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Uma lufada de ar fresco: o estábulo de ventilação cruzada

POR ANTÓNIO LUIZ GOMES

BEM ESTAR & GESTÃO

EM 14/02/2014

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É sabido o que custa às vacas – e aos produtores – suportar o calor do Verão. Para agravar as coisas, aí está o aquecimento global. No entanto, uma invenção recente pode ser uma lufada de ar fresco na vacaria: o estábulo de ventilação cruzada.

A ventilação é a respiração de um estábulo. As vacas produzem continuamente calor e humidade, que libertam para o ar que as rodeia. O sistema de ventilação substitui o ar, mais quente e húmido, do interior do estábulo pelo ar, mais fresco e seco, do exterior. Além de retirar calor e humidade ao ambiente interior do estábulo, a ventilação também retira cheiros, gases, poeiras, micróbios, moscas, …, mantendo as condições de bem-estar e saúde para os animais, os trabalhadores e os próprios materiais do edifício.

Consoante a época do ano, o factor mais crítico para a ventilação pode ser o calor, a humidade ou a concentração de gases tóxicos como o amoníaco. Em Portugal, durante a maior parte do ano, o calor é o factor crítico. Se a ventilação controlar o calor, também controla os outros parâmetros.

A ventilação influencia a temperatura dos animais não só através do ritmo de renovação do ar no interior do edifício como através da velocidade do ar ao nível dos animais. Como método auxiliar do controlo do calor, usa-se também a refrigeração do ar e dos animais pela evaporação de água.

Um sistema de ventilação consiste num conjunto de entradas e saídas de ar e num mecanismo de movimentação do ar entre as primeiras e as segundas. Os sistemas de ventilação dividem-se em dois grandes grupos, em função do processo de movimentação do ar: ventilação natural e ventilação forçada.

Um bom sistema de ventilação deve renovar o ar, ser regulável, ajustando-se a cada momento às condições interiores e exteriores, e ser flexível, de modo a poder proporcionar um bom ambiente em qualquer estação do ano.

A base: a estabulação livre de tipo californiano

Nas últimas quatro décadas, reinou a estabulação livre de tipo californiano: planta rectangular, parques com cubículos, organização e percursos lineares, cobertura integral, fresta de cumeeira, ausência de paredes.

A ventilação é natural. Quando há vento, é este o principal responsável pela renovação do ar. Condições essenciais: lados abertos, beirais altos, localização e orientação correctas do edifício, ausência de obstáculos ao vento nas proximidades.

Quando não há vento, a renovação de ar faz-se por convecção, ou “efeito chaminé”: o ar quente sai pela fresta de cumeeira, gerando uma depressão que aspira o ar fresco pelos lados abertos do edifício. Condições essenciais: largura e desenho da fresta de cumeeira, inclinação das abas da cobertura e, outra vez, lados abertos, beirais altos e ausência de obstáculos à circulação do ar à volta do edifício.

A ventilação/ climatização foi sendo sucessivamente melhorada, com coberturas mais isolantes, ventoinhas, aspersores, nebulizadores. Com tempo quente, ventoinhas interiores aceleram a velocidade do ar ao nível das vacas. A evaporação de água é usada para o arrefecimento:

— do ar interior, por nebulização;
— dos animais, por aspersão destes.

A transição: ventilação em túnel

Perto da passagem de século, surge o estábulo de ventilação em túnel, inspirado num sistema usado em aviários e suiniculturas. Introduz a ventilação forçada e a refrigeração do ar à entrada.
O sistema é uma adaptação possível num pavilhão de ventilação natural. Num dos topos, instalam-se os exaustores; no outro, os painéis de admissão de ar. Outras entradas e saídas de ar são tapadas. O ar desloca-se ao longo do comprimento do edifício, paralelamente à cumeeira.

A eficácia da ventilação em túnel está no arrefecimento dos animais por aumento da velocidade do ar. Este efeito pode ser reforçado por arrefecimento do ar ou dos animais por evaporação de água. O arrefecimento do ar pode fazer-se por nebulizadores no interior do edifício, ou por painéis de evaporação nas entradas de ar. O arrefecimento dos animais faz-se por aspersores de funcionamento intermitente, que alternadamente molham os animais e os deixam secar.
Vimos que nebulizadores e aspersores já são usados nos estábulos de ventilação natural. A novidade, em termos de acessórios, são os painéis de evaporação, para arrefecer o ar à entrada. São painéis porosos de fibra de celulose (Figura 2), com um sistema de aspersão de água na parte superior e uma calha colectora na parte inferior. A água é aspergida ao longo da parte superior do painel e cai por gravidade. A que não se evapora é recolhida na calha, para ser recirculada. O ar que entra passa através dos painéis, arrefecendo pela evaporação da água embebida nestes.

O sistema tem algumas limitações. Começa por só poder funcionar no Verão. Com tempo muito frio, a velocidade do ar torna-se incómoda para as vacas. O estábulo tem de funcionar em ventilação natural nessa altura: um híbrido em termos de ventilação. As condições óptimas do edifício não são as mesmas para os dois tipos de ventilação, o que implica adaptações periódicas (nomeadamente, abertura e fecho de entradas e saídas de ar para a ventilação natural) e/ou soluções de compromisso.
Outro problema: nos topos do edifício, o espaço para os exaustores e para os painéis de admissão de ar é limitado, dada a menor área do alçado e a existência de portas de grandes dimensões, para a circulação de máquinas (Figura 4).


Por outro lado, dentro do edifício, o ar tende a circular nos espaços desimpedidos: junto ao tecto e nos corredores de alimentação. Isto faz com que a velocidade do ar seja menor ao nível das vacas, com manifesta perda de eficiência do sistema. Para obrigar o ar a circular junto das vacas, colocam-se painéis ou cortinas de deflecção transversais, a barrar o espaço livre sob a cobertura (Figura 5). No entanto, estes deflectores têm de deixar espaço para a circulação de máquinas no corredor de alimentação. Grande parte da circulação do ar continua a fazer-se por este espaço, roubando eficiência ao sistema.


A nova geração: o estábulo de ventilação cruzada

A ventilação em túnel é uma forma de transição, rapidamente destronada pela ventilação cruzada, que aperfeiçoa os conceitos e optimiza a concepção.


Estes dois inconvenientes não existem no sistema de ventilação cruzada. Exaustores e painéis de admissão colocam-se nos alçados laterais, de maior comprimento e onde não há portas (Figuras 6 a 8).
Dentro do edifício, o ar desloca-se perpendicularmente às filas de cubículos e corredores. Os painéis deflectores passam a ser longitudinais, como as mesmas filas de cubículos e corredores. São colocados por cima dos cubículos (Figura 9), onde melhor cumprem a sua função, que é dirigir o fluxo de ar para junto das vacas. Não interferem com a circulação da maquinaria, visto não cruzarem os corredores, como acontece na ventilação em túnel. Por isso, podem vir a menor distância do chão: 1,8-3 m, contra 3,6 a 4 m na ventilação em túnel.
Assim, com o sistema de ventilação cruzada é mais fácil instalar a potência de ventilação adequada e esta é usada mais eficientemente.



Em relação aos estábulos de ventilação natural, os de ventilação cruzada têm várias vantagens:

Permitem concentrar as vacas, reduzindo a distância das deslocações. A ventilação natural limita a largura dos pavilhões. Com ventilação cruzada, a largura dos pavilhões pode ser o dobro ou mais. Podem ter entre 8 e 24 filas de cubículos, tendo a maioria entre 12 e 16.
Por outro lado, a ventilação natural está em grande parte dependente do vento. Por isso, os pavilhões têm de ter, à volta, um espaço livre de barreiras ao vento. Os estábulos de ventilação cruzada não têm essas limitações.
Assim, dois pavilhões de ventilação natural com 4 filas de cubículos têm, cada um, 30,5 m de largura; entre eles, deve haver uma distância de 30-45 m; portanto, a largura total do conjunto é de 91-106 m. Num pavilhão de ventilação cruzada com 8 filas de cubículos, o mesmo número de vacas ocupa uma faixa de terreno com 67 m de largura (Figura 10).
Um pavilhão de ventilação cruzada com 8 filas de cubículos ocupa uma faixa de terreno de 67 m de largura e aloja o mesmo número de vacas que dois pavilhões de ventilação natural de 4 filas de cubículos e uma largura total de 91-106 m (30,5 m de largura por pavilhão e um espaço livre de 30-45 m entre os dois).




Altura e inclinação da cobertura:

Para uma boa ventilação natural, os pavilhões convencionais devem ter uma altura mínima dos beirais de 3,6-4,2 m, e uma inclinação das abas da cobertura de 25-33%. Com ventilação cruzada, a altura é inferior e a inclinação limita-se a uns 4% (figura 7), o que simplifica e embaratece muito a construção.
Por causa desta fraca inclinação das coberturas, na maioria das vacarias com ventilação cruzada a limpeza é por rodos. A limpeza por descargas de água obriga a um declive de 2-3%. Nesse caso, e dependendo do desenho e dos materiais da cobertura, parte da chuva, ou da neve, se for caso disso, em vez de escorrer para os beirais, pode escorrer para o lado mais baixo do edifício, sobrecarregando aí a estrutura.

A refrigeração:
A ventilação cruzada proporciona um ambiente mais uniforme ao longo de todo o ano, melhor ventilação e melhor ambiente no Verão, graças à refrigeração por evaporação. Esta tem um efeito muito significativo no bem-estar das vacas, sobretudo com tempo quente e seco.
Em climas quentes e húmidos, em vez dos painéis de evaporação são preferíveis os aspersores, para molhar as vacas no parque de espera e na barreira de alimentação.

Resultados produtivos:
A temperatura mantém-se mais constante ao longo do ano. As vacas passam mais tempo na zona de conforto térmico. É visível o aumento do bem-estar dos animais.
A produção de leite sobe significativamente de 1,5-2,5 kg por vaca e dia, ou cerca de 450 kg/vaca/ano. O consumo de alimento também aumenta, mas a eficiência de conversão alimentar é melhor, visto haver menos gastos metabólicos com o controlo da temperatura corporal. Daqui resulta um aumento da rentabilidade por vaca superior a 100 dólares anuais.
Não estão incluídos nestes cálculos os ganhos resultantes de um melhor desempenho reprodutivo e de uma redução dos problemas sanitários. A fertilidade tem aumentos da ordem dos 10%. As vacas fazem cios e são fecundadas mesmo no pino do Verão. Há menos coxeiras, problemas metabólicos, abomasos deslocados. É de esperar um aumento significativo da longevidade dos animais.
O aumento da rentabilidade compensa a diferença no investimento inicial (cerca de 500 dólares, segundo um estudo). O consumo de energia não difere muito do de um estábulo convencional com ventoinhas interiores, graças à maior eficiência dos exaustores.


Conclusão:

Depois de algumas adaptações, o primeiro estábulo de ventilação cruzada para vacas leiteiras construído de raiz surgiu, nos Estados Unidos, em 2005. Dados os excelentes resultados, o conceito tem vindo a ganhar popularidade. Não deve tardar a chegar à Europa, e a Portugal, onde tão bem se adequa aos longos Verões quentes e secos.
Está no génio lusitano modificar as ideias novas que adopta sem primeiro as estudar a fundo. O resultado é que depois as coisas não funcionam… tão bem! Levou tempo a perceber que a ventilação natural exige pé-direito alto e fresta de cumeeira larga e desimpedida. Agora é de prever a tentação de fazer ventilações cruzadas em estruturas perfeitas para a ventilação natural. Atenção! Assim não funciona! Se os tectos se queriam altos, agora têm de ser baixos. Se era insdispensável uma fresta de cumeeira, agora a cobertura tem de ser completamente fechada. As ventoinhas eram um recurso para o calor e agora são necessárias todo o ano: há que prever diferentes regimes de utilização, adequados às necessidades de ventilação das diferentes estações. E há que pensar na iluminação, visto o edifício ser fechado.
Estudemos bem o assunto antes de investir. Já começa a haver bastante informação na Internet. Podemos pesquisar nos motores de busca com “low profile cross ventilated freestall barns”.
Venha então a ventilação cruzada. As vacas vão agradecer e pagar… em géneros!

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LUIZ CARLOS CAVAGNOLI

CURITIBA - PARANÁ - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 06/07/2015

Carina,

Você pode por favor me passar um contato para eu enviar o estudo de caso.
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 04/07/2015

Olá, Carina. Um dos dois ficheiros que o Eng. Casagnoli me mandou é o artigo sobre a fazenda Colorado, que pode encontrar aqui: https://www.munters.com/pt/solutions/ventilation/?country=Eg

O outro é uma apresentação, também da Munters, sobre o arrefecimento evaporativo, que eu vou mandar ao Diogo por mail, porque não tenho o seu endereço.
CARINA BRAS

SANTARÉM - SANTARÉM - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 04/07/2015

Luiz Carlos Cavagnoli poderia enviar-me esse estudo de caso ? Fui aluna do prof. António Luiz Gomes e actualmente sou encarregada de uma exploração de vacas de leite com 1000 animais que nos últimos 2 anos têm sofrido brutalmente com o calor. Estamos a estudar opções e gostaria de dados relativamente a este sistema para apresentar à gerência.
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 22/12/2014

Caros Paulos (Carvalho & Zambroza Oliveira) - Muito obrigado por me chamarem de volta a este artigo e pelas novas informações. A ventilação cruzada já está implantada no Brasil. Não será para tão cedo em Portugal.
PAULO ZAMBROZA OLIVEIRA

EM 21/12/2014

Esse artigo estaá relacionado a fazenda Colorado, proprietária da marca XANDÔ localizada na cidade de Araras-São Paulo - Brasil.

Site: http://www.xando.com.br/institucional-fazenda-colorado.php

Vídeo: http://www.xando.com.br/MilkPoint-06-10-14.php



PAULO CARVALHO

PESQUISA/ENSINO

EM 20/03/2014

Antonio Luiz Gomes - Parabens pelo artigo. Queria so dizer que a resposta das vacas a este sistema nos Estados Unidos nao e de modo algum inferior ao que o Luiz Carlos reporta para o Brasil. Com algumas exploracoes a conseguirem medias anuais de 41-44kg/vaca/dia comparado com 35-37kg/vaca/dia em rebanhos com mais de 2000 vacas em lactacao.  
LUIZ CARLOS CAVAGNOLI

CURITIBA - PARANÁ - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 26/02/2014

António Luiz Gomes - o ganho na produção de leite é de 6kg/vaca no verão, é claro que no inverno o ganho é menor, pois recupera apenas os dias com picos de calor. Mas a média anual dele hoje é de 39kg/vaca.

Você pode por favor me passar um contato para eu enviar o estudo de caso.
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 26/02/2014

Caro Luiz Carlos

Muito obrigado por toda a sua interessantíssima informação. É espantosa a resposta das vacas a este sistema no Brasil - várias vezes superior à registada nos Estados Unidos. É claro que para a vaca Holandesa o stress térmico nos climas do Brasil é bem mais intenso e prolongado do que nos Estados Unidos. Tenho todo o interesse no estudo de caso de que fala.

Cordialmente

António
LUIZ CARLOS CAVAGNOLI

CURITIBA - PARANÁ - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 25/02/2014

Antonio Luiz Gomes - A fazenda a qual citei fica na região central do estado de São Paulo (SP), a produção de leite subiu de 33 kg/vaca/dia para 39 kg/vaca/dia, a taxa de concepção era de 10 animais para cada 100 e agora esta em 25 para cada 100, a taxa de descarte caiu em 4%, dados estes fornecidos pelo produtor. Quem tiver interesse posso enviar um estudo de caso desta fazenda. Em 2014 a fazenda se tornou a 1° em produção de leite no Brasil (http://www.milkpoint.com.br/top100-2014-lp/).  Nós não temos nenhuma destas instalações próximo da floresta amazônica (quente e úmida), mas é possível sim a instalação deste sistema em um lugar assim. Pelo principio de funcionamento do sistema o ganho em temperatura será menor (7-9°C quente e úmido, contra 12-13°C em um lugar quente e seco), mas mesmo assim o conforto térmico ainda será maior do que com ventilação natural.

Algumas informações do que vivemos na prática:

Consumo de energia elétrica - É aproximadamente igual com os exaustores do que quando usando as ventoinhas convencionais, pois no período quente são menos exaustores do que ventoinhas, mas no período frio alguns exaustores ficam ligados enquanto não se ligaria nenhuma ventoinha. Agora estamos trabalhando com um motor EC de alto rendimento nos exaustores, o que esta nos trazendo uma economia de energia de até 40%.

Quanto ao consumo de água - Se compararmos com a ventilação natural, é claro que temos um consumo maior de água, mas se compararmos com o sistema de molhar o animal (com gota grossa de água e não nevoa*) aí o consumo com o painel evaporativo é muito menor, além de não ter o problema de água liquida dentro do celeiro.

*Lembrando que o sistema de molhar o animal com nevoa (gota fina) aumenta a temperatura retal do animal, uma vez que a gota fina de água não penetra no pelo formando uma barreira para a troca natural de calor com o ar.
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 24/02/2014

Rui Cepeda - Sim, muito antes de se usar nas vacas, este sistema de refrigeração já se usava em aviários e suiniculturas, e também em estufas para plantas. Não vejo por que este sistema não possa ser compatível com a legislação portuguesa e europeia. No que diz respeito a saúde e bem estar animal - consideravelmente beneficiados, encontro uma única restrição: a ventilação fica dependente de um sistema artificial e deve ser assegurada a existência de um sistema alternativo para falhas e um sistema de alarme para avarias (Decreto-lei nº 155/2008, Anexo A, nºs 15-16). Quanto ao impacto ambiental, poder-se-ia pensar num maior consumo de energia e no gasto de água dos painéis de evaporação. Lembro-me de ter lido que o consumo de energia com os exaustores não é superior ao das ventoinhas usadas no interior de um estábulo convencional, mas a opinião não é unânime (http://www.extension.org/pages/68439/cross-ventilated-barns-for-dairy-cows:-new-building-design-with-cow-comfort-in-mind#.Uwvix_mKWm4) diz que, com os painéis de evaporação a funcionar, é de 1,7 a 6,6L/vaca/hora. Há outras opções de refrigeração por evaporação, nomeadamente aspersores sobre os animais e nebulizadores.

Luiz Carlos Cavagnoli - Os resultados que refere são espetaculares. Seria possível dizer-nos quais os níveis de produção de leite e da taxa de concepção antes e depois da mudança para a ventilação cruzada? Suponho que em algums regiões mais húmidas do Brasil a refrigeração possível com este sistema seja reduzida.
MAAIKE SMITS

LISBOA - LISBOA - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 24/02/2014

Boa noite Eng. Luiz,

Muito obrigada pelo seu contributo e experiência!
LUIZ CARLOS CAVAGNOLI

CURITIBA - PARANÁ - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 24/02/2014

Boa tarde a todos, sou engenheiro de aplicações neste tipo de instalação e caso queiram esclarecer algumas dúvidas posso ajudar.

Maaike Smits: O custo benefício da instalação de uma ventilação cruzada vai depender de vários fatores, como custo da energia elétrica EUR/kWh, preço do litro ou kg do leite, quantidade de animais, tamanho celeiro, condições climáticas do local. No Brasil temos alguns celeiros com este sistema, e com excelente resultados ao produtor, com retorno do investimento em menos de 2 anos, aumento na produção de leite em 20%, aumento na taxa de concepção em 150%. Vale lembrar que o Brasil também tem o inverno bem definido com 3 ou 4 meses de temperaturas abaixo de 10°C.

Rui Cepada: Não conheço a regulamentação Europeia, acredito que até amanhã já consigo lhe enviar se já possuímos alguma instalação deste tipo na europa. Quanto a opinião pública, este tipo de instalação serve exatamente para aumentar o conforto do animal, pois evita as mudanças de temperatura, para o animal é muito melhor ficar dentro de um celeiro com este sistema do que livre no ambiente sem o clima controlado. Quando climatizado, o animal não esta sendo forçado a produzir mais, mas ele estará mais confortável, canalizando mais energia para a produção de leite ao invés de gastar energia para a redução da temperatura corporal.
RUI CEPEDA

LISBOA - LISBOA - MÉDICO VETERINÁRIO

EM 24/02/2014

Bom dia, considerei o artigo interessante. Creio que no sector avícola, em Portugal, se utilizam soluções semelhantes, à já alguns anos. No entanto estamos a falar de animais com necessidades de temperatura com intervalos muito reduzidos e ciclo produtivo muito curto.

Quanto às vacas de leite, gostaria de deixar duas questões. Será que um estábulo deste tipo pode estar dentro da regulamentação Europeia? E se sim, será que a opinião publica o iria aceitar?
BRUNO MIGUEL DA SILVA BENTO

SETÚBAL - SETÚBAL - CONSULTORIA/EXTENSÃO RURAL

EM 20/02/2014

Olá Professor António,

Sempre a surpreender! Parabéns desde já, pelo artigo!

Aqui há uns dias atrás, tive a oportunidade de visionar um documentário sobre vacas leiteiras.. Onde a nível mundial, no ano de 2012 era Israel que dominava o plano da produção leiteira em médias de produção de quilos de leite vaca/ano, seguido dos EUA e Canadá. Dominava o sistema californiano, com ventoinhas e aspersores (pelo que consegui verificar), o seu primor era sobretudo na alimentação de qualidade (tudo importado), que lhes permitiam % de gordura de 3.72 e proteína 3.32.

Tendo visto também, que eles tinham tecnologia de ponta que lhes facilita em muito o maneio da exploração. Mais um acréscimo como este, podia fazer milagres em condições ambientais extremas como aquelas. Contudo, adivinha-se um capital investido muito grande.



Um Grande Abraço.
ANTÓNIO BARÃO

BENAVENTE - SANTARÉM - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 19/02/2014

Não ,infelizmente ainda não tive oportunidade de visitar nenhuma destas explorações.Estou a construir um pavilhão ,mas ainda baseado no pé-direito,inclinação e abertura de tecto.



Um abraço
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 19/02/2014

Muito obrigado, Sr. Barão. Já visitou alguma vacaria destas nas suas idas aos Estados Unidos? Julgo que na Europa ainda não há nenhuma.

Um abraço
ANTÓNIO BARÃO

SANTARÉM - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 18/02/2014

Parabéns,Dr..Luiz Gomes

É um artigo muito interessante e sempre actual,principalmente na produção leiteira do centro/sul do País.
ANTÓNIO LUIZ GOMES

SANTARÉM - SANTARÉM - PESQUISA/ENSINO

EM 17/02/2014

Obrigado, Maaike

Infelizmente, não tenho elementos para responder às suas perguntas. É claro que uma instalação destas representa um grande investimento e encargos de funcionamento que têm de ser muito bem estudados. O meu objetivo, quando há dois ou três anos escrevi o artigo, era chamar a atenção para esta nova geração de instalações para vacas leiteiras. Nasceu numa época de crise, mas parece ter muitas potencialidades. Desde a altura em que escrevi já deve haver muita nova informação disponível.
MAAIKE SMITS

LISBOA - LISBOA - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 17/02/2014

Muitos Parabéns pelo artigo professor.

Um tema muito interessante e com informação muito relevante para novas construções. Sublinho o último parágrafo que escreveu. Existem inúmeros custos e situações particulares de região para região em Portugal que devem ser considerados antes de decidir por este tipo de estabulação, e que a mim me levanta a dúvida se os beneficios obtidos no Verão justificam os custos que no Inverno se terão por se ser obrigado a ventilar também, e ainda os custos e tipo de iluminação necessária para garantir conforto a este nivel?