Contribuições para o desenvolvimento sustentável de um sistema de monitoramento e controle de galpões para frangos de corte

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ALISON ZILLE LOPES

CONTRIBUIÇÕES PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL DE UM SISTEMA DE MONITORAMENTO E CONTROLE DE GALPÕES PARA FRANGOS DE CORTE

CAMPINAS 2015

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Departamento de Semicondutores, Instrumentos e Fotônica ALISON ZILLE LOPES

CONTRIBUIÇÕES PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL DE UM SISTEMA DE MONITORAMENTO E CONTROLE DE GALPÕES PARA FRANGOS DE CORTE

Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Elétrica, na Área de Automação.

Orientador: Prof. Dr. Gilmar Barreto Co-orientador: Prof. Dr. Fabiano Fruett

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ALISON ZILLE LOPES, E ORIENTADA PELO PROF. DR. GILMAR BARRETO.

CAMPINAS 2015

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vii RESUMO

Em um âmbito global, a conquista de maior produtividade na agricultura e pecuária é extremamente importante para combater a pobreza e a fome, uma vez que cerca de 78 % da população pobre do mundo vive na zona rural e depende destas atividades para sobreviver. Neste cenário, na busca por soluções a problemas práticos relacionados à agricultura e pecuária, o acesso à tecnologia é fator determinante, levando países em desenvolvimento a explorarem os benefícios do paradigma open source (livre acesso, modificação e distribuição). No Brasil, a cadeia produtiva de aves é um dos principais setores do agronegócio, que se baseia em um modelo de integração composto principalmente por pequenos produtores, extremamente dependentes das integradoras, financeira e tecnologicamente, e com baixo nível de automação em seus aviários. Entretanto, a automação das instalações avícolas é a principal oportunidade para a melhoria do desempenho produtivo e bem estar das aves, além de permitir o uso racional da propriedade e demais recursos naturais, impactando positivamente na qualidade de vida dos produtores. Assim, este trabalho descreve o projeto e desenvolvimento de um sistema de automação destinado ao monitoramento e controle em instalações destinadas a criação de frangos de corte. Apresentando-se como uma proposta de automação open source software e hardware, este sistema foi concebido com o intuito de atrair contribuições das mais variadas fontes, principalmente do meio acadêmico e de usuários, incitando a discussão e o desenvolvimento de meios técnicos e estruturais necessários a sua implantação e aceitação entre pequenos e médios produtores de frangos de corte. O processo de desenvolvimento deste sistema, conduzido inteiramente através do uso de ferramentas gratuitas ou open source, também se beneficiou pelo emprego da tecnologia de transmissão sem fio Zigbee® e de uma distribuição Linux Embarcado. O padrão Zigbee® favoreceu a abordagem open source ao permitir a elaboração de uma proposta modular de automação; diferentes dispositivos de hardware (módulos) que operam colaborativamente, monitorando o ambiente térmico, controlando os sistemas de climatização e iluminação e registrando informações relacionadas aos planteis. A adoção do Linux embarcado reduziu a preocupação com detalhes do hardware, o que direcionou o foco para o software e sua usabilidade, produzindo um sistema mais atraente a usuários e a desenvolvedores (pesquisadores, estudantes ou entusiastas) interessados em colaborar com o projeto. Durante avaliações conduzidas no protótipo do sistema, este se mostrou estável na execução do monitoramento e controle, além de apresentar custo relativamente baixo frente suas características. Este sistema é o primeiro passo na direção de uma solução de automação sustentável, que ao beneficiar a sociedade, através de um sistema configurável e de fácil utilização, esta contribui pra sua manutenção e evolução. A sustentabilidade desta proposta está vinculada à sua associação a projetos de ensino, pesquisa e, principalmente, extensão universitária, aproximando produtor rural e meio acadêmico, gerando melhoria da produção e qualidade das instalações avícolas ao passo que proporciona aprendizado técnico e científico em uma área de grande importância para a nossa economia.

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ix ABSTRACT

In a global context, achieving greater productivity in agriculture is extremely important to combat poverty and hunger, since about 78% of the world’s poor people live in rural areas and depend on agriculture to survive. In this way, looking for practical solutions to agriculture problems, aiming at improving the quality of life of rural community, the access to technology is a key factor, which has led developing countries to explore the benefits of open source paradigm (free access, modification and distribution). In Brazil, the broiler production chain is one of the main sectors of its agribusiness, based on an integrated production model composed mainly by small producers heavily dependent on the integrated industry, financial and technologically, and with low level of automation in their broiler houses. However, the broiler houses’ automation is the main opportunity to improve birds’ productive performance and welfare, and it facilitates the rational use of the property and other natural resources, impacting positively on the broiler farmers’ quality of life. This work describes the design and development of an automation system for monitoring and control in facilities for raising broiler chickens. Presenting itself as an open source software and hardware automation proposal, this system is designed in order to attract contributions from various sources, mainly from academia and users, by encouraging discussion and the development of technical and structural means to its implementation and acceptance among small and medium producers of broiler chickens. The system’s development process, conducted entirely through the use of free or open source tools, was also benefited by the adoption of the ZigBee® wireless transmission technology and an embedded Linux distribution. The ZigBee® standard favored the open source approach by enabling the preparation of a modular automation proposal; different hardware devices (modules) that operate collaboratively, monitoring the thermal environment, controlling the climatization and illumination systems and recording information related to breeding stocks. The adoption of embedded Linux reduced the concern with hardware details, which directed the focus to software and its usability, producing a system more attractive to users and developers (researchers, students and enthusiasts) interested to collaborate with the project. During evaluations conducted in the system prototype, it presented a stable behavior in the implementation of monitoring and control activities, as well a relatively low cost before its features. This system is the first step toward a sustainable automation solution, while it benefits society, through a configurable and easy-to-use system, this contributes to its maintenance and evolution. The sustainability of this proposal is linked to its association with educational, research and, mainly, university extension projects, bringing farmers and academia together, improving the production and the quality of broiler facilities while providing technical and scientific learning in an area of great importance to our economy.

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SUMÁRIO

Agradecimentos ... xiii

Lista de Figuras ... xv

Lista de Tabelas ... xix

1 INTRODUÇÃO ... 1

1.1 VISÃO GERAL DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO DESENVOLVIDO ... 3

1.2 OBJETIVOS ... 4

1.3 ORGANIZAÇÃO DA TESE ... 5

2 FUNDAMENTOS RELACIONADOS À PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO ... 7

2.1 AVICULTURA DE CORTE... 9

2.1.1 Sistemas de produção ... 10

2.1.2 Instalações para a criação de frangos de corte ... 11

2.2 OPEN SOURCE ... 17

2.3 LINUX EMBARCADO ... 20

2.3.1 Arquitetura do kernel Linux ... 22

2.3.2 Sequência de inicialização do Linux ... 23

2.3.3 Desenvolvimento cruzado ... 24

2.3.4 Arquitetura de processadores ... 24

2.4 REDES DE SENSORES SEM FIO ... 27

2.4.1 Elementos da rede ... 28

2.4.2 Topologias ... 29

2.4.3 Arquitetura ... 30

3 PROJETO E DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO ... 33

3.1 PLATAFORMA DE DESENVOLVIMENTO ... 35

3.2 MÓDULO CENTRAL ... 36

3.3 NÓS SENSORES ... 46

3.4 MÓDULO DE ACIONAMENTO ... 53

3.5 FERRAMENTAS DE AVALIAÇÃO E APOIO AO DESENVOLVIMENTO ... 61

4 RESULTADOS EXPERIMENTAIS E AVALIAÇÃO DO SISTEMA ... 65

4.1 AJUSTE DA EQUAÇÃO DO SENSOR DE VELOCIDADE DO AR ... 65

4.2 AJUSTE DA EQUAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA ... 68

4.3 CARACTERIZAÇÃO DOS NÓS SENSORES... 71

4.4 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA DOS NÓS SENSORES... 75

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4.6 AVALIAÇÃO ECONÔMICA DO PROTÓTIPO ... 88

5 SUSTENTABILIDADE NA EVOLUÇÃO DO SISTEMA E TRANSFERÊNCIA DA TECNOLOGIA ... 95

6 CONCLUSÕES ... 97

6.1 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS ... 98

REFERÊNCIAS ... 99

APÊNDICES ... 113

APÊNDICE A – Descrição Estendida do Software do Módulo Central ... 113

APÊNDICE B – Descrição Estendida do Software do Nó Sensor ... 118

APÊNDICE C – Descrição Estendida do Software do Módulo de Acionamento ... 120

APÊNDICE D – Esquemáticos e Layouts de Placa Ligados ao Nó Sensor ... 123

APÊNDICE E – Esquemáticos e Layouts de Placa Ligados ao Módulo de Acionamento ... 127

APÊNDICE F – Folha de Dados do Sensor SHT11 ... 134

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Agradecimentos

Longas caminhadas não são feitas sozinho, logo são inúmeras as pessoas que contribuíram para esta tese. Entretanto, acima de qualquer outra contribuição, estão o suporte, confiança e encorajamento de minha família e namorada, aos quais agradeço todos os dias.

Sou muito grato a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em especial ao programa de pós-graduação da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC), pelo aprendizado e suporte proporcionados por excelentes e atenciosos profissionais. Aproveito para agradecer a professora Ana Cristina Cavalcanti Lyra que foi a pessoa que me recebeu no doutorado e meu primeiro contato na Unicamp.

Agradeço pela orientação e confiança dos professores Gilmar Barreto e Fabiano Fruett, que me ajudaram a transformar uma pequena ideia nesta tese.

Meu muito obrigado à Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - Universidade de São Paulo (ESALQ - USP), em especial aos funcionários do Departamento de Genética e ao professor Vicente J. M. Savino, pela forma que fui recepcionado e por terem cedido um galpão avícola para a realização de experimentos.

Um muito obrigado aos colegas do laboratório do Departamento de Semicondutores, Instrumentos e Fotônica e do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Norte de Minas Gerais (IFNMG) pelo companheirismo e apoio. Não posso deixar de citar a CAPES/CNPq, que no início desta caminhada, anterior ao meu ingresso no IFNMG, me concedeu uma bolsa de estudos.

Gostaria também de agradecer aos profissionais e amigos da Universidade Federal de Lavras, onde sempre fui bem recebido, sendo uma instituição que impactou profundamente na minha vida, principalmente, acadêmica.

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Lista de Figuras

Figura 1.1 – Diagrama de blocos relacionando os elementos envolvidos nesta proposta de automação. 4

Figura 2.1 - Estrutura de um sistema Linux. ... 23

Figura 2.2 - Topologias de rede. ... 29

Figura 2.3 - Camadas do protocolo Zigbee® ... 30

Figura 3.1 – FriendlyARM Mini2440 e suas interfaces (FRIENDLYARM, 2015). ... 37

Figura 3.2 – Módulo central, do posicionamento dos elementos de hardware (A) à versão final de seu protótipo (B). ... 38

Figura 3.3 – Tela Climatização e Iluminação. ... 40

Figura 3.4 – Tela Sistema de Comedouros e Plantel. ... 40

Figura 3.5 – Tela Monitoramento e Controle. ... 41

Figura 3.6 – Tela Gráficos de Variáveis Monitoradas. ... 41

Figura 3.7 – Diagrama de blocos da navegação na interface gráfica da aplicação do módulo central. .. 42

Figura 3.8 – Fluxograma do processo de controle do sistemas de iluminação conduzido pelo módulo central. ... 43

Figura 3.9 – Fluxograma resumido do processo de controle do sistemas de climatização conduzido pelo módulo central... 44

Figura 3.10 – Sensor de velocidade do ar. ... 47

Figura 3.11 – Diagrama de blocos simplificado do hardware do nó sensor, incluindo representação do processo de recarga da bateria. ... 49

Figura 3.12 – Nó com sensor SHT11 (A) e em gabinete de proteção com SHT11 e sensor de VA (B). 50 Figura 3.13 – Fluxograma do software do nó sensor. ... 51

Figura 3.14 – Comunicação entre módulo central e nó sensor. ... 52

Figura 3.15 – Módulo de acionamento. ... 53

Figura 3.16 – Placas de relés, dimmers, aquisição e controle . ... 54

Figura 3.17 – Diagrama de blocos da placa de dimmers e de sua conexão com a placa de controle e sistema de iluminação. ... 55

Figura 3.18 – Diagrama de blocos da placa de aquisição e de sua relação com a placa de controle e sistema de comedouros. ... 56

Figura 3.19 – Diagrama de blocos do módulo de acionamento, destacando os principais componentes da placa de controle. ... 57

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Figura 3.21 – Comunicação entre módulo central e módulo de acionamento. ... 60

Figura 3.22 – Programas para a execução de testes nos nós sensores (A) e módulo de acionamento (B). ... 61

Figura 3.23 – Túnel de vento para ajuste do sensor de velocidade do ar com relação a uma referência.62 Figura 3.24 – Esquemático do circuito do túnel de vento. ... 63

Figura 4.1 – Anemômetro de referência ... 65

Figura 4.2 – Aparato para ajuste do sensor de velocidade do ar, destacando o posicionamento do nó sensor e anemômetro, (A) e visão dos elementos sensores no interior do túnel de vento (B). ... 66

Figura 4.3 – Curva ajustada através de regressão geométrica a partir da relação entre as médias dos períodos entre pulsos e velocidade do ar. ... 67

Figura 4.4 – Relação funcional entre a velocidade do ar observada com o anemômetro e calculada a partir de dados enviados pelos nós sensores. ... 68

Figura 4.5 – Aparato para ajuste da equação de consumo de energia elétrica a partir de sensores CSLTB100. ... 69

Figura 4.6 – Relação funcional entre a diferença observada e a corrente aparente. ... 70

Figura 4.7 – Sensor SHT11 e HC2-S no interior da câmara climática. ... 71

Figura 4.8 – Sistema de automação posicionado junto à câmara... 72

Figura 4.9 – Computador executando o programa do sensor HC2-S. ... 72

Figura 4.10 – Correlação entre as temperaturas mensuradas pelo SHT11 e HC2-S a 40 % de UR. ... 74

Figura 4.13 – Baterias de íon de lítio avaliadas para o uso nos nós sensores. ... 76

Figura 4.14 – Curvas de decaimento da tensão das bateria UltraFire, TV-2, LG e Samsung ao longo do experimento. ... 76

Figura 4.15 – Galpão experimental localizado na ESALQ - USP (Piracicaba). ... 78

Figura 4.16 – Módulo central, módulo de acionamento (A) e nós sensores (B) acomodados no interior do galpão. ... 78

Figura 4.17 – Distribuição dos sistemas de climatização e de automação em meio galpão. ... 79

Figura 4.18 – Esquema de montagem do supressor de ruído no contator (A) e primeira instalação para verificação de seu funcionamento (B). ... 81

Figura 4.19 – Comportamento do sistema e médias de T e UR em 07/08/2014. ... 82

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Figura 4.24 – Velocidade do ar em 07/08/2014 e atividade do sistema de climatização. ... 85

Figura A.1 – Módulo central e suas quatro telas principais: (A) Climatização e Iluminação, (B) Sistema de Comedouros e Plantel, (C) Monitoramento e Controle e (D) Gráficos das Variáveis Monitoradas. ... 113

Figura D.1 – Esquemático do nó sensor. ... 123

Figura D.2 – Camadas do layout da placa do nó sensor. ... 124

Figura D.3 – Esquemático do sensor de velocidade do ar. ... 125

Figura D.4 – Camadas do layout de placa para o sensor de velocidade do ar. ... 126

Figura E.1 – Esquemático da placa de controle (desconsiderando a alimentação). ... 127

Figura E.2 – Esquemático da alimentação da placa de controle. ... 128

Figura E.3 – Camadas do layout da placa de controle. ... 129

Figura E.4 – Esquemático da placa de dimmers. ... 130

Figura E.5 – Camadas do layout da placa de dimmers. ... 131

Figura E.6 – Esquemático da placa de aquisição. ... 132

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Lista de Tabelas

Tabela 4.1 – Valores médios de T e UR observados para os sensores SHT11 e HC2-S frente aos valores configurados na câmara climática. ... 73 Tabela 4.2 – Custo para a confecção do protótipo das diferentes partes do projeto Poultrinux. ... 89 Tabela 4.3 – Perspectiva do pagamento parcelado do sistema Poultrinux a partir do lucro advindo de sua adoção. ... 90 Tabela 4.4 – Equipamentos comerciais utilizados em galpões avícolas, breve descrição e preço. ... 91 Tabela B.1 – Sub pacotes de Recepção e Transmissão do nó sensor. ... 118

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1 INTRODUÇÃO

A cadeia produtiva de aves é um dos setores mais importantes do agronegócio brasileiro. Através de uma trajetória de incremento da capacidade de coordenação entre os diferentes agentes que a compõem, esta atividade assegura ao país posição de destaque no cenário mundial, onde, desde 2011, o Brasil figura como maior exportador e terceiro maior produtor de carne de frango (RODRIGUES et al., 2014).

O modelo de integração, implantado na década de 1960, possibilitou a avicultura de corte consolidar a produção em cadeia, sendo em grande parte responsável pelo crescimento observado nestas últimas décadas e também pela redução expressiva dos custos de produção. Estima-se que 90 % da avicultura industrial brasileira esteja sob o modelo de integração entre produtores e frigoríficos. Essa integração consiste em um apoio permanente aos produtores com assessoramento de profissionais (agrônomos, veterinários, técnicos rurais, entre outros), fornecimento de pintinhos de um dia, de ração e medicamentos (INTEGRATED SYSTEM, 2014).

O sistema de integração avícola é fortemente afetado por fatores no âmbito tecnológico, pois a competitividade no mercado está intimamente relacionada à capacidade de aumentar índices de produtividade e eficiência produtiva. Nesse sentido, a integradora passa a exercer papel de fomentadora na adoção de novas tecnologias entre os integrados, viabilizando aviários com maior capacidade de alojamento, climatização e alimentação automatizados, e desta forma, propiciando alterações significativas no sistema produtivo, reduzindo custos e aumentando a produtividade (SILVA & HELMANN, 2011).

Entretanto, o modelo de integração conta com uma enorme gama de pequenos produtores, extremamente dependentes financeira e tecnologicamente da integradora e com baixo nível de automação nos aviários (FERNANDES FILHO & QUEIROZ, 2002), que, apesar do interesse em aumentar sua produtividade e, consequentemente, sua renda, não seriam capazes de arcar com os gastos advindos da aquisição e implantação das inovações em suas propriedades. Esses produtores, geralmente, apresentam baixo poder de capitalização, dificultando, ou impossibilitando, os investimentos necessários à modernização de seus aviários. Além disso, muitos deles apresentam dificuldades em assimilar as transformações no processo como um meio para aumentar sua renda, fazendo com que tenham pouco interesse em inovações (SILVA & HELMANN, 2011).

Neste contexto, o presente trabalho propõe uma solução baseada em um sistema de automação destinado ao monitoramento e controle em galpões para criação de frangos de corte. Este sistema, do

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projeto ao desenvolvimento, foi concebido para ser de fácil utilização e configuração, além de possuir características que favoreçam sua difusão e evolução continuada. Através destas características espera-se atrair contribuições das mais variadas fontes, principalmente do meio acadêmico e de usuários, incitando a discussão e o desenvolvimento de meios técnicos e estruturais necessários a sua implantação e aceitação entre pequenos e médios produtores de frangos de corte.

O desenvolvimento deste sistema constitui o primeiro passo na direção de uma solução de automação sustentável, independente de monopólios ou grandes empresas, que ao beneficiar a sociedade, através de um sistema configurável e de fácil utilização, esta contribui pra sua manutenção e evolução. A sustentabilidade desta proposta está intimamente relacionada à sua associação a projetos de ensino, pesquisa e, principalmente, extensão universitária, o que aproxima o pequeno produtor rural do meio acadêmico, propiciando de um lado o ganho social e do outro um aprendizado técnico e científico em uma área de grande importância para a nossa economia.

Visando suprir os anseios que corroboraram para a elaboração desta proposta, optou-se pela liberdade proporcionada pela adoção de uma abordagem open source. Os conceitos de open source; livre acesso, modificação e distribuição; largamente difundidos e empregados no desenvolvimento de software, recentemente, vêm sendo aplicados ao desenvolvimento de hardware (FAUGEL & BOBKOV, 2013; ZIEGLER et al., 2014), o que torna possível o desenvolvimento de uma solução de hardware e software que qualquer indivíduo, ou organização, possa estudar, modificar, distribuir, confeccionar e utilizar.

Apesar de open hardware ser um movimento relativamente novo, é crescente o número de pesquisas relacionadas ao tema. ZHANG et al. (2012) apresentaram em sua pesquisa uma arquitetura open source de hardware e software aplicada ao controle de robôs industriais. VONA & SHEKAR (2013) introduziram a plataforma open hardware mobile manipulator (OHMM) como um instrumento de ensino em algoritmos relacionados à robótica. RUSSELL et al. (2012) utilizaram o projeto de um sistema portátil de sensoriamento para demonstrar que a aplicação de open source hardware à instrumentação pode apresentar benefícios similares ao open source software. BONARINI et al. (2014) desenvolveram o R2P, uma abordagem modular para a prototipagem de robôs, como open source software e hardware, visando promover sua difusão e reduzir custos no desenvolvimento de novos produtos.

Além da filosofia open source, a elaboração e desenvolvimento desta proposta beneficiaram-se do emprego de uma distribuição Linux embarcado, bem como de redes de sensores sem fio (RSSF) Zigbee®. O Linux, visto como referência de qualidade e confiabilidade na comunidade open source, oferece suporte a uma grande variedade de plataformas de hardware (RAGHAVAM et al., 2006;

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YAGHMOUR et al., 2008). O emprego do Linux embarcado reduz a preocupação de desenvolvedores com detalhes do hardware e, desta forma, foi encarado como um meio de acelerar e facilitar o desenvolvimento de um sistema complexo com uma melhor interface com o usuário. O controle do sistema de climatização depende da aquisição de uma grande quantidade de variáveis no interior do galpão (MURAD et al., 2009), assim, a tecnologia de transmissão sem fio Zigbee® foi selecionada para tornar o sistema mais flexível, no que tange o número de pontos e variáveis mensuradas, além de reduzir os custos de instalação, pois dispensa a utilização de cabeamento.

1.1 VISÃO GERAL DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO DESENVOLVIDO

Este sistema apresenta uma proposta de automação avícola de baixo custo que oferece o livre acesso a todo arquivo fonte produzido para a confecção de seus componentes de hardware e software. Isto permite um processo de desenvolvimento e melhoramento contínuo, perpetuado principalmente por estudantes de engenharia e entusiastas, criando uma sinergia envolvendo estudantes, comunidade e avicultores em pró da melhoria da produção e qualidade das instalações avícolas. Ademais, com algumas adaptações, pode servir a atividades envolvendo agricultura familiar, disseminando práticas mais modernas de manejo através da automação.

A tecnologia de transmissão sem fio Zigbee® permitiu o desenvolvimento de um sistema de automação modular, organizado em diferentes dispositivos de hardware (módulos) com funções distintas, interdependentes e/ou complementares. Isto favoreceu a implementação da abordagem open source ao propiciar a definição de projetos de hardware e software específicos a cada módulo, viabilizando construção e modificação destes de acordo com as necessidades de cada região e/ou produtor. Além disso, o projeto concentra as interações do usuário em único módulo, onde, com o uso do Linux embarcado, foi possível dar ênfase ao desenvolvimento de software e sua usabilidade, o que também contribui para a redução da curva de aprendizagem de estudantes e entusiastas interessados em participar do processo evolutivo deste sistema.

Organizado em módulo central, módulo de acionamento e nós sensores, o sistema proposto foi concebido com o intuito de monitorar o ambiente térmico (temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do ar), controlar os sistemas de climatização e iluminação e registrar informações relacionadas a cada plantel (peso das aves, consumo de ração, mortalidade, entre outros). O módulo central serve a interação com o usuário, registro de dados relacionados aos planteis e configuração do sistema e à tomada de decisões de controle. A principal função do módulo de acionamento é efetuar as

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decisões tomadas pelo módulo central com relação aos sistemas de climatização e iluminação. O propósito dos nós sensores é a aquisição das variáveis ambientais que servirão a tomada de decisões, pelo módulo central, relacionadas ao sistema de climatização. O diagrama de blocos apresentado na Figura 1.1 mostra a relação entre os diferentes módulos que compõem o sistema e a interação destes com o usuário e os demais elementos envolvidos nesta proposta de automação.

Figura 1.1 – Diagrama de blocos relacionando os elementos envolvidos nesta proposta de automação.

1.2 OBJETIVOS

O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um projeto open source de software e hardware destinado à automação de galpões para frangos de corte, visando um instrumento de aproximação entre universidade e sociedade.

Como objetivos específicos têm-se:

 Elaboração dos projetos de hardware e software dos módulos do sistema de automação;

 Viabilizar o acesso aos arquivos fonte produzidos durante o desenvolvimento do projeto;

 Desenvolver ferramentas que possibilitem o teste independente dos diferentes módulos do sistema;

Nós Sensores Módulo Central Módulo de Acionamento

Ambiente Térmico Sistema de Iluminação Sistema de Climatização Usuário

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 Apresentar sugestões de procedimentos a serem adotados para que este sistema de automação alcance seu potencial social, beneficiando pequenos e médios produtores, ao passo que é empregado no ensino, pesquisa e extensão universitária.

1.3 ORGANIZAÇÃO DA TESE

Esta tese está organizada em seis capítulos, sendo este o capítulo de introdução, apresentando a justificativa e os objetivos deste trabalho.

No capítulo 2 são introduzidos os fundamentos e principais conceitos envolvidos na proposta de automação apresentada por esta tese. Inicialmente destaca-se a importância da agricultura sustentável em países em desenvolvimento e a forma que o paradigma open source se encaixa neste cenário. Na sequência são apresentados: um breve histórico da avicultura de corte brasileira e as principais variáveis e conceitos envolvidos no conforto térmico e sanidade do ambiente ao qual aves são submetidas, uma introdução a open source, definição e processo de desenvolvimento de um sistema Linux embarcado e, por fim, os principais conceitos de redes sem fio, destacando o protocolo Zigbee®.

O capítulo 3 traz o projeto e desenvolvimento do sistema de automação para galpões avícolas, incluindo a plataforma de desenvolvimento, a descrição dos projetos de hardware e software e o princípio de funcionamento do sistema. Também são apresentadas neste capítulo ferramentas que foram produzidas para auxiliar o processo de desenvolvimento e avaliação do sistema.

O capítulo 4 descreve todos os procedimentos experimentais conduzidos no sistema de automação, em parte ou no todo. Para cada experimento, os materiais e métodos utilizados são especificados, sendo seguidos pela análise dos resultados alcançados. Além disso, este capítulo traz uma avaliação econômica do protótipo deste sistema.

No capítulo 5 é apresentada uma proposta de projeto sustentável para a evolução e implantação do sistema de automação. São práticas que podem ser adotadas para o desenvolvimento de um projeto mutuamente benéfico para instituições de ensino superior e produtores.

Finalmente, o capítulo 6 apresenta as conclusões gerais do trabalho e algumas propostas de trabalhos futuros.

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2 FUNDAMENTOS RELACIONADOS À PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO

A conquista de maior produtividade na agricultura e pecuária é extremamente importante para combater a pobreza e a fome em um âmbito global, além de favorecer o desenvolvimento humano. Em torno de 78 % da população pobre do mundo vive na zona rural, onde a maioria depende da agricultura e/ou pecuária para sobreviver (AGRICULTURE OVERVIEW, 2014). Nos países em desenvolvimento, a agricultura sustentável emerge como componente fundamental a qualquer estratégia de combate à pobreza e a problemas relacionados à segurança alimentar (ADENLE et al., 2012).

Segundo AHMAD & SARWAR (2008), agricultura sustentável é um sistema integrado de práticas de produção animal e vegetal específica a um local ou região que, a longo prazo, irá: satisfazer necessidades alimentares; promover melhorias ambientais e dos recursos naturais dos quais a atividade agrícola depende; fazer uso mais eficiente de recursos, principalmente, não renováveis; se possível utilizar ciclos biológicos e processos de controle naturais; assegurar a viabilidade econômica; melhorar a qualidade de vida dos agricultores e da sociedade como um todo.

A incessante busca por soluções a problemas práticos relacionados à agricultura, saúde, meio ambiente e educação, visando à melhoria da qualidade de vida da comunidade rural, tem levado países em desenvolvimento a explorarem os benefícios do paradigma open source (ADENLE et al., 2012). Este paradigma, bem conhecido da comunidade de software, onde proporciona o acesso ao código fonte, a possibilidade de modificar e redistribuir o software, redução de custo, independência de fornecedores, comunidades de usuários e desenvolvedores, entre outras vantagens, tem evoluído através dos anos como uma alternativa à propriedade intelectual, possibilitando que invenções, frutos de pesquisas científicas, possam alcançar o público e um maior número de áreas de pesquisa.

Atualmente, existem inúmeros pesquisadores explorando as vantagens advindas da aplicação de ferramentas, conceitos e práticas open source à agricultura. AHMAD & SARWAR (2008), por exemplo, propuseram um sistema de informação, baseado em softwares open source, destinado a beneficiar produtores e promover a agricultura sustentável. De uma forma similar, CHARVAT et al. (2014) apresentam o projeto FOODIE, que é uma base de dados aberta aos produtores para melhorar o processo de tomada de decisão. KANG et al. (2008) desenvolveram um sistema de gerenciamento georreferenciado para reaproveitamento da cama de frango como fertilizante, onde utilizou o sistema de gerenciamento de banco de dados open source MySQL. Integrando diferentes metodologias de análise a um sistema de informação geográfica de código aberto (GRASS GIS 6.4), MASSEI et al. (2014) apresentaram uma nova ferramenta destinada à análise de problemas relacionados à gestão da

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terra. MONTOYA et al. (2013) desenvolveram uma aplicação open source multiplataforma destinada ao controle e monitoramento na agricultura de precisão. OLIVEIRA et al. (2014), a fim de integrar e gerenciar dados de várias pequenas empresas agrícolas, desenvolveram um sistema geo-espacial customizável, abrangente e amigável, através de tecnologias open source. ADENLE et al. (2012) analisaram a ideia de aplicar uma abordagem open source à área de biotecnologia como um meio de promover a agricultura sustentável em países em desenvolvimento.

Considerando o Brasil como um país em desenvolvimento onde a avicultura, uma das principais atividades de seu agronegócio, baseia-se em um modelo de integração composto, principalmente, por pequenos produtores extremamente dependentes financeira e tecnologicamente da integradora, nada mais natural do que explorar a aplicação de uma proposta open source neste setor. Dentre as alternativas mais promissoras, encontra-se a automação dos aviários, impactando diretamente na produtividade e sendo largamente incentivada pelas integradoras. Além disso, segundo SHIRATO (2014), embora os Estados Unidos estejam próximos da automação total de seus aviários e a Europa tenha alcançado 100 % de automatização, o Brasil encontra-se longe dos 50 %, principalmente quanto à implantação de tecnologias voltadas a matrizes de corte.

Esta proposta de automação open source, beneficiada pelo recente movimento de transferência ao ambiente de hardware da mesma liberdade experimentada pela comunidade de software, conhecido como open source hardware, torna possível um sistema que possa ser livremente estudado, modificado, distribuído e confeccionado por qualquer indivíduo ou instituição. Isto possibilita uma solução sustentável, independente de fornecedores, ao passo que é capaz de aproximar meio acadêmico e produtores rurais.

Ademais, a automação aplicada à avicultura é um campo de pesquisa promissor e bastante receptivo a novos equipamentos e metodologias de monitoramento e controle, sendo possível encontrar exemplos envolvendo redes de sensores sem fio e Linux embarcado, tecnologias que compõem a proposta de automação apresentada nesta tese. NIIMI et al. (2008), por exemplo, combinaram redes de sensores a um sistema de envio de e-mail para construir um sistema de supervisão do ambiente térmico de galpões para frangos de corte. MURAD et al. (2009) propuseram um sistema de monitoramento para galpões avícolas, no qual dados de temperatura e umidade relativa, adquiridos através de uma rede de sensores sem fio, eram carregados em uma base de dados online para posterior análise através de aplicações web. WU et al. (2011) e XU & ZHANG (2013), através da associação de redes de sensores Zigbee® com web gateway Linux embarcado, propuseram sistemas de monitoramento e controle remoto para instalações avícolas, sendo que este último vislumbrou o potencial de integração de seu sistema em uma rede de dispositivos inteligentes interconectados, conhecida como Internet das Coisas

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9 (Internet of Things – IoT).

Este capítulo apresenta os principais conceitos necessários à compreensão do sistema de automação desenvolvido, incluindo detalhes da aplicação à qual este está atrelado. Inicialmente é apresentado um breve histórico da avicultura industrial, seguido pelos sistemas de produção presentes no Brasil e principais preocupações e fatores ambientais que interferem na produtividade das aves. Posteriormente são apresentados: o paradigma open source, sob a perspectiva de hardware e software; Linux embarcado, principais conceitos envolvidos neste tipo de sistema, incluindo arquitetura do kernel Linux, processo de inicialização, desenvolvimento cruzado e arquiteturas de processadores mais utilizadas; e redes de sensores sem fio, destacando elementos de rede, topologias e arquitetura do protocolo Zigbee®.

2.1 AVICULTURA DE CORTE

A avicultura nos moldes industriais desenvolveu-se a partir da segunda guerra mundial, frente à necessidade de ofertar proteína animal aos soldados em combate, o que exigiu o incremento da produção de carnes alternativas e de pequenos animais. Nos Estados Unidos da América, iniciaram-se pesquisas direcionadas ao desenvolvimento de novas linhagens de frangos, novas fórmulas de rações e alimentos que atendessem aos requisitos nutricionais das aves e medicamentos específicos à avicultura; ocorrendo o mesmo nos países europeus pós-guerra (TAVARES & RIBEIRO, 2007). Com o fim da segunda guerra e das medidas restritivas que a acompanhavam, a produção de carne de frango aumentou rapidamente. Os avanços tecnológicos alcançados no período propiciaram o impulso necessário à expansão da avicultura industrial, resultando, finalmente, na produção de carne para quase toda população (FRANÇA, 2000).

No Brasil, apesar da introdução de raças híbridas na década de 1940, até o final da década seguinte, a avicultura persistia como uma atividade básica de subsistência e com poucos recursos para seu desenvolvimento (VIEIRA & DIAS, 2005). Os anos de 1960 marcaram uma ruptura no modelo de subsistência que imperava na avicultura brasileira, por meio do surgimento, no estado de São Paulo, de um modelo de produção baseado em grandes produtores independentes e autônomos em relação à indústria e no uso de mão de obra assalariada. Mas, o grande salto da avicultura brasileira ocorreu com a implantação do modelo de integração nas décadas de 1960 e 1970, no sudoeste catarinense, o que gerou um crescimento sucessivo de produtividade através de um melhor controle do ciclo produtivo pela indústria. Neste cenário, grandes empresas começaram a figurar no controle de todo o processo

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produtivo, da produção da ração, incubação de ovos e criação das matrizes ao abate e comercialização, sendo apenas a fase de engorda do frango mantida sob a responsabilidade de pequenos e médios produtores, submetidos à indústria por meio de contratos, formais ou não, e suas recomendações técnicas e organizacionais. Ao longo dos anos esse sistema de integração estendeu-se para Rio Grande do Sul e Paraná e, posteriormente, para São Paulo e Minas Gerais (LAZZARI, 2004).

A avicultura brasileira, em expansão desde 1970, chegou às décadas de 1980 e 1990 como o segmento mais importante da indústria de carnes, superando a bovinocultura e suinocultura (BELUSSO & HESPANHOL, 2010). A utilização de tecnologias e avanços genéticos importados revolucionou o processo produtivo, gerando ganhos em escala e reduzindo o tempo para o abate. Essas inovações acarretaram no aumento da produtividade, o que tornou a carne de frango mais acessível nacionalmente e competitiva no exterior. Esse ambiente de crescimento do mercado interno mostrou-se fértil para o desenvolvimento de indústrias oligopolizadas e integradas, detentoras das condições necessárias aos investimentos exigidos para elevar a produtividade e conquistar espaço no mercado externo (TOMBOLO & COSTA, 2014).

Atualmente, a indústria avícola brasileira está fortemente instalada em São Paulo e na Região Sul do país. Entretanto, a região Centro-Oeste tem atraído vultosos investimentos na avicultura de corte, devido à oferta abundante e baixo custo de grãos e por proporcionar condições de implantação de novas formas organizacionais, mais racionais. A estrutura agrária do Centro-Oeste favorece um novo modelo de integração, onde, diferentemente dos moldes adotados no Sul que preconiza a propriedade familiar, baseia-se em médias e grandes propriedades, facilitando transformações técnicas que propiciem aumento na produção (FRANÇA, 2000; LAZZARI, 2004; FRANCO, 2009).

2.1.1 Sistemas de produção

No Brasil, é possível caracterizar três sistemas de produção: independente, cooperativo e integrado. O sistema de produção independente é aquele onde o produtor é responsável por todo o processo de produção do frango, estando todos os riscos envolvidos na produção e comercialização sob sua responsabilidade. Os criadores independentes nem sempre possuem abatedouros e frigoríficos, uma vez que essa atividade exige grandes investimentos, impondo dificuldades em integrar toda a sua produção. São raros os casos de criadores que conseguem integrar toda sua produção, desde a produção da ração até o abate (FRANÇA, 2000; FRANCO, 2009).

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participa da organização e de decisões, correndo o risco de eventual fracasso comercial das operações. Entretanto, as cooperativas muitas vezes produzem os insumos, como pintinhos e rações, sendo os custos repassados aos cooperados. Além dos custos relativos aos insumos, despesas administrativas, técnicas e operacionais são agregadas ao custo final de produção. Os lucros podem ser destinados a investimentos ou distribuídos entre os cooperados, de acordo com sua quota de participação nos dividendo. As vantagens apresentadas pelo sistema cooperativo assemelham-se às apresentadas pela integração, uma vez que esta centraliza a produção e adquire o comportamento de uma empresa privada (FRANÇA, 2000).

O sistema integrado consiste em agregar sob uma mesma organização todas as atividades necessárias ao ciclo de produção do frango abatido. Este sistema de produção, utilizado principalmente nas regiões Sul e Centro-Oeste, é regido por um contrato de parceria entre produtores e a empresa integradora. Assim, geralmente, a empresa integradora é responsável pelo fornecimento de pintinhos de 1 dia, ração, medicamentos, vacinas, desinfetantes, assistência técnica, transporte, abate e a comercialização, restando ao produtor aportar as suas instalações, equipamentos, aquecimento, forração do galpão (cama), mão de obra e, após o termino do ciclo, em torno de 42 dias, entregar o lote a integradora para o abate (FRANÇA, 2000; FRANCO, 2009).

2.1.2 Instalações para a criação de frangos de corte

O ambiente a que são submetidas as aves é determinante no sucesso ou fracasso do empreendimento avícola. A pouca observância nas fases de planejamento e concepção arquitetônica, sem os ajustes necessários ao bioclima local, produz instalações que geram desconforto térmico, aumento de doenças ligadas à perda da qualidade do ar e da dependência energética (BUENO & ROSSI, 2006).

2.1.2.1 Ambiente térmico

A caracterização do ambiente térmico animal envolve os efeitos da temperatura, da umidade, da radiação e do vento e, pode ser feita por meio de uma única variável, chamada de temperatura efetiva. Para determinada faixa de temperatura efetiva ambiental, o animal mantém constante a temperatura corporal, com mínimo esforço dos mecanismos termorregulatórios. É a chamada zona de conforto

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térmico ou de termoneutralidade, em que não há sensação de frio ou calor e o desempenho do animal em qualquer atividade é otimizado (BAÊTA & SOUZA, 2010).

A produtividade ideal de aves destinadas ao corte corresponde ao desempenho alcançado quando submetidas a uma temperatura efetiva adequada, sem nenhum desperdício de energia. Temperaturas ambientais muito elevadas, associadas a altos valores de umidade relativa do ar, causam redução no desempenho produtivo. O distanciamento da temperatura ambiente dos valores próximos à região termoneutra dos animais, perturbam o mecanismo termodinâmico que as aves possuem para se protegerem de extremos climáticos, levando ao desperdício de energia (ABREU & ABREU, 2003).

Em condições de estresse térmico, as aves tentam compensar sua reduzida habilidade de dissipar calor latente ativando os processos fisiológicos responsáveis pela dissipação de calor para o ambiente externo (MOURA, 1998). As aves adotam um comportamento diferenciado, abrindo suas asas e mantendo-as afastadas do corpo, aumentando sua área de superfície corporal, facilitando perdas por convecção. Quando a temperatura ambiente se aproxima da temperatura das aves, 41° C, a eficiência dos meios “secos” de troca de calor decresce. Nesse ponto o mecanismo principal de perda de calor passa a ser o processo de evaporação de água pelo trato respiratório. Quanto maior for a pressão de vapor do ambiente, maior é a dificuldade de liberação de calor por meios evaporativos. O aumento dos movimentos respiratórios somente é eficiente quando a umidade relativa ambiental se encontra em níveis relativamente menores que 70%. Quando as trocas evaporativas já não são mais efetivas na perda de calor, as aves entram em prostração podendo chegar à morte (MOURA, 1998).

A característica de frangos de corte mais utilizada por pesquisadores na determinação da zona de termoneutralidade é a idade. Na zona termoneutra, a temperatura corporal de frangos adultos é de 41°C. Segundo MEDEIROS et al. (2005), de uma forma geral, os autores consideram a faixa de conforto térmico para frangos de corte, adultos, criados em galpões convencionais é de 18 a 28°C com umidade relativa variando de 50 a 70% e velocidade do ar em torno de 1,0 a 2,5 m s-1. Entretanto, MEDEIROS (2001) relata que a máxima produtividade de frangos de corte sujeitos as condições ambientais brasileiras é obtida, quando a temperatura está no intervalo de 21 a 29°C, com umidade relativa de 50 a 80% e velocidade do ar de 1,5 a 2,5 m s-1.

A edificação

Nas condições brasileiras, um galpão avícola deve ser construído de forma a amortizar a carga térmica de radiação solar no seu interior. O galpão deve ser locado no sentido leste-oeste geográfico,

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com projeção de telhado (beirais) suficiente para impedir que a luz solar direta penetre nas instalações; a cobertura deve ser de material que apresente temperaturas superficiais amenas; a distância entre galpões deve ser no mínimo 35 a 40 metros; largura do galpão entre 8 e 14 metros, com pé direito de 2,80 a 4,90 metros (TINÔCO, 1996). A utilização de material isolante sob as telhas pode contribuir na redução da transferência de calor para o interior da instalação, formando uma camada de ar junto à cobertura e atuando como uma barreira física.

Nas horas mais quentes do dia, poder-se-á usar também a aspersão de água diretamente sobre a cobertura (FURTADO et al., 2003). No entanto, deve se evitar umedecer os arredores do galpão (com uso de calhas), pois a água na terra quente pode irradiar calor. Este sistema só é viável em granjas que possuam água em abundância próxima à criação, entretanto pode-se economizar água por meio de aspersão intermitente (RODRIGUES, 1998).

Climatização

Basicamente, os frangos de corte necessitam de alimentação adequada, proteção contra a variabilidade climática e ambiente asséptico. É impossível priorizar apenas um desses três elementos, pois todos são fatores críticos a manutenção da sobrevivência e produtividade. Porém, a redução dos efeitos climáticos sobre os animais envolve um maior número de variáveis, e é a área em que a produção de frangos de corte tem maiores oportunidades de controle proporcionando maior habitabilidade e desempenho (DONALD et al., 2001).

Neste contexto, a climatização é uma importante saída estratégica, minimizando o impacto das condições metereológicas sobre os animais. O controle do ambiente térmico pode ser feito basicamente de duas formas, manual ou automática. Atualmente, o controle manual ainda sobrevive apesar da necessidade de trabalho intensivo, visitas frequentes aos galpões e da ineficiência inerente ao desconhecimento da duração das condições atuais ou das condições extremas. Sistemas automatizados de climatização são capazes de controlar múltiplas variáveis em tempo real; embora a maioria dos estudos e sistemas disponíveis seja baseada, apenas, na temperatura; podendo apresentar características adaptativas de acordo com o projeto do sistema de tomada de decisão (LOPES, 2009).

Um sistema automatizado de climatização é desenvolvido com o objetivo de manter o valor de determinados parâmetros ambientais dentro de um conjunto de valores alvo. Sensores, hardware, software e atuadores compõem a base de tais sistemas. Os sensores geram sinais eletrônicos proporcionais aos parâmetros físicos monitorados. O hardware, normalmente, se apresenta na forma de

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microcomputadores ou microcontroladores instalados nos galpões, ou por computadores pessoais, afastados dos galpões, conectados ao resto do sistema através de uma tecnologia de comunicação, possibilitando o monitoramento de galpões distintos simultaneamente. O software é o componente responsável pela tomada de decisão em um sistema de controle. Os atuadores são mecanismos através dos quais um sistema de controle atua no ambiente, estando, em climatização, relacionados à ventilação e resfriamento evaporativo. A informação adquirida por intermédio dos sensores é comparada com valores de referência pelo software, que toma decisões de quais ações devem ser colocadas em prática (SUKATI, 2004).

A ventilação é um meio de favorecer perdas convectivas de calor, mas, além disso, é um dos fatores mais importantes ao êxito da produção, promovendo: a renovação do ar, a eliminação da umidade produzida pela respiração das aves; o controle da temperatura ambiental; e eliminação da amônia produzida pela fermentação das camas, além de outros gases (LIMA, 2011).

A ventilação pode ser classificada em natural e artificial. A ventilação natural pode ser usada para reduzir a carga térmica nos animais e controlar as temperaturas ambientes internas em climas quentes. O fluxo de calor do ar que entra e sai do aviário é proporcional às trocas de ar dentro da estrutura. As trocas de ar em estruturas naturalmente ventiladas são geradas por diferenças térmicas (SEVEGNANI, 2000). A ventilação artificial é obtida por meio de ventiladores instalados no galpão, podendo ser classificada, pelo posicionamento dos ventiladores e pelo manejo da cortina, em: ventilação convencional, lateral, túnel positivo e túnel negativo.

O sistema de ventilação convencional é frequentemente utilizado em instalações abertas como forma artificial de minimizar o estresse térmico em frangos de corte, incrementando trocas de calor por convecção e evaporação, além de possibilitar a renovação do ar (NÄÄS et al., 1995). Neste sistema, os ventiladores são instalados lado a lado ou de forma alternada, na direção do comprimento do galpão. Neste sistema, as cortinas permanecem abertas durante o período de funcionamento, desta forma, o planejamento do posicionamento dos ventiladores é de extrema importância, minimizando a dispersão da corrente de vento por fluxos de ar naturais.

A ventilação lateral consiste em posicionar os ventiladores lado a lado, em uma das laterais do galpão, com o fluxo de ar percorrendo a largura da instalação, saindo na lateral oposta. Nesse sistema, as cortinas permanecem abertas durante o funcionamento dos ventiladores (ZANOLLA et al., 1999).

O túnel positivo é um sistema de ventilação baseado em pressão positiva, no qual a massa de ar percorre o galpão no sentido longitudinal. Em galpões avícolas torna-se necessário o fechamento das cortinas de forma a garantir boas condições de vedação, e a criação de aberturas simétricas e opostas nas duas extremidades (FONSECA, 1998; ZANOLLA, 1998). Se o galpão for dotado de lanternins,

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estes devem ser fechados durante o período de funcionamento na forma de túnel de vento (FONSECA, 1998). Os ventiladores são distribuídos ao longo do galpão, de forma que o ar que entra por uma das extremidades percorra todos os pontos do galpão, do modo mais uniforme possível, e seja devidamente eliminado na extremidade oposta (FONSECA, 1998; ZANOLLA, 1998).

O túnel negativo é um sistema onde os ventiladores (exaustores) são instalados em uma extremidade do galpão e duas grandes aberturas são instaladas na extremidade oposta (BUCKLIN et al., 2003). O ar é succionado através das aberturas, percorrendo o galpão, sendo eliminado pelos ventiladores. Este sistema é assim denominado por utilizar ventilação em pressão negativa, formando um túnel de vento com o auxílio do fechamento lateral de cortinas bem vedadas (ZANOLLA et al., 1999).

O resfriamento evaporativo consiste em incorporar partículas de água diretamente no ar, causando mudança no seu ponto de estado, ou seja, aumento da umidade e redução da temperatura. Esta técnica de modificação ambiental artificial é bastante popular e deve, preferencialmente, ser associada a sistemas de ventilação, proporcionando o controle da umidade e melhor renovação do ar no interior da instalação (SARTOR et al., 2001).

Os sistemas de painéis de resfriamento evaporativo e nebulização (alta e baixa pressão) são os dois métodos mais utilizados nos aviários brasileiros. O processo evaporativo é usado também em sistema acoplado de ventilação e umidificação. O sistema de painéis de resfriamento evaporativo é comumente utilizado em aviários totalmente automatizados com sistema de ventilação túnel negativo. O ar é resfriado ao entrar no galpão através de painéis porosos, de celulose ou argila expandida, mantidos constantemente umedecidos. O sistema de nebulização é constituído de bicos nebulizadores que fragmentam a água em minúsculas gotículas. O sistema pode operar em baixa ou alta pressão, sendo que quanto maior a pressão, maior a fragmentação e, consequentemente, as gotículas irão ser menores, evaporando mais facilmente e resfriando o ar com mais eficiência (ABREU & ABREU, 2005).

2.1.2.2 Ambiente aéreo

A qualidade do ar no interior das instalações avícolas é extremamente importante, impactando não só no bem estar das aves, como também na saúde animal e humana (MENEZES, 2009). Contaminantes como poeira, amônia, dióxido de carbono, monóxido de carbono e vapor de água excedente, não eliminados por uma ventilação ineficiente, podem causar problemas respiratórios,

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16 ascite, entre outros.

Dentre os principais contaminantes presentes em um galpão avícola destaca-se a amônia, que é um gás formado a partir da decomposição microbiana do ácido úrico eliminado pelas aves. A concentração máxima recomendada é de 20 ppm, sendo que quando superior a 60 ppm a ave fica predisposta a doenças respiratórias e ao atingir níveis de concentração de 100 ppm há a redução da taxa e volume da respiração, prejudicando os processos fisiológicos de trocas gasosas (MENEZES, 2009; LIMA, 2011).

Além disso, é importante ressaltar os reflexos ambientais gerados a partir da emissão e dispersão de gases oriundos de instalações para produção animal, dentre os quais se destacam a acidificação do solo, aquecimento global e efeitos locais e regionais da emissão de odores. Com as crescentes preocupações relacionadas à emissão de gases relacionados ao aquecimento global, gases como óxido nitroso e metano, apesar da baixa concentração em instalações destinadas à avicultura, são avaliados devido a sua contribuição nestas questões (MIRAGLIOTTA, 2005; LIMA, 2011).

2.1.2.3 Intensidade luminosa

Ao longo dos anos, diversos programas de iluminação, aliados a diferentes intensidades luminosas, foram testados, permitindo a observação de variadas formas de influência no desempenho de frangos de corte; maior ganho de peso, melhor conversão alimentar, qualidade de carcaça superior e livre de alterações metabólicas (ABREU et al., 2006).

Segundo LIBONI et al. (2013) são muitos os programas de iluminação que podem ser implementados de acordo com as necessidades da produção animal, sendo estes classificados em luz constante, intermitente e crescente. Os programas de luz constante são caracterizados por um fotoperíodo de mesmo comprimento durante todo o ciclo de crescimento das aves. Já os programas de luz intermitente, consistem em alterar períodos de luz com períodos de obscuridade durante o período noturno (BUTOLO, 2012). Finalmente, nos programas de luz crescente, o comprimento do fotoperíodo aumenta durante o ciclo produtivo, com base na idade das aves (LIBONI et al., 2013).

Os criadores, geralmente, adotam iluminação muito baixa no interior de seus aviários, buscando reduzir a atividade das aves e os gastos com energia elétrica. Com a crescente preocupação com o bem estar animal, novas diretrizes foram estabelecidas sobre os programas de iluminação, definindo o mínimo de intensidade luminosa e o máximo de período com baixa luminosidade. Apesar das regulamentações e estudos apontarem que a alta intensidade luminosa impacta positivamente sobre a

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eficiência produtiva e bem estar das aves, avicultores continuam apostando nas vantagens da baixa luminosidade (LIMA, 2011).

2.2 OPEN SOURCE

Open source é um movimento que surgiu, primeiramente, na comunidade de software visando um produto de livre acesso, com código transparente, adaptável e sem restrições à sua reutilização. No decorrer dos anos este movimento evoluiu de um pequeno grupo, formado, principalmente, por programadores oriundos de grandes empresas e do meio acadêmico, para uma imensa comunidade de esforço colaborativo (LERNER & SCHANKERMAN, 2010; O'NEILL, 2012). Atualmente existem inúmeros exemplos open source software (OSS) de sucesso, como o kernel Linux, o navegador FireFox e o ambiente de desenvolvimento Eclipse.

O termo open source foi cunhado em 1998 com a fundação da Open Source Initiative (OSI), que deu um novo curso ao até então conhecido como movimento Free Software. A intenção foi aumentar a participação de companhias de software, fornecendo ao movimento uma roupagem que proporcionasse sua permeabilidade no meio comercial (BUXMANN et al., 2012).

Mais do que a mudança de nome, OSI definiu uma série de requisitos que devem ser satisfeitos para que um software possa ser classificado como open source. Esses requisitos especificam os critérios que devem ser seguidos para a distribuição OSS, sendo estes a livre redistribuição, a disponibilidade do código fonte, a liberdade para a produção de trabalhos derivativos, a preservação da integridade do código fonte do autor, a não discriminação contra pessoas ou grupos, a não restrição a campo de atuação e a distribuição automática de uma licença não específica ao produto e que não estabelece restrições a softwares que acompanhem o software licenciado (KAVANAGH, 2004; BUXMANN et al. 2012).

Esses requisitos não constituem uma licença, mas um conjunto de padrões utilizados na avaliação de licenças, onde OSI assume um papel de certificação. Atualmente, são mais 60 licenças certificadas, dentre as quais se tem a GNU General Public License (GPL), GNU Library General Public License (LGPL) e Apache License.

Algumas dessas licenças tornam mais simples o processo de comercialização ou privatização de um produto, inicialmente, OSS. A Apache License, por exemplo, em contraste com a GPL, possibilita que uma versão modificada de um OSS possa ser distribuída sem a necessidade de disponibilizar o código fonte.

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A GPL, licença mais conhecida utilizada pela comunidade OSS, fornece um alto grau de liberdade a usuários e desenvolvedores, permitindo o uso, modificação e redistribuição, com poucas restrições. Dentre estas restrições destaca-se a exigência de que trabalhos derivativos de um programa licenciado sob a GPL sejam, também, distribuídos sob esta licença, constituindo um obstáculo para muitos projetos de software.

A LGBL surgiu com o intuito de incentivar desenvolvedores a utilizarem bibliotecas open source, permitindo que porções não modificadas de um programa LGPL sejam utilizadas em uma aplicação proprietária. Porém, caso um programa distribuído sob a licença LGPL seja modificado, o mesmo deve ser redistribuído sob a mesma licença (ABBOTT, 2003; BUXMANN et al., 2012).

Hoje, a abordagem open source evoluiu para um paradigma de inovação de software, sendo uma alternativa de desenvolvimento vital para muitas empresas. Neste cenário formado por projetos OSS, a maioria das inovações é gerada pelos usuários. As comunidades open source são formadas por pessoas que contribuem voluntariamente com o desenvolvimento de OSS através da codificação e compartilhamento de suas modificações com a comunidade e com o fornecedor do software (ZIEGLER et al., 2014).

É fácil de entender os motivos que levam a utilização de uma alternativa OSS, sendo os mais notáveis o livre acesso e modificação. Entretanto, os motivos que levam empresas a contribuir com o movimento de OSS, liberando o código de seus produtos, tem sido assunto de discussão nas últimas décadas. Esses motivos podem ser agrupados em três grandes áreas: razões econômicas, tecnológicas e sociais (DAHLANDER & MAGNUSSON, 2005; ZIEGLER et al., 2014).

Do ponto de vista econômico, a venda de produtos e serviços complementares, tais como instalação, treinamento, manutenção, consultoria e certificação, é a principal estratégia adotada para que as empresas obtenham retorno de suas atividades com OSS. Além disso, outro fator importante é a redução de custos, na qual a empresa pode reduzir os gastos com pesquisa e desenvolvimento através do esforço da comunidade. Membros da comunidade irão testar, identificar e reportar falhas (bugs) sem qualquer compensação financeira.

Através da abertura do processo de desenvolvimento para a comunidade open source, empresas podem lucrar tecnologicamente através de comentários, ideias e desenvolvimentos posteriores. Esta é, sem dúvida, uma forma de melhorar a qualidade e aplicabilidade de sua tecnologia, além de constituir uma forma de promover seus produtos.

Existem razões sociais que levam as empresas a contribuírem para o desenvolvimento open source. As empresas precisam se enquadrar nas normas sociais exigidas pela comunidade open source e, devido ao crescente interesse e destaque dado ao open source, as empresas tem reconhecido que a

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19 participação neste movimento pode melhorar sua reputação.

Apesar de ser um conceito bem estabelecido na comunidade de software, surge um novo movimento que busca transferir os métodos e ambiente de trabalho do OSS para o desenvolvimento de hardware, o open source hardware (OSH). São inúmeras as definições do que vem a ser um open source hardware, sendo o único consenso é que é um projeto de hardware livremente disponibilizado sob uma licença reconhecidamente open source. Segundo a Open Source Hardware Association (OSHWA), OSH é o hardware cujo projeto foi publicamente disponibilizado para que qualquer pessoa possa estudar, modificar, distribuir, confeccionar e vender produtos baseados neste projeto (ULVICK, 2014).

Os arquivos fonte do hardware; esquemáticos, layouts, diagramas, regras de design, entre outros, devem ser disponibilizados em formatos que favoreçam modificações. Para componentes mecânicos e projetos físicos, as versões ideais são os arquivos CAD (Computer Aided Design) originais, e para placas de circuito impresso, o esquemático e layout original. A comunidade open hardware tem gerado listas de boas práticas para documentação e compartilhamento de trabalhos relacionados a uma peça de hardware para que outros possam efetuar modificações (LEVINE & GIBB, 2014).

Para maximizar a possibilidade que um indivíduo possa confeccionar e usar um elemento de hardware, o ideal é que o OSH use componentes e materiais de fácil acesso, processos padronizados e ferramentas de desenvolvimento open source. O OSH oferece certa liberdade aos indivíduos para controlar sua tecnologia enquanto compartilha conhecimento e encoraja o comércio através da livre troca de projetos.

Apesar do OSH já contar com alguns exemplos de sucesso; tal como o Arduino, uma plataforma open source de prototipagem que permite aos usuários sua livre adaptação a uma grande quantidade de aplicações (TEIKARI et al., 2012; FAUGEL & BOBKOV, 2013); o movimento ainda não alcançou a maturidade do OSS.

As licenças open source hardware existentes são adaptações de licenças OSS, que são baseadas em direitos autorais (copyright). Apesar disso, a maioria dos dispositivos de hardware não pode ser protegida por copyright, pois uma cópia não autorizada de um hardware não constitui uma violação de direitos autorais. Dentre as licenças que seguem estes moldes destacam-se a TAPR Open Hardware License e CERN Open Hardware License, baseadas na GPL e em seu ideal de propagação de direitos (TAPR OPEN HARDWARE LICENSE, 2014; CERN OPEN HARDWARE LICENSE, 2014), e a Solderpad Hardware License que, como uma adaptação da Apache License ao hardware (SOLDERPAD HARDWARE LICENSE, 2012), limita-se à garantia dos direitos de uso, modificação e