Se desarrolla un modelo matemático para predecir la transferencia de masa y calor entre pollos y el ambiente que los rodea.

1. Operaciones Unitarias II
Modelado del Enfriamiento
Evaporativo en Superficie Parcial En
Pollos
Estudiante: Guzmán Navarro
Alejandra Selene
Jueves 31 de Agosto de 2017

2. 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 Repository
Numero de Paginas del Articulo: 17
Modelado del Enfriamiento Evaporativo en
Superficie Parcial en Pollos
Escrito para su presentación en el
2001 Reunión Internacional Anual de ASAE
July 30-August 1, 2001

3. Índice
• Introducción
• Objetivos
• Desarrollo del Modelo Teórico
• Ecuaciones Gubernamentales
• Diseño Experimental
• Resultados Y Discusión
• Conclusiones Y Recomendaciones.

4. Introducción

5. 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

6. • 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.

7. Objetivos

8. 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.

9. Desarrollo del Modelo
Teórico

10. 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.

11. Ecuaciones
Gubernamentales

12. 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.

13. Balance de Masa y Calor
• Entre El Pollo Y El Ambiente
• Radiación Térmica Despreciable.

14. 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)

15. • 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)

16. • 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)

17. 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)

18. Dónde
• ReD = Número De Reynolds
• Pr = Número De Prandtl
• Todas Las Propiedades Deben Evaluarse a tair.
(Temperatura Del Aire)
(5)

19. 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)

20. • Sherwood (Sh) Se Puede Calcular:
Dónde,
• Sc = Número de Schmidt, Calculado Como μ/D12
• μ = Viscosidad Cinemática Del Aire (m2.s-1)
(8)

21. • 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)

22. 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)

23. • Densidad Del Aire (kg m-3) Se Expresa Como:
• Donde La Relación De Humedad W Se Obtiene Por:
(14)
(15)

24. • 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)

25. • 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)

26. Diseño Experimental y
Mediciones

27. 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.

28. • 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

29. • 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

30. Resultados y Discusión

31. Resultados y Discusión
• Resistencia Térmica Total De Los Tejidos Corporales Y
Plumas (Rbf).
• Aves No Mojadas
• Integrando de 31 a 54 para Rbf
(21)

32. • Se Integró De 20 min a 50 min De La Exposición Al
Calor
• Tiempo De Inicial Termorregulación De 20 Minutos.
Resultados y Discusión
(22)

33. 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.
Calculado
Predicción
95% Intervalo de confianza

34. • 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)

35. • 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.
Literatura
Estudio actual
Predicción
95%Intervalo de confianza

36. 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.

37. 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
Ambiente
Grados
de
Libertad
Medio Δtb,50 Varianza t-Prueba
Probabilidad
tcritica
Cal Cal
Desviación media absoluta: -0.66
Desviación estándar: 0.67
Resultados de las t-Prueba

38. 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.

39. • 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.

40. 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.

41. • 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.

42. • Figura 6 - 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 = 0,7 m.s-1.

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

44. • Figura 8 - Efecto
de la velocidad
del aire (V) y del
nivel de humedad
(b) en la
elevación de la
temperatura
corporal de las
gallinas a 50 min
(Δtb,50) en la
exposición al
calor para tdb= 35
° C (a) y 38 ° C
(b) Y HR=45%.

45. Conclusiones y
Recomendaciones

46. Conclusiones y Recomendaciones
1. 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 el
Aumento Medido (Δtb,50m) Para El Intervalo tdb De 35 a 38 ° C.
Para tdb Por Encima De 38 ° C, El Modelo Tendió a Subestimar
Δtb,50.
3. La Humectación Parcial De La Superficie Redujo Eficazmente
Δtb,50, Especialmente Expuestas Corrientes De Aire.
4. Se Necesitan Más Estudios Y Perfeccionamiento Del Modelo
Para Mejorar El Desempeño Y Ampliar El Alcance El Modelo.

47. Gracias Por Su
Atención