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El control del sistema de climatización (II) JOAN ESCOBET Licenciado en Veterinaria MARCO I COLLELL S.L.

Deberemos diferenciar dos grandes grupos de mediciones desde el punto de vista de actuación. Por una parte la evaluación de la calidad de ventilación para diagnosticar problemas a partir de mediciones y por otra el funcionamiento y diseño del sistema propiamente dicho.

Salida de aire Entrada de aire

Regulación Sistema de ventilación

Diemnsionado

Aislamiento Estanqueidad

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Diagnóstico del sistema de ventilación Aislamiento Un buen aislamiento permite mantener un buen ambiente interior independientemente de las condiciones exteriores. Un pobre aislamiento nos dará una pobre ventilación, porque no tendremos un buen control del movimiento y de la cantidad de aire que entra en el edificio. Un mal aislamiento también tendrá un efecto negativo sobre el control de la temperatura. Un correcto aislamiento nos permitirá el ahorro de energía, confort de los animales, conservación de las naves y dimensión correcta del sistema de calefacción, refrigeración y ventilación. El cálculo del coeficiente global de transmisión de calor, denominado valor U o Valor K que determina las características propias del cerramiento, depende del material de cada una de las capas que lo componen y del grosor de las mismas. Podemos realizar cálculos de estos valores si es necesario y si disponemos de la información adecuada (datos climáticos, materiales utilizados, características de los elementos constructivos, etc.) pero en la práctica cuando se realiza la evaluación del sistema sólo comprobamos si el problema que genera el aislamiento afecta al confort de los animales y grandes pérdidas energéticas. Existen sondas que determinan directamente el valor U, recopilando datos periódicos de temperaturas internas y externas o simplemente comprobando la temperatura de superficie de los cerramientos en la cara interna y externa del edificio. La observación (deterioramiento del aislante, condensaciones, etc.) y la confirmación con las pruebas de humo serán determinantes. Control del aislamiento DIAGNÓSTICO

INSTRUMENTO

Medición del valor U (transmisión térmica de un elemento constructivo)

Analizador multifunción y sonda (“multisensor”) de Tª para superficies (ext.-int.) Cálculos del coeficiente de transmisión térmica de la nave

Aislamiento sala

Observación de la sala Observación de los animales y pruebas de humo

Capacidad de mantener la temperatura en cerramientos

Termómetro por infrarrojos tipo pistola

Estanqueidad Ya hemos dicho anteriormente la importancia que tiene la estanqueidad de la sala de un sistema de ventilación forzada, tanto desde el punto de vista de confort de los animales como en consumos energéticos. La causa primaria de las infiltraciones de aire siempre es la falta de estanqueidad pero existen otras secundarias que pueden potenciarla, como el viento, grandes diferencias de temperatura dentro y fuera de la sala (debido a los cambios de presión), ventiladores, etc. La comprobación del sellado y fugas se realiza mediante pruebas de humo y observación. Es particularmente importante revisar el sellado de juntas de cubiertas y paredes, revisar la impermeabilización de la cubierta y uniones en general, y revisar las entradas de aire parásitas en los marcos de puertas y ventanas, fosas, ventanas de sobrepresión del ventilador, paneles de refrigeración, etc. La proporción del aire infiltrado se incrementará por

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El control del sistema climatización (II)y composición química de la leche Efectos del tipo de conservante añadido al ensilado de trigodesobre la producción

el aumento del flujo de aire y la velocidad de entrada de aire. Las principales desventajas de falta de estanqueidad son una ventilación mínima demasiado elevada, corrientes de aire sobre los animales, variaciones de temperatura, condensaciones, etc. Control de la estanqueidad DIAGNÓSTICO

INSTRUMENTO

Sellajes y fugas del sistema

Generador eléctrico de humo portátil

Confort de los animales

Observación

Estanqueidad de la sala

Observación en sala

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Además de un correcto diseño y funcionamiento de la entrada de aire debemos tener en cuenta el espacio de flujo para la correcta circulación. Como norma general hablamos de tener un espacio de flujo de 0,3 m de espacio libre (altura) por cada metro de distancia flujo. La distancia de flujo es la distancia entre la entrada y salida de aire (ventilador).

Entrada de aire Las entradas de aires son una parte fundamental para el correcto funcionamiento del sistema de ventilación, permiten dirigir el aire correctamente en el interior de la sala y además regulan la uniformidad del caudal de entrada y la presión negativa de la sala. En la práctica se les da menos importancia de la que realmente tienen. Los puntos importantes a tener en cuenta en las entradas de aire son el diseño, dimensionado, colocación y ajuste. Control de la entrada de aire DIAGNÓSTICO

INSTRUMENTO Cinta métrica

Necesidades de entrada de aire

Lector láser de distancias superficies y volúmenes Para realizar cálculos

Presión estática en la sala Deflector

Manómetro sensible de presión diferencial (fijo) Manómetro sensible de presión diferencial (portátil) Generador eléctrico de humo portátil

La sala inferior no cumple los requisitos de espacio para el correcto flujo del aire.

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Ejemplos de causas de mala circulación del aire como falta de estanqueidad (superior) y obstrucciones y fugas de aire (inferior).

Además de tener un espacio de flujo correcto deberemos tener en cuenta que el sistema debe estar “cerrado”, o sea, totalmente sellado para evitar entradas parásitas de aire que alteren el flujo correcto del aire. El aire sólo debe entrar por las entradas de aire diseñadas para cada sala. No dejar ni puerta, ventanas, fosas, etc. abiertas (ver apartado medición de la estanqueidad). Deberemos también evitar obstrucciones que alteren el flujo del aire como vigas, tubos de alimentación, fluorescentes, etc. Las entradas de aire pueden ser de distintos tipos en función del diseño, en nuestro país mayoritariamente se instalan en pared por deflector. Para que el aire pueda entrar correctamente en la sala deberemos favorecer la entrada de aire desde el exterior. En el caso de la entrada por pared, el aire puede entrar por un solo lado (extracción en el otro extremo) o por ambos (extracción central). Si el aire entra directamente del exterior tendremos que tener en cuenta la dirección de los vientos dominantes y la temperatura del aire. En caso que exista un pasillo entre el exterior y la entrada de la sala, deberemos tener entradas de aire del exterior al pasillo para evitar que se cree una excesiva depresión en la sala y que el ventilador extraiga aire de otras salas y no del exterior. La posición de la entrada de aire exterior deberá permitir tener un máximo recorrido para que en invierno este aire se pueda precalentar en el pasillo antes de entrar en la sala. En climas fríos se calienta activamente (calefacción) en aire en el pasillo. En estos sistemas de presión negativa debemos buscar el objetivo de 1,5 m/s de velocidad de entrada y 0,2 m/s a nivel de animal.

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Ventilación forzada: Cálculo del diafragma cuadrado Ventilación mínima (m3/h) 150 200 300 400 500

L (cm) 10 12 14 16 18

Ventilación mínima (m3/h) 600 700 850 1000 1200

L (cm) 20 22 24 26 28

L

Ejemplos de salidas de aire por pared y chimenea, las dos son eficientes si el diseño, instalación, dimensionado y mantenimiento son correctos.

La disposición de las entradas de aire debe ser uniforme a lo largo de la pared para que la distribución del aire sea homogénea. La posición depende del diseño, sobre todo del techo. Deben instalarse en la parte superior pero evitando posibles obstáculos y falta de uniformidad del techo.

Salida de aire En los sistemas de presión negativa la principal función de la salida de aire, además de la renovación de aire, es crear la presión negativa necesaria en la sala para aspirar aire del exterior a través de las entradas de aire. El ventilador debe ser capaz de suministrar las necesidades de caudal y renovación de aire durante todo el año, en verano debe ser capaz de dar las necesidades máximas y en invierno las necesidades mínimas. Además debe tener la capacidad y fiabilidad para trabajar en ambientes propios de granja y ser eficiente en su funcionamiento. La capacidad del ventilador (m3/h) varía en función de la presión estática, diámetro (mm) y velocidad (900-1400 rpm). Los ventiladores muchas veces son los grandes “olvidados” de la granja. Deberemos escoger los ventiladores con criterios objetivos, mediante prueba de rendimiento realizada por un laboratorio independiente, con certificación donde nos indique:

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1. Caudal (m3/h) a presión estática “real” (Pa) simulando el funcionamiento en granja (muchas informaciones aparecen a 0 Pa que raramente se dan en granja). 2. Fiabilidad medida como relación entre caudal a elevada presión estática (40-50 Pa) y a baja (10-12 Pa). Tiene que ser lo más próximo a 1. Indicará menor influencia de factores externos como el viento.

Necesidades de diafragma cuadrado para asegurar la ventilación mínima (superior) y ejemplo de diafragma cuadrado variable instalado (inferior), con ajuste por semanas.

3. Eficiencia del ventilador medida como relación entre caudal (m 3/h) y potencia (W). Se recomienda medir a 10-12 Pa y 20-25 Pa. Cuanto más elevado sea el valor, más eficiente es el ventilador. Además, deberemos valorar la calidad de fabricación, servicio post venta, precio, funcionamiento y mantenimiento (preguntando a otros usuarios por ejemplo). Una vez tengamos toda la información, deberemos comparar los diferentes modelos candidatos y escoger de forma objetiva de acuerdo a nuestras necesidades. Control de la salida de aire DIAGNÓSTICO Necesidades de extracción

INSTRUMENTO Cinta métrica Para realizar cálculos

Rendimiento del ventilador (velocidad del ventilador)

Tacómetro digital manual (óptico o de contacto)

Voltaje (rendimiento)

Voltímetro sensible digital

Caudal de extracción

Anemómetro sensible con sonda térmica de caudal (“hilo caliente”) externa

Los ventiladores pueden colocarse tanto en el techo como en la pared, en el mercado tenemos mucho donde elegir. Generalmente la localización no tiene efecto significativo sobre la temperatura, humedad y movimientos de aire. El dimensionado de los ventiladores debe realizarse en función del tipo de animal que alojemos en la sala y de su

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El ventilador, como todo el sistema de climatización, necesita de un mantenimiento periódico para mantener su eficiencia y durabilidad.

Regulación Actualmente encontramos muchos tipos de reguladores en el mercado, algunos de ellos son muy sofisticados. El regulador del sistema de climatización debe ser de fácil comprensión y manejo para la persona responsable de controlarlo. Un buen regulador con mal manejo o incomprensión de su funcionamiento se convierte rápidamente en un mal regulador, y se puede traducir en importantes pérdidas económicas. Las pérdidas de calor por ventilación varían en función del peso del animal al inicio y al final de su estancia en la nave. Hay un elevado impacto sobre el consumo de energía, por eso es importante el control de la tasa de ventilación y aporte de calefacción. En la práctica nos encontramos con muchos tipos de reguladores. Vamos a realizar una breve descripción desde los más simples a más sofisticados:

Nomenclatura principal del regulador • Ventilación mínima:Cantidad de aire justa que necesitan los animales de la sala, es el límite inferior de renovación de aire por debajo de la cual el sistema no funciona. Normalmente calculada como % de la capacidad de ventilación nominal. Ejemplo de recomendaciones de ventilación en lechones de transición y cerdos de cebo, mínimas y máximas teniendo en cuenta que debemos mantener la ventilación mínima en todo momento, ajustada a menos de 2000 ppm de CO2 .

edad, también influyen otros factores como la instalación de paneles de refrigeración, vientos dominantes, tipo de ventilador, etc. No deberíamos tener problema en alcanzar las necesidades máximas de ventilación al dimensionar correctamente pero muchas veces no conseguimos las mínimas. Este problema se soluciona utilizando un ventilador que alcance las necesidades mínimas y otro/s las máximas o bien utilizando un solo ventilador pero adaptándolo con diafragma para reducir el caudal las primeras semanas. Conseguir y mantener la ventilación mínima es muy importante, en caso de utilizar diafragma deberemos aumentar la sección a medida que los animales van creciendo y sus necesidades mínimas van aumentando hasta que ya no sea necesario el diafragma. La capacidad del ventilador viene determinada principalmente por el diámetro del mismo, aunque nos encontramos que ventiladores con el mismo diámetro en la práctica no tienen el mismo rendimiento. Las condiciones de trabajo de los ventiladores son exigentes ya que además de trabajar en ambientes adversos de granja también deben trabajar frente a la presión ejercida por las entradas de aire. Los ventiladores deben ajustarse en velocidad para alcanzar las necesidades mínimas, es muy importante que si en la misma sala hay varios ventiladores todos funcionen a la misma velocidad. La velocidad de 350 rpm debe indicarnos que tenemos el ventilador rindiendo para ventilación mínima. También hay que ajustar la ventilación máxima, que variará en función del tipo de ventilador y oscila entre 900 rpm y 1400 rpm.

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• Ventilación máxima: Cantidad de aire que el ventilador es capaz de activar, es el límite superior de renovación de aire. Calculada como % de capacidad máxima nominal directamente.

Regulador de control simple (“on-off”) que controla los ventiladores de velocidad única, el control puede ser por porcentaje (% ventilación del total) o por período de tiempo (minutos funcionando), la regulación se realiza por termostato. La regulación de la calefacción también se realiza por el sistema “todo o nada”.

Regulador de control progresivo de la ventilación. Controlan los ventiladores de velocidad variable por voltaje, la tasa de ventilación aumenta o disminuye de forma progresiva en función de la demanda por temperatura. También permite controlar el sistema en diferentes condiciones climáticas (heladas, calor, viento, etc.). La regulación se realiza por sondas. Regulador programable con control integral del sistema de climatización. Controlan los ventiladores de velocidad variable por voltaje y caudal de ventilación. Estos reguladores controlan ventilación, refrigeración, velocidad de los ventiladores, entradas de aire. Utilizan varias sondas de registro (Tª, %HR, caudal, etc.). Requieren una asistencia técnica especializada.

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E scobet J. • Presión negativa: Es la presión interior menor que se crea en la sala, respecto al exterior para el funcionamiento correcto del sistema. • Temperatura de ventilación: Parámetro muy importante en los sistemas que se basan en regulación por temperatura ya que su valor va a determinar no solo el nivel de temperatura ambiente medio de la sala, sino también las variaciones de temperatura y porcentaje de ventilación real. • Banda proporcional: También llamada temperatura de ventilación, banda de aceleración, o “banda”. Es el número de grados necesarios para que la ventilación pase de caudal mínimo a máximo. Algunos sistemas incorporan sonda de temperatura exterior para regular las variaciones en el interior de la sala. • Temperatura de calefacción: También llamada zona neutra. Es la temperatura a partir de la cual, haya un descenso o aumento, pone en funcionamiento o para la calefacción.

El futuro Cada vez tiene más importancia el control del sistema de ventilación por muchos motivos que ya hemos expuesto anteriormente. La formación personalizada de granjeros y técnicos de producción en temas de climatización y ahorro energético es indispensable para poder conseguir los objetivos de la correcta climatización. La mayoría de comentarios de nuestros clientes coinciden en afirmar la poca importancia que se le ha dado a la monitorización y mantenimiento del sistema de ventilación hasta hace muy poco, hoy en día algunos de ellos, tanto técnicos como veterinarios, ya han iniciado controles periódicos de ventilación en sus granjas. La información aportada por la monitorización del sistema de ventilación debe utilizarse para priorizar y planificar el mantenimiento preventivo en detrimento de la reparación de emergencia constante, así pues, debemos tratar el sistema de climatización como un área de mantenimiento más integrada en el mantenimiento global de la explotación. También debemos apostar por la eficiencia energética. Realizar estudios económicos de ahorro energético por un especialista para que la inversión sea justificada. Una calefacción eficiente y correctamente elegida (convección-radiación) en función del tipo de animal, atención especial a la pérdida de voltaje debido a cables inadecuados (calibre) y recorrido largo, control de la ventilación mínima, priorizar la inversión en aislamiento en detrimento de sobredimensionar el sistema de climatización, evitar fugas de aire no planificadas, etc.. Debemos tener el control del uso de la energía de nuestra explotación y compararnos periódicamente en consumos de energía con explotaciones parecidas a la nuestra nos ayuda a situarnos para poder mejorar. Para ello necesitamos recopilar datos de consumos (kWh/mes, año) y producciones animales (cerdos, kg/mes, año) para diseñar unos indicadores (kWh/kg, kWh/cerdo, kWh/ m2, etc.) y realizar la comparativa sesgada con otras explotaciones (tipo de granja, clima local, tipo de alimentación, estado sanitario, etc.) y después iniciar una serie de acciones de mejora, actuando en función de prioridad y coste-amortización.

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Es indispensable adaptar las necesidades de los animales “in situ”, es decir, en la propia granja por su diseño, tipo de animal (genética), bienestar animal, sistema de climatización elegido y clima local. Actualmente se esta empezando a dar importancia sobre todo

a las diferentes zonas climáticas que existen, evidentemente las necesidades son muy distintas aunque dispongamos de los mismos sistemas de climatización. Por ejemplo, una climatización eficiente de nuestras granjas en estaciones calurosas y especialmente en engordes para aumentar matanzas en verano supondría un mejor rendimiento anual, tanto económico como productivo. Otros países no tendrán este problema pero tendrán otros. Adaptar instalaciones y sistema de climatización en climas calurosos quizás sea la asignatura pendiente en algunas zonas. La influencia de las rutinas de alimentación sobre la producción de calor, la influencia del incremento de la velocidad del aire en condiciones de calor, reducir la temperatura por evaporación de agua, refrigeración, etc. No sólo deberemos conseguir el bienestar de los animales, sino que además deberemos conseguir un ambiente laboral más atractivo y seguro para los trabajadores desarrollando métodos eficientes para el control de los ruidos, gases, polvo, olores y emisiones por combustión que sean baratos y que comporten un bajo mantenimiento. Introducir variables de regulación como [CO2] junto con la Tª y %HR para la regulación global de la ventilación en sala. Teniendo en cuenta la actividad de los animales y producción de CO2 durante las 24 horas del día. Introducción de energías alternativas (solar, eólica…)…

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