Measurement and CFD modeling of ammonia concentration, flux and thermal environment variables in open side broiler housing

Abstract

A amônia (NH3), dentre os diversos gases poluentes gerados de produção avícola, aquele mais investigado e considerado de maior importância, devido a seu efeito negativo na saúde e produtividade dos trabalhadores e dos animais. Apesar das pesquisas já terem trazido avanços significativos em termos de medidas mitigadoras ou minimizadoras da taxa de emissão de NH3 gerada nos aviários, naturalmente sempre se terá uma geração deste tipo de gases, os quais necessitam constante avaliação em termos quantitativos e de impactos. Existem diversas metodologias para se determinaram a emissão de amônia proveniente da cama aviaria e emitida através do galpão, destacando-se métodos de traçado de gases, métodos de monitoramento continuo, balanço de massas, entre outros. Todos estes métodos têm boas eficiências quando são usados em estruturas fechadas, típicas de países da Europa e America do norte. No entanto, a aplicação destes métodos visando determinação de emissões ou fluxos de amônia tem maior grau de dificuldade em estruturas avícolas que funcionam abertas durante a totalidade ou parte do dia, fazendo uso da ventilação natural. Assim, o objetivo, geral deste projeto foi de adaptar e validar um método simples para determinar a distribuição de fluxo de amônia oriunda da cama e emitida pelo aviário, da distribuição da concentração deste gás no ar, bem como a distribuição da temperatura e velocidades do ar em galpões avícolas tropicais e subtropicais para frangos de corte. Especificamente visou-se: i) Avaliar quanto a aplicabilidade dos principais métodos atualmente usados para a determinação de emissões de amônia gerada nos aviários fechados de frango de corte, e adaptar e avaliar um método, e analisar sua aplicabilidade em instalações abertas praticadas em países de clima tropical e subtropical; ii) Adaptar e validar uma metodologia para determinar o fluxo de amônia gerada por cama sobreposta praticada na avicultura de corte e outras; iii) Realizar medidas da concentração de amônia, da temperatura e da velocidade de ar no interior de aviários abertos, com base em trabalho experimental; iv) Desenvolver e validar um modelo computacional, usando como ferramenta a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), para determinar a distribuição de temperatura, de concentração de amônia, e de velocidade do ar no interior do galpão. Para determinar o fluxo de amônia da cama aviária e emissão emitida pelo galpão, foi adaptada e validada uma metodologia ao mesmo tempo precisa e de simples aplicação denominada Método Saraz para Determinação de Emissões de Amônia (Saraz Method for Determination of Ammonia Emissions - SMDAE). Encontrou-se que os valores de fluxo obtidos pelo SMDAE não diferem dos reportados por outros trabalho, e que a metodologia pode ser usada para valores de concentrações de amônia maiores que 0,5 ppm no caso da cama. O método SMDAE, foi adaptado e validado para determinar o fluxo de NH3 emitida pelas laterais dos galpões avícolas submetidos à ventilação natural. Verificou-se que o método proposto pode ser usado com confiabilidade em condições de ventilação natural com ventos maiores que 0,1 m s-1 e concentrações de NH3 maiores que 1 ppm.Uma avaliação quantitativa mostrou que os métodos com maiores características de adaptabilidade as condições de operação e aos diferentes tipos de acondicionamento de ambiente de galpões com sistemas de ventilação de pressão positiva ou com ventilação natural, são o método de traçado de gases interno e o de Unidades de Monitoramento Contínuo como a Unidade Portátil de Monitoramento (PMU) e Unidade Móvel de Monitoramento de Emissões no ar (MAEMU). Métodos tais como o método baseados em balanços de massas e aqueles de difusão passiva como o Ferm Tube e o SMDAE, indicam também poderem ser adaptados para as diferentes condições de operacionalidade dos galpões abertos. Com os dados experimentais de fluxo de amônia da cama aviaria obtidos pelo método SMDAE, de concentração de amônia, de velocidade do ar e de temperatura, foi aplicado e validado um modelo em Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Encontrou-se que o modelo teve uma boa correlação estatística com os dados experimentais, pelo qual este pode ser usado para predizer num tempo real o comportamento da distribuição de concentrações de NH3, de velocidade do ar e de temperatura, no interior de instalações abertas com ventilação natural e com ventos incidentes e diferentes direções de entrada na lateral da instalação.