Se analizan diversos factores que limitan el rango de condiciones ambientales en las que puede disminuirse el estrés térmico en animales utilizando el principio de enfriamiento evaporativo.

1. UNIVERSIDAD DE SONORA
Departamento de Ingeniería Química y
Metalurgia
Curso: Operaciones Unitarias II
Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Alumna: Fernanda Duarte Bojorquez
Semestre 2019-1
Enfriamiento Evaporativo
14 de Febrero de 2019

2. “Extendiendo el potencial del enfriamiento
evaporativo para el alivio del estrés
generado por el calor”
 Amiel Berman (Departamento de Ciencia Animal, Universidad
Hebrea de Jerusalén, Israel).
 Diario de Ciencia Lechera
 Vol. 89, No. 10, pp. 3817-3825, marzo 2006

3. Índice
Introducción
Método
Resultados
Conclusiones

4. INTRODUCCIÓN

5. Introducción:
Sistema de enfriamiento evaporativo
 El enfriamiento evaporativo reduce la temperatura del aire
pero incremente la humedad de este.
 El calor requerido para transformar el agua en vapor se
obtiene del aire.
Figura 1. Diagrama básico de un sistema de enfriamiento evaporativo

6. Introducción:
Antecedentes
 Seath y Miller, 1948. Evaporación de agua auxiliada por
ventilación forzada.
 Kelly y otros, 1950. Alojamiento cubierto/techado para
reducir la carga de calor por radiación.
 Ittner y otros, 1957. Alojamiento cubierto con ventilación
forzada.
 Wiersma y Stott, 1966. Enfriamiento evaporativo.

7.  Landsberg y otros, 1979.
Sistemas de rocío en
invernaderos.
 Ryan y otros, 1992. Sistemas
de rocío en alojamiento de
ganado.
Figura 2. Sistemas de rocío para la
comodidad del ganado.

8. MÉTODO

9. Método
Cálculos de entalpía
 Se utilizaron cálculos de entalpía para producir soluciones
numéricas a la relación entre temperatura y humedad
relativa del ambiente (Ta, RH) y temperatura y humedad
relativa en el aire enfriado (Tc, RHc).
Evaporación del agua  Incremento en entalpía del agua
Reducción en Ta  Disminución en entalpía del aire

10.  En el enfriamiento evaporativo:
Incremento en entalpía del agua =Disminución en entalpía del aire
ℎ 𝑎 = 𝑇𝑎 ∗ 1.01 ∗ ρ 𝑎
ℎ 𝑣 = 𝑇𝑎 ∗ 1.88 ∗ ρ 𝑣 + 2,502 ∗ ρ 𝑣
Donde:
ha=Entalpía aire seco [=]KJ/kg
hv=Entalpía del vapor de agua [=]KJ/kg
Ta=Temperatura del ambiente[=]°C
ρa=Densidad del aire seco[=]kg/𝑚3
ρv= Densidad del vapor de agua[=]kg/𝑚3
[1]
[2]

11.  Las condiciones en las cuales el incremento de la entalpía
en el vapor y la disminución en la entalpía del aire son
iguales se consiguen combinando las ecuaciones [1] y [2].
1.01 ρ 𝑎 ∗ 𝑇𝑎 − ρ 𝑎𝑐 ∗ 𝑇𝑐 = 1.88 ρ 𝑣𝑐 ∗ 𝑇𝑐 − ρ 𝑣𝑎 ∗ 𝑇𝑎 + 2,502(ρ 𝑣𝑐 − ρ 𝑣𝑎) [3]

12. Método:
Impacto de la humedad en la pérdida de calor
respiratoria (Hre)
 Un aumento en la temperatura (Ta) incrementaría la
demanda por pérdida de calor por el tracto respiratorio
(Hre).
Un incremento en la humedad
provocaría que las pérdidas de calor
por la piel disminuyeran, lo que a su
vez aumentaría la demanda por Hre.
Figura 3. Mantenimiento de la
temperatura corporal.

13.  Datos de respuesta respiratoria fueron utilizados para
predecir la frecuencia respiratoria (RR), flujo respiratorio
(Vt) y temperatura del aire expirado (Tex).
𝑅𝑅 = exp(2.996 + 0.21 ∗ 𝑇𝑎 + 0.00069 ∗ 𝑇𝑎2)
𝑉𝑡 = 0.0189 ∗ 𝑅𝑅−0.463
𝑇𝑒𝑥 = 17.0 + 0.3 ∗ 𝑇𝑎 + exp(0.01611 ∗ 𝑅𝐻 + 0.0387 ∗ 𝑇𝑎)
[5]
[4]
[6]
Donde:
RR[=]respiros/min Vt[=] 𝑚3
/respiro Tex[=]°C

14. Método:
Balance térmico
 Incrementos en la Ta reducen las pérdidas de calor por
convección y radiación e incrementan la demanda de
pérdida de calor por evaporación de la piel. (Estas pérdidas
constituyen la pérdida total por la piel= Hsk)
 La Hsk es relativa a la superficie corporal expuesta al aire y
a la velocidad de este.
Hsk=f(Ta, RH, Vaire)

15. Figura 4. Balance térmico en el ganado (Fuente: Factores climáticos que afectan el
desempeño productivo del ganado bovino de carne y leche).

16. Método:
Velocidad del aire cercana al cuerpo
 Se midió la velocidad del aire a 1m sobre la espalda y 10
cm sobre diferentes puntos del cuerpo de 15 vacas que se
encontraban de pie.
Frecuencia respiratoria (RR)
 Se determinó la RR en periodos de 30s en 10 vacas de pie y
10 vacas acostadas a intervalos de 2Hr entre las 9:00am-
1:00pm durante 16 días.

17. RESULTADOS

18. Resultados
Utilizando los conjuntos de Ta, Tc, RH y RHc encontrados con
la ecuación [3]:
 Se aproximó la temperatura del aire enfriado con la
siguiente regresión:
𝑇𝑐 = 1.9 + 0.76 ∗ 𝑇𝑎 + 0.30 ∗ 𝑅𝐻 − 0.18 ∗ 𝑅𝐻𝑐 [7]

19.  La reducción de temperatura estimada se aproximó con la
siguiente regresión:
Donde:
𝑑𝑇𝑎 = −1.9 + 0.24 ∗ 𝑇𝑎 − 0.30 ∗ 𝑅𝐻 [8]
𝑑𝑇𝑎 = 𝑇𝑎 − 𝑇𝑐
Temperatura del aire exterior (°C)
Humedad relativa exterior (%)
Tabla 1. Reducción de temperatura por enfriamiento evaporativo cuando
RHc=65%

20. Resultados
 De los valores de las funciones respiratorias obtenidos se
estimaron los efectos de Ta y RH en la perdida de agua por
el tracto respiratorio y se creó la siguiente regresión:
Donde:
Rwl=Pérdida de agua por respiración[=]g/h
𝑅𝑤𝑙 = 0.41 − 0.2 ∗ 𝑇𝑎 + 0.0005 ∗ 𝑇𝑎2
− 0.004 ∗ 𝑅𝐻 + 0.00004 ∗ 𝑅𝐻2 [9]

21. 55% RH
45% RH
35% RH
25% RH
15% RH
Pérdidadeaguapor
respiración(kg//h)
Temperatura del aire (°C)
Figura 5.Pérdida de agua por respiración como función de la
temperatura y humedad relativa del ambiente.

22. Resultados
 Los datos de velocidad de aire fueron usados para estimar
la relación entre la velocidad del aire libre y la del aire
próximo a la superficie del cuerpo.
Donde:
Vs=Velocidad del aire próximo a la superficie del cuerpo[=]m/s
Va=Velocidad del aire libre[=]m/s
𝑉𝑠 = 0.113 + 0.3 ∗ 𝑉𝑎 [10]

23. Figura 6. Distribución de la velocidad promedio
del aire cuando la velocidad del aire a 1m sobre
la espalda de la vaca=0.9m/s

24. A: Vaca de pie con toda la superficie de su
cuerpo expuesta a una velocidad del
viento=0.3m/s
B=Vaca recostada con 2/3 del cuerpo
expuesto a una velocidad del viento de
1.5m/s
C=Vaca recostada con 2/3 del cuerpo
expuesto a una velocidad del viento de
0.3m/s
Pérdidadecalorrespiratoria(W/vaca)
Temperatura del aire (°C)
Figura 7. Pérdida de calor respiratoria como función
de la Ta y la RH.
75% RH
65% RH
55% RH
35% RH

25. Resultados
 La relación entre frecuencia respiratoria y las condiciones
ambientales está expresada por la siguiente regresión:
𝑅𝑅 = 351.5 − 8.86 ∗ 𝑇𝑎 + 0.53 ∗ 𝑇𝑎2
− 9.36 ∗ 𝑅𝐻 + 0.054 ∗ 𝑅𝐻2
+ 0.17 ∗ 𝑇𝑎 ∗ 𝑅𝐻 [11]

26. CONCLUSIONES

27. Conclusiones
 Mayores reducciones en la Ta se pueden lograr
incrementando la humedad, sin embargo, una alta RH puede
perjudicar las Hre y Hsk.
 Con una superficie corporal expuesta reducida disminuyen las
pérdidas de calor por convección y evaporación por lo que el
tiempo pasado descansado se redujo en vacas expuestas a
estrés generado por calor.

28.  El rango en que el enfriamiento evaporativo es eficiente
puede extenderse si la velocidad del aire en la proximidad
de los animales está entre 1 y 1.5m/s
 No es necesario conseguir condiciones uniformes con el
enfriamiento evaporativo, se puede obtener un beneficio
más alto de sistemas donde la menor temperatura y la más
alta velocidad del aire se encuentran en el área de
descanso.

29. Gracias por su atención