OPTIMIZACIÓN DE DISEÑO DE GRANJAS AVÍCOLAS DE POLLOS

Abstract

[EN] Intensive (broiler) poultry farming is a strategic sector for the economy and development of many countries and regions, including Spain and the Valencian Community region. Intensive production consists of keeping the animals in specific buildings (broiler buildings) under a controlled indoor microclimate. Two main options are found regarding the ventilation systems: production in broiler buildings with natural ventilation and production in broiler buildings with mechanical ventilation (commonly with negative depression by exhaust fans). Inadequate design is the main cause of thermal stress and the mortality of broilers. In this sense, one solution to decrease the broilers' heat stress and mortality consists of assisting in their biological thermoregulation by increasing the air velocity over them. In this PhD dissertation, the ventilation (ranges of the air velocity and its distribution, mainly at the level and plane where the broilers are located) in the main mechanical ventilation systems installed in the broiler buildings is characterised and analysed. Despite the magnitude of the current difficulties (broilers' thermal stress and mortality) and society's sensitivity regarding aspects of animal welfare, to date, the different mechanical ventilation systems in the different types of broiler building have not been characterised and analysed with scientific scrupulousness. In this PhD dissertation, the three most relevant types have been studied: cross, tunnel and single-sided. The methodological approach has been very similar in all the cases of study: some measurements by means a multi-sensor system (with our own original design and building) has been used for isotemporal recordings, the corresponding Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations have been carried out and finally these simulations have been validated. These validations were carried out by means of two statistical techniques: by means of linear regression techniques and by means of a study of the significance (in an analysis of the variance) for the method used (sensors or CFD) in each different proposed validation model. Having validated these CFD results, CFD techniques can safely be used to characterise and analyse the ventilation in all the indoor space of the broiler buildings (sensors only allow it to be characterised in their physical locations). The first case studied involves a broiler building which has a cross mechanical ventilation system (commonplace in Mediterranean climates) installed. The conclusions from this study show that this ventilation system is adequate for broiler rearing during nearly the whole year in mild climatic locations (e.g. Mediterranean climate). However, on certain days or in periods of heat (summer), it would not be adequate because it cannot reach high enough air velocity values to reduce the heat stress on the broilers. The second case studied is a broiler building with tunnel mechanical ventilation installed. The conclusions from this study show that it is less suitable than the first one analysed (cross mechanical ventilation) for broiler rearing over nearly the whole year in mild climatic locations. However, on certain days or in periods of heat (summer), it is very suitable because it can reach higher air velocity values to reduce the heat stress on the broilers. The third case studied is a broiler building with single-sided mechanical ventilation installed. The conclusions from this study show that this ventilation system is suitable for broiler rearing almost throughout the year in mild climatic locations. However, on certain days or in periods of heat (summer), it would be not adequate because it cannot reach high enough air velocity values to reduce the heat stress.

[ES] La avicultura intensiva del pollo de carne (broiler) es un sector estratégico en la economía y desarrollo de muchos países y regiones, entre ellos España y la Comunidad Valenciana. La producción intensiva del broiler se da confinando al animal en edificios específicos (granjas de pollos) bajo un microclima interno controlado. Tiene dos variantes fundamentales en función de su sistema de ventilación: producción en granjas con ventilación natural y producción en granjas con ventilación mecánica (generalmente por depresión negativa mediante ventiladores de extracción). Un inadecuado diseño de la ventilación es la causa principal del estrés térmico y de la mortalidad de los pollos. En este sentido, una solución para disminuir el estrés térmico por calor y la mortalidad de los pollos es ayudar en su termorregulación biológica mediante un aumento de la velocidad del aire sobre ellos. En esta tesis doctoral, se ha caracterizado y analizado la ventilación (rangos de velocidad del aire y su distribución, especialmente al nivel de presencia del pollo) en los principales sistemas de ventilación mecánicos instalados en las granjas de pollos. Pese a la envergadura de la actual problemática (estrés térmico y mortalidad de los pollos) y la sensibilidad de la sociedad hacia los aspectos del bienestar animal, hasta la fecha no se han caracterizado y analizado con rigurosidad científica los diferentes sistemas de ventilación mecánicos en las diferentes tipologías de granjas de pollos. En esta tesis doctoral se han estudiado los tres más relevantes: cruzado, túnel y de pared única. El enfoque metodológico en todos los casos de estudio ha sido muy similar: se han realizado unas mediciones mediante un sistema multisensor de registro isotemporal (de diseño y fabricación propios), se han realizado las correspondientes simulaciones Computational Fluid Dynamics (CFD) y finalmente se han validado estas simulaciones. Estas validaciones se han llevado a cabo mediante dos técnicas estadísticas: mediante técnicas de regresión lineal y mediante el estudio de la significatividad (en un análisis de la varianza) de la metodología utilizada (sensores o CFD) en sendos modelos de validación propuestos. Una vez validadas estas simulaciones CFD, se tiene la seguridad de poder utilizarlas para caracterizar y analizar la ventilación en todo el espacio interior de las granjas (los sensores sólo permiten caracterizarla en las localizaciones físicas de los mismos). El primer caso de estudio es el de una granja que tiene instalado un sistema de ventilación mecánico cruzado (habitual en el clima Mediterráneo). Las conclusiones de este estudio demuestran que este sistema de ventilación es adecuado para la crianza del pollo para casi todo el año en localizaciones climáticas templadas (por ejemplo, el clima Mediterráneo). Sin embargo, en días o periodos de calor (verano), no será adecuado porque no se pueden alcanzar valores de velocidad del aire grandes que permiten disminuir el estrés por calor de los pollos. El segundo caso de estudio es el de una granja que instala el sistema de ventilación mecánico túnel. Las conclusiones de este estudio demuestran que es menos apropiado que el anterior (sistema de ventilación mecánico cruzado) para la crianza del pollo durante todo el año en localizaciones climáticas templadas. Sin embargo, en días o periodos de calor (verano), será muy adecuado porque se pueden alcanzar valores de velocidad del aire grandes que permiten disminuir el estrés por calor de los pollos. El tercer caso de estudio es el de una granja que instala el sistema de ventilación mecánico de pared única. Las conclusiones de este estudio demuestran que este sistema de ventilación es adecuado para la crianza del pollo para casi todo el año en localizaciones climáticas templadas. Sin embargo, en días o periodos de calor (verano), no será adecuado porque no se pueden alcanzar valores de ve

[CA] L'avicultura intensiva del pollastre de carn (broiler) és un sector estratègic en l'economia i desenvolupament de molts països i regions, entre ells Espanya i la Comunitat Valenciana. La producció intensiva del broiler es dóna confinant a l'animal en edificis específics (granges de pollastres) sota un microclima intern controlat. Té dues variants fonamentals en funció del seu sistema de ventilació: producció en granges amb ventilació natural i producció en granges amb ventilació mecànica (generalment per depressió negativa mitjançant ventiladors d'extracció). Un inadequat disseny de la ventilació és la causa principal de l'estrés tèrmic i de la mortalitat dels pollastres. En aquest sentit, una solució per disminuir l'estrés tèrmic per calor i la mortalitat dels pollastres és ajudar en la seua termoregulació biològica mitjançant un augment de la velocitat damunt d'ells. En aquesta tesi doctoral, s'ha caracteritzat i analitzat la ventilació (rangs de velocitat de l'aire i la seua distribució, especialment al nivell de presència del pollastre) en els principals sistemes de ventilació mecànics instal·lats a les granges de pollastres. Malgrat l'envergadura de l'actual problemàtica (estrés tèrmic i mortalitat dels pollastres) i la sensibilitat de la societat envers els aspectes del benestar animal, fins aquesta data no s'han caracteritzat i analitzat amb rigor científic els diferents sistemes de ventilació mecànics a les diferents tipologies de granges de pollastres. En aquesta tesi doctoral han sigut estudiats els tres més rellevants: creuat, túnel i de paret única. L'enfocament metodològic en tots els casos d'estudi ha sigut molt similar: han sigut realitzats uns mesuraments mitjançat us sistema multisensor de registre isotemporal (de disseny i fabricació propis), han sigut realitzades les corresponents simulacions Computational Fluid Dynamics (CFD) i finalment han sigut validades aquestes simulacions. Aquestes validacions s'han dut a terme mitjançant dues tècniques estadístiques: mitjançant tècniques de regressió lineal i mitjançant l'estudi de la significativitat (en una anàlisi de la variància) de la metodologia utilitzada (sensors o CFD) en sengles models de validació proposats. Una vegada validades aquestes simulacions CFD, es té la seguretat de poder utilitzar-les per a caracteritzar i analitzar la ventilació en tot l'espai interior de les granges (els sensors només permeten caracteritzar-la en les localitzacions físiques dels mateixos). El primer cas d'estudi és el d'una granja que té instal·lat un sistema de ventilació mecànic creuat (habitual en el clima Mediterrani). Les conclusions d'aquest estudi demostren que aquest sistema és adequat per a la criança del pollastre durant quasi tot l'any en localitzacions climàtiques moderades (per exemple, el clima Mediterrani). Tanmateix, en dies o períodes de calor (estiu), no serà adequat perquè no es poden obtenir valors de velocitat de l'aire grans que permeten disminuir l'estrés per calor dels pollastres. El segon cas d'estudi és el d'una granja que instal·la el sistema de ventilació mecànic túnel. Les conclusions d'aquest estudi demostren que és menys adequat que l'anterior (sistema de ventilació mecànic creuat) per a la criança del pollastre durant tot l'any en localitzacions climàtiques moderades. Tanmateix, en dies o períodes de calor (estiu), serà molt adequat perquè es poden obtenir valors de velocitat de l'aire grans que permeten disminuir l'estrés per calor dels pollastres. El tercer cas d'estudi és el d'una granja que instal·la el sistema de ventilació mecànic de paret única. Les conclusions d'aquest estudi demostren que aquest sistema és adequat per a la criança del pollastre durant quasi tot l'any en localitzacions climàtiques moderades. Tanmateix, en dies o períodes de calor (estiu), no serà adequat perquè no es poden obtenir valors de velocitat de l'aire grans que perme