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El objetivo de la ventilación natural en las granjas de porcino es renovar el aire mediante la conexión con el entorno. La ventilación natural es compleja y limitada por las condiciones ambientales exteriores del edificio. Las fuerzas impulsoras para mover el aire son atribuidas a diferencias de presión (viento) y diferencias de densidad del aire (temperatura).

A continuación, se muestran diez puntos clave para una ventilación natural exitosa.

Punto 1: Análisis de la ubicación para el diseño y funcionamiento del sistema

Imagen 1. Condicionantes del entorno implicados en la ventilación natural.

La presencia de viento en verano es imprescindible y se debe analizar para orientar correctamente la nave.

• La Rosa de los Vientos ofrece información de los VIENTOS DOMINANTES:
  - Frecuencia y dirección.
  - Velocidad media.
  - Ángulo de incidencia.
  Pero son valores “teóricos” porque el viento nunca es uniforme, hay días con mucho y días sin viento.
• Los VIENTOS LOCALES (o convectivos), tienen un patrón de comportamiento diario, y pueden alterar los vientos globales. La orientación de la nave debe modificarse ligeramente por vientos “valle-montaña” y “brisas mar-tierra” para favorecer la ventilación.

Punto 2: Ausencia de obstáculos que impidan el efecto del viento

El viento, con estructura de flujo laminar, al incidir sobre un obstáculo desvía las líneas de flujo hacia arriba y los lados, produciendo zonas de estancamiento o turbulencia, previas a la recuperación del flujo. Esto genera una zona con ventilación deficiente o nula. Por lo tanto, se debe realizar un análisis previo de obstáculos potenciales en la dirección de los vientos, y comprobar el perfil del terreno en un radio de 100 m de las naves (orografía, vegetación, otras naves, etc.).

Punto 3: Potenciar el efecto térmico de la radiación solar

La irradiancia solar (W/m2) adquiere mucha importancia según la zona climática donde está la nave, para el diseño (construcción, orientación, etc.) y el manejo ambiental de la instalación.

El objetivo de la orientación solar es generar un equilibrio los 365 días:

• En invierno: captar radiación en una fachada para generar mayor temperatura que en la otra, y mover aire sin necesidad de viento.
• En verano: evitar sobrecarga solar, con aislamiento térmico adecuado en la cubierta y sistemas de sombreo en fachadas.
• Posibilidad de aprovechar el viento todo el año, pero sobre todo en verano.

En nuestro hemisferio la nave debe orientarse por el eje este-oeste, con desviaciones hasta 20º, según microclima y vientos (dominantes + locales).

En España es muy importante orientar según la trayectoria solar, porque con ausencia de viento en verano amortigua la temperatura interior (confort).

Punto 4: Aislar correctamente y generar elevada hermeticidad en el edificio

Un aislamiento térmico adecuado permite:

• ahorro energético,
• confort en los animales,
• reducir condensaciones,
• conservar la nave,
• y tener un mejor control interior de la temperatura y movimiento del aire.

Valor orientativo con transmitancia térmica próxima a 50 W/m2.ºC.

La hermeticidad es determinante, ya que si movemos aire por otra zona que no sean las aberturas diseñadas (lateral y superior), tendremos alteraciones del patrón normal del aire que afectan al confort. Al tratarse de ubicaciones con viento exterior, se van a potenciar las infiltraciones de aire por muy pequeñas que sean. Una vez conseguimos una elevada hermeticidad, se debe instalar y mantener un sistema antiasfixia en perfecto estado de uso.

Punto 5: Diseño general de la instalación para generar confort

Imagen 2. Principales parámetros de diseño general de una nave con ventilación natural.

El VOLUMEN es un parámetro determinante en la ventilación natural y habitualmente no se tiene en cuenta como indicador de confort y bienestar.  Se define como "volumen de aire disponible por cerdo”. El objetivo es diluir contaminantes para obtener un ambiente confortable en invierno (gases y humedad) y en verano (calor).

Tabla 1. Volumen recomendado en engorde según ancho de nave y condicionantes (peso, genética y ubicación).

Punto 6: Diseñar la abertura lateral para el efecto viento

El objetivo es ventilar con temperaturas medias-altas (ventilación elevada y máxima).

• La ventilación cruzada se realiza por aberturas regulables orientadas en el sentido del viento dominante.
• El mismo efecto se consigue si las fachadas reciben radiación solar de forma no simultánea, de manera que haya una diferencia térmica en su superficie y en el aire próximo a ellas.
• El dimensionado depende de muchos factores, como son:
  - emplazamiento y climatología,
  - orientación solar y eólica,
  - construcción,
  - y geometría de la nave.
• El diseño es muy importante porque debe permitir:
  - Dirigir el aire según patrón de ventilación.
  - Regular el caudal según necesidades.
  - Regular la presión del viento y reducir corrientes de aire.
  - Generar elevada hermeticidad en caso de necesidad.

Imagen 3. Diseño para controlar la ventilación, adecuado (izquierda) y deficiente (derecha).

Punto 7: Diseñar la abertura superior para el efecto chimenea

El objetivo es ventilar con temperaturas bajas y reducidas, sin generar corrientes de aire, y eliminar contaminantes. Pero el resto del año, mover aire sin necesidad de viento proporcional a la capacidad de tiro que tenga la abertura.

El tiro natural o efecto chimenea se produce generando diferencial de presión (kg/m2). Este diferencial depende de la altura entre la abertura lateral y superior (m), y del diferencial de peso específico (kg/m3) del aire exterior e interior. Las tres principales conclusiones de la afirmación anterior son:

1. La altura entre la ventana y abertura superior determinará el tiro. A mayor altura, mayor caudal.
2. La altura de la abertura superior por el exterior determinará el tiro. A mayor altura, mayor caudal.
3. La temperatura del aire exterior e interior de la nave serán importantes. Cuanto mayor sea la diferencia entre ambas, mayor será el caudal.

Imagen 4. Pruebas ventilación en la misma nave modificando solo la altura de las chimeneas.

Conclusiones:

• Mayor caudal en invierno y chimeneas elevadas.
• Aumentar la altura de la chimenea un 130 % supone aumentar el caudal un 52 % en invierno y un 76 % en verano.
• Mayor variación de caudal en chimeneas bajas (45 % vs 26 %) por el efecto del viento.

¿Chimenea o caballete? Las dos opciones pueden ser válidas con el diseño adecuado. Pero las chimeneas tienen ventajas respecto al caballete:

• En condiciones adversas (viento, lluvia y niebla) tienen mayor tiro.
• Soportan bien la sobrepresión del viento por la mayor altura y menor sección.
• Generan más ventilación (m3/h por cm2) por el mayor diferencial de presión (altura).

Punto 8: Controlar las condiciones ambientales

El controlador debe permitir la gestión en harmonía de parámetros ambientales los 365 días.

• Regulación de las aberturas laterales (viento, radiación, temperatura y humedad).
• Regulación de la abertura superior (temperatura, humedad y CO2).
• Sistema antiasfixia (temperatura, humedad, corte eléctrico, avería, etc.).

Por estos motivos se debe instalar:

• Estación meteorológica para controlar las condiciones ambientales exteriores.
• Grupos de sondas ubicadas estratégicamente para una medición zonal significativa.
• Regulación autónoma de las aberturas, superior y ventanas de ambos laterales.

Punto 9: Regulación del patrón de ventilación natural 

En ventilación natural el aire tiene un comportamiento anárquico por varios motivos:

• Efecto de la relación entre aberturas (entrada-salida).
• Efecto de la componente del viento (presión).
• Efecto de la radiación solar no simultáneo en ambas fachadas (sol).
• Regulación de ambos laterales de ventanas (sondas, ubicación y ajuste).
• Diseño de ventana (patrón de ventilación).

Por estos motivos el manejo es determinante según los condicionantes ambientales exteriores. La instalación debe regular de la forma más autónoma posible, aunque requiere de correcciones manuales periódicas.  En definitiva, además de un sistema de regulación, es necesario un manejo ambiental correcto de las condiciones “naturales”.

Punto 10: Adaptarnos al presente y futuro

La ventilación natural se complica debido a los cambios en los últimos años, presente, y sobre todo en un futuro próximo:

1. La genética actual produce más y mejor, pero también es más sensible al estrés ambiental (calor, corrientes de aire, oscilaciones ambientales, etc.).
2. El clima ejerce un efecto muy importante (emergencia climática).
3. Los requerimientos de bienestar y limitaciones legales cada vez son más exigentes. Por lo tanto, son necesarios cambios en diseño, climatización y control del sistema.

Tabla 2. Cambios necesarios de diseño, climatización y control en naves de engorde.

Conclusiones

• Los CONDICIONANTES del entorno son determinantes para el diseño.
• La CONSTRUCCIÓN debe crear un espacio interior saludable y confortable.
• El VOLUMEN ÚTIL es un parámetro clave para generar confort.
• Las ABERTURAS deben generar ventilación en cantidad y calidad los 365 días.
• El CONTROL del sistema es complejo debido a la cantidad de parámetros a controlar.
• Las EXIGENCIAS actuales obligan a modificar el diseño y manejo de estos sistemas.