reducción de Temperatura del

Ambiente.

Objetivos

objetivos

• Determinar La resistencia Térmica Total Del Tejido

Corporal Y Las Plumas De Las Gallinas Ponedoras De

34 ± 1 wk-1.

• Desarrollar Un Modelo Transitorio De Transferencia De

Calor y Masa Para Gallinas Ponedoras Después De 50

Minutos De Exposición Al Calor.

• Simular La Efectividad Del Enfriamiento Evaporativo

Directo En La Disminución De La Subida tb De La

Gallina.

Desarrollo del Modelo Teórico

Desarrollo del Modelo Teórico

• 1. Gallina Esférica.

• 2. Flujo Dinámico De Calor y Masa Ave - Entorno.

• 3. Flujo De Calor Unidimensional Entre Ave -entorno.

• 4. Calor Específico Del Cuerpo De La Gallina=Agua.

• 5. Intercambio De Calor Radiante Despreciable.

Ecuaciones Gubernamentales

Ecuaciones Gubernamentales

• Núcleo Isotérmico

Rodeado Por Una Capa

Aislante.

• Resistencia Térmica Total

A La Transferencia De

Calor Entre El Núcleo Y

La Superficie De La

Pluma.

Figura 1 - Representación esquemática de la transferencia de calor y masa de la gallina.

Balance de Masa y Calor

• Entre El Pollo Y El Ambiente

• Radiación Térmica Despreciable.

Dónde

• Ubf = Coeficiente Global Del Calor Del Tejido

Corporal Y Las Plumas (W.m-2. ° C-1)

• A = Superficie Del Pollos (m2)

• tb = Temperatura Corporal Central Del Pollo (° C)

• tsurf = Temperatura Superficial Del Pollo (° C)

• hc = Coeficiente de Transferencia De Calor

Convectivo (W.m-2. ° C-1)

• tair = Temperatura Del Bulbo Seco De Aire (° C)

• hm = Coeficiente De Transferencia De Masa Convectivo

(m.s-1)

• b = Porcentaje De Superficie Húmeda Del Pollo (decimal)

• rair = Densidad Del Aire (kg.m-3)

• Cp, air = Calor Específico Del Aire (kJ.kg-1. ° C-1)

• VPDair = Déficit De Presión De Vapor del Aire (kPa)

• g = Constante Psicrométrica (kPa. ° C-1)

• m = Masa Corporal Del Pollo (kg)

• Cp, w = Calor Específico De Agua (kJ.kg-1. ° C-1)

• dtb / dq = Tasa De Cambio (° C.min-1)

• La Resistencia Térmica

Total Del Ave A La

Transferencia De Calor Es:

Rt = Rb + Rf + RE

• Rb= Resistencia del Tejido

Corporal

• Rf= Resitencia de las

plumas

• RE= Resistencia Externa

• La Superficie Total A Puede

Determinarse A Partir De La Masa

Corporal, m (kg)(2)

Coeficiente de Transferencia de Calor por Convección

Donde

• Nu = Número de Nusselt Basado en el Diámetro (sin

dimensiones)

• k = Conductividad Térmica Del Aire (W.m-1. ° C-1)

• D = Diámetro Característico Del Pollo Como Esfera (m)

(3)

El Diámetro Característico Puede Ser Calculado

Por:

(4)

Dónde

• ReD = Número De Reynolds

• Pr = Número De Prandtl

• Todas Las Propiedades Deben Evaluarse a tair.

(Temperatura Del Aire)

(5)

Coeficiente de Transferencia de Masa

• El Número de Sherwood (Sh), Se Define Como:

(6)

Dónde

• D12 = Coeficiente De Difusión De Masa Binaria

(m2.s1)

D12 Para el Intervalo 280 <T <450 K Como:

(7)• Dónde

Patm = Presión

Atmosférica (Pa)

• Sherwood (Sh) Se Puede Calcular:

Dónde,

• Sc = Número de Schmidt, Calculado Como μ/D12

• μ = Viscosidad Cinemática Del Aire (m2.s-1)

(8)

• A Bajas Velocidades De Transferencia De Masa Se Puede Aplicar La Relación De Lewis.

• Quedando De la siguiente forma:

• Sustituyendo La Ecuación 10 En La Ecuación 1 Se Obtiene:

(9)

(10)

(11)

Propiedades Psicrométricas y Termodinámicas del Aire Húmedo

• La Presión Vapor De saturación Del Agua pws (Pa)

Intervalo De 0 <T <473,15 ° K

• La Presión De Vapor Parcial pw (Pa) Puede Calcularse

Como:

(12)

(13)

• Densidad Del Aire (kg m-3) Se Expresa Como:

• Donde La Relación De Humedad W Se Obtiene Por:

(14)

(15)

• Las Propiedades Termofísicas Se Calcularon con las

Siguientes Ecuaciones.

• Intervalo T Específico de 250 ≤ T ≤ 2000 K, 250

< T < 1050 K, and 250 < T < 600 K, respectivamente.

(16)

(17)

(18)

• Relación Para Calcular El número de Prandtl:

• El Calor Latente De Vaporización hfg (kJ.kg-1) Para El

rango De 273,16 ≤ T <338,72 K Se Calculó Con:

(19)

(20)

Diseño Experimental y Mediciones

Diseño Experimental y Mediciones

• Tres Temperaturas De Bulbo Seco (35, 38 y 41°C).

• Dos Temperaturas De Punto De Rocío (tdp) ( 21,1 y 26,7 ° C).

• Tres Velocidades De Aire (V) de 0,2, 0,7 y 1,2 ms-1

• Diseñado Para Estudiar Las Respuestas Fisiológicas de 34 ± 1 wk-1.

• 104 Gallinas De Diferentes Edades.

• Gallinas Aclimatadas a tdb = 22,8 ± 1 ° C y 40 ± 5%

HR de 3 a 5 Dias A Termoneutralidad (TN).

• Luz Encendida de 6:00 A.M. A 10:00 P.M

• Luz Fluorescente (20 Lux).

Diseño Experimental y Mediciones

• Transmisor Telemétrico Para Línea Base tb En TN

Gallina Control

(Ctrl)

Gallina Experimental

(Expt)

Cámara de Ensayo

tdb, HR y V Controlados

tsurf se midió a través de

termografías

Aves de Ensayo

Resultados y Discusión

Resultados y Discusión

• Resistencia Térmica Total De Los Tejidos Corporales Y

Plumas (Rbf).

• Aves No Mojadas

• Integrando de 31 a 54 para Rbf

(21)

• Se Integró De 20 min a 50 min De La Exposición Al

Calor

• Tiempo De Inicial Termorregulación De 20 Minutos.

Resultados y Discusión

(22)

Figura 2 - Resistencia térmica del tejido corporal de gallina y

plumas, Rbf, 35-41 ° C, en función de la temperatura del aire del

bulbo seco, tdb (° C) que oscila entre 35 y 41 ° C.

CalculadoPredicción95% Intervalo de confianza

• Incorporando Datos de la Literatura en TN Como Los

Datos Del Estudio Actual.

• Para Un Rango De 20 a 41 ° C

Resultados y Discusión

(23)

• Figura 3 - Resistencia térmica del tejido corporal de las gallinas y las plumas, Rbf, 20-41 ° C (m2. ° C.W-1), en función de la temperatura del aire del bulbo seco, tdb (° C) entre 20 y 41 ° C.

LiteraturaEstudio actualPredicción95%Intervalo de confianza

Modelo de validación

• Comparación De Valores Predecidos Usando Ec.

21( Δtb,50p) y Valores ( Δtb,50m) Para tdb de 35 a 41ºC, tdp

de 21,1 a 26,7ºC y V de 0,2 a 1,2 ms- 1.

• Diferencia Entre Δtb,50p y Δtb,50m (P<0,10) Para Toda La

Gama tdb.

• No Hubo Diferencias (P> 0,05) Entre Aumento

Pronosticado y Medido tb Para El Intervalo tdb De 35 a

38 ° C.

Variables ambientales Calculado Predicho Desviación

Tabla 1 - Resumen

del aumento de la

temperatura

corporal medido y

previsto

(Δtb,50p, Δtb,50p,°C) a

los 50 minutos en la

exposición al calor

para condiciones

ambientales

térmicas probadas

AmbienteGrados

deLibertad

Medio Δtb,50 Varianza t-PruebaProbabilidad

tcriticaCal Cal

Desviación media absoluta: -0.66Desviación estándar: 0.67

Resultados de las t-Prueba

Efectos De V y RH En Δtb,50 En Gallinas No Húmedas

• Efectos de V y RH en Δtb,50 Para tdb de 35 a 38°C.

• Masa Corporal Del Ave Y La t Inicial En TN Eran De 1,65

kg y 41,3 ° C.

• La Ec. (1) Se Resolvió Para Predecir Δtb,50

Valores Iniciales Para Integración, θ 0 = 0, tb0 = 41,3

° C; Q1 = 50 min.

• Resultados:

- Δtb,50 y V Correlacionaron Negativamente

- Mayor V Se Asocia Con Un Mayor Efecto Viento-Frío.

- No Se Observó Efecto Significativo De La HR En Δtb,50p

- Mayor HR Tendía A Dar Lugar A Una Mayor Δtb,50m.

Figura 4 - Efecto de

la velocidad del

aire (V) y la

temperatura del

bulbo seco (tbd) en

el aumento de la

temperatura

corporal de la

gallina no húmeda

a 50 min (Δtb,50) en

exposición al calor.

Efecto del enfriamiento directo por evaporación en Δtb,50 en Aves Rociadas

• 3 Niveles De Humedad (b) (5, 10 y 15% Del Área

Superficial Total).

• Rangos; tdb = 35 a 38 ° C y V = 0,2 a 1,2 m.s-1

• HR Constante Al 45%.

• V = 0,2 ms-1 Mostro Una Reducción de 0,2, 0,3 y 0,4 ° C

en Δtb,50 Para b = 5, 10 y 15%, Respectivamente.

• Figura 5 - Efecto del nivel de humedad (b) y de la

temperatura del bulbo seco (tdb) en la elevación de

la temperatura corporal de las gallinas a 50 min

(Δtb,50) en exposición térmica a V = 0.2 m.s-1.

• Figura 6 - Efecto del nivel de humedad (b) y de latemperatura del bulbo seco (tdb) en la elevación de latemperatura corporal de las gallinas a 50 min (Δtb,50) enexposición térmica a V = 0,7 m.s-1.

• Figura 7 - Efecto del nivel de humedad (b) y de latemperatura del bulbo seco (tbd) en la elevación de latemperatura corporal de las gallinas a 50 min (Δtb,50) enexposición térmica a V = 1,2 m.s-1.

• Figura 8 - Efectode la velocidaddel aire (V) y delnivel de humedad(b) en laelevación de latemperaturacorporal de lasgallinas a 50 min(Δtb,50) en laexposición alcalor para tdb= 35° C (a) y 38 ° C(b) Y HR=45%.

Conclusiones y Recomendaciones

Conclusiones y Recomendaciones1. Rbf se Relacionó con tdb con la forma de Rsf=1.3242 0.0309 ×

tdb (r2 = 0.86).

2. La Predicción de Aumento de tb a 50 min (Δtb,50p) Igualó elAumento Medido (Δtb,50m) Para El Intervalo tdb De 35 a 38 ° C.Para tdb Por Encima De 38 ° C, El Modelo Tendió a SubestimarΔtb,50.

3. La Humectación Parcial De La Superficie Redujo EficazmenteΔtb,50, Especialmente Expuestas Corrientes De Aire.

4. Se Necesitan Más Estudios Y Perfeccionamiento Del ModeloPara Mejorar El Desempeño Y Ampliar El Alcance El Modelo.

Gracias Por Su Atención