Desenvolvimento de sistema autônomo de controle ambiental de avicultura de confinamento para melhoria da eficiência energética

A avicultura desempenha papel estratégico na segurança alimentar global, especialmente em países em desenvolvimento, diante do crescimento populacional e do aumento da demanda por proteínas de alto valor biológico e custo acessível. Entretanto, as mudanças climáticas, o aumento da temperatura média global e a maior frequência de eventos extremos impõem desafios significativos aos sistemas intensivos de produção, tornando o controle das variáveis ambientais nos espaços de confinamento fator determinante para a eficiência produtiva, o bem-estar animal e a sustentabilidade energética. Esta tese teve como objetivo geral desenvolver e implementar um sistema autônomo de controle ambiental para espaços de confinamento avícola, com base no sensoriamento de temperatura do ar, umidade relativa e luminosidade, atuando principalmente sobre os sistemas de ventilação, refrigeração e umidificação, visando otimizar o consumo de energia elétrica e maximizar o desempenho produtivo de frangos de corte e aves poedeiras. O trabalho foi estruturado em quatro capítulos complementares, sendo que no Capítulo 1, realizou-se uma revisão sistemática da literatura para identificar as principais variáveis ambientais que impactam a produção de aves e ovos. Foram analisados 52 artigos científicos, evidenciando-se como variáveis críticas: temperatura, umidade relativa, qualidade do ar (especialmente concentração de amônia e gás carbônico), iluminação, ventilação, densidade de alojamento, ruído e enriquecimento ambiental. Constatou-se que temperatura e qualidade do ar exercem influência direta sobre consumo de ração, conversão alimentar, ganho de peso, produção e qualidade de ovos, além da taxa de mortalidade. No Capítulo 2, desenvolveu-se nova revisão sistemática com foco na determinação dos valores ótimos de temperatura do ar, umidade relativa, concentração de amônia e luminosidade. Verificou-se que a temperatura ideal varia conforme a fase produtiva, situando-se entre 18 °C e 38 °C para frangos de corte e entre 14 °C e 28 °C para poedeiras adultas. A umidade relativa recomendada situa-se entre 50% e 70%, a concentração de amônia deve permanecer abaixo de 20 ppm e os níveis de luminosidade devem ser ajustados conforme o sistema produtivo, com cerca de 5 lux e 16 horas de luz para poedeiras e programas graduais para frangos de corte. Esses parâmetros consolidam base técnica para o manejo ambiental racional. O Capítulo 3 abordou os principais métodos de controle ambiental utilizados na avicultura. Identificou-se que o sistema Liga/Desliga ainda predomina (aproximadamente 89% das operações), sobretudo por seu baixo custo e simplicidade operacional. Entretanto, observou-se crescente adoção de sistemas automatizados, monitoramento remoto e tecnologias baseadas em Internet das Coisas (IoT), que possibilitam maior precisão, melhor gestão energética e respostas mais rápidas às variações ambientais. No Capítulo 4 foi proposta e desenvolvida a arquitetura de um sistema autônomo de controle ambiental, integrando sensores, aquisição de dados e lógica de atuação direcionada. O sistema foi concebido para operar com base em índices biometeorológicos, como o Índice de Temperatura de Globo Negro e Umidade (ITGU), permitindo decisões automatizadas voltadas à manutenção do conforto térmico com racionalização do consumo energético. A proposta demonstra viabilidade técnica para aplicação tanto em sistemas de frangos de corte quanto de poedeiras, contribuindo para maior estabilidade produtiva frente às variações climáticas externas. De forma integrada, a tese evidencia que o aprimoramento do controle ambiental em instalações avícolas não apenas melhora indicadores zootécnicos, mas também reduz desperdícios energéticos, perdas produtivas e impactos ambientais. Ao promover eficiência energética associada ao bem-estar animal, o estudo contribui diretamente para o fortalecimento da agricultura sustentável e para a consolidação de práticas alinhadas aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU, especialmente o ODS 2 (Fome Zero e Agricultura Sustentável) e o ODS 12 (Consumo e Produção Responsáveis). Conclui-se que a modernização tecnológica da ambiência avícola, fundamentada em critérios científicos, sensoriamento contínuo e automação inteligente, constitui estratégia essencial para aumentar a competitividade do setor, reduzir a vulnerabilidade às mudanças climáticas e assegurar produção de proteína animal de forma economicamente viável, ambientalmente responsável e socialmente sustentável.

Resumo (inglês)

Poultry production plays a strategic role in global food security, especially in developing countries, in the context of population growth and increasing demand for high biological-value proteins at affordable cost. However, climate change, rising mean global temperatures, and the higher frequency of extreme weather events pose major challenges to intensive production systems, making the control of environmental variables in confined spaces a determining factor for productive efficiency, animal welfare, and energy sustainability. This thesis aimed to develop and implement an autonomous environmental control system for poultry confinement facilities, based on sensing air temperature, relative humidity, and light intensity, acting primarily on ventilation, cooling, and humidification systems in order to optimize electricity consumption and maximize the productive performance of broilers and laying hens. The work was structured into four complementary chapters. In Chapter 1, a systematic literature review was conducted to identify the main environmental variables that affect poultry and egg production. A total of 52 scientific articles were analyzed, highlighting as critical variables: temperature, relative humidity, air quality (especially ammonia and carbon dioxide concentration), lighting, ventilation, stocking density, noise, and environmental enrichment. It was found that temperature and air quality directly influence feed intake, feed conversion, weight gain, egg production and quality, as well as mortality rate. In Chapter 2, a second systematic review was carried out focusing on the determination of optimal values for air temperature, relative humidity, ammonia concentration, and light intensity. It was observed that the ideal temperature range varies according to the production phase, lying between 18 °C and 38 °C for broilers and between 14 °C and 28 °C for adult laying hens. Recommended relative humidity ranges from 50% to 70%, ammonia concentration should remain below 20 ppm, and light levels must be adjusted according to the production system, with approximately 5 lux and 16 hours of light for laying hens and gradual lighting programs for broilers. These parameters provide a consolidated technical basis for rational environmental management. Chapter 3 addressed the main environmental control methods used in poultry production. It was identified that simple on/off control systems still predominate (approximately 89% of operations), mainly due to their low cost and operational simplicity. Nevertheless, a growing adoption of automated systems, remote monitoring, and Internet of Things (IoT)-based technologies has been observed, which enable greater precision, improved energy management, and faster responses to environmental fluctuations. In Chapter 4, the architecture of an autonomous environmental control system was proposed and developed, integrating sensors, data acquisition, and targeted control logic. The system was designed to operate based on biometeorological indices, such as the Black Globe Humidity Index (BGHI), allowing automated decisions aimed at maintaining thermal comfort while rationalizing energy consumption. The proposed system demonstrates technical feasibility for application in both broiler and layer production systems, contributing to greater production stability under variable external climatic conditions. Taken together, the thesis shows that improving environmental control in poultry facilities not only enhances zootechnical performance indicators but also reduces energy waste, production losses, and environmental impacts. By promoting energy efficiency in association with animal welfare, the study directly contributes to strengthening sustainable agriculture and consolidating practices aligned with the United Nations Sustainable Development Goals, especially SDG 2 (Zero Hunger and Sustainable Agriculture) and SDG 12 (Responsible Consumption and Production). It is concluded that the technological modernization of poultry housing environments, grounded in scientific criteria, continuous sensing, and intelligent automation, is an essential strategy to increase the sector’s competitiveness, reduce vulnerability to climate change, and ensure animal protein production that is economically viable, environmentally responsible, and socially sustainable.

Palavras-chave

Análise energética Análise ambiental Aviários Agricultura sustentável Desenvolvimento sustentável Energy analysis Environmental analysis Aviaries Sustainable agriculture Sustainable development

Idioma

Português

Citação

PAULO, Danilo Pazian. Desenvolvimento de sistema autônomo de controle ambiental de avicultura de confinamento para melhoria da eficiência energética. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2026.