Modelado matemático del secado de madera subtropical por convección de aire caliente

Abstract

El presente trabajo está dividido en tres partes. En la primera se obtienen cinéticas de secado experimentales para madera de Pino pseudostrobus. En la segunda, se desarrolla un modelo semiempírico, a partir de datos experimentales, basado en el método de la curva característica. En la última parte se desarrolla un modelo fenomenológico que involucra ecuaciones de transferencia de calor y masa durante el secado por convección de aire caliente. Para validar los modelos se analizan experimentos de secado, los cuales se llevaron a cabo en un túnel de secado del laboratorio del CIIDIR Unidad Oaxaca a diferentes condiciones de temperatura, manteniendo la velocidad del aire constante y no controlando la humedad relativa del túnel. Los experimentos tuvieron una duración promedio de 70 horas, cada uno con su réplica. A partir de datos experimentales se obtuvo un modelo basado en el método de la curva característica de secado (CCS), para la simulación de la evolución del contenido de humedad en el material respecto al tiempo, el modelo parte del análisis de la rapidez de secado reducida y la identificación de fases del secado. Considerando una rapidez de secado de referencia y estableciendo la hipótesis de que los mecanismos de transporte de humedad dependen principalmente del potencial de humedad reducido. De lo anterior se tiene la presencia de dos zonas, la primera identificada como dominio capilar, en donde la migración de humedad está fuertemente influenciada por la presión capilar al interior del medio. La segunda, corresponde a la difusión de vapor de agua simultáneamente con la difusión de agua ligada. El modelo semi-empírico deducido requiere del cálculo de parámetros. Para determinar cada uno de estos valores resulta conveniente adoptar un sistema de análisis lo más sencillo posible y que permita optimizar los ensayos realizados. Por lo tanto, los parámetros del modelo propuesto se estimaron reduciendo la diferencia cuadrática entre las curvas experimentales y las teóricas. En la tercera parte del trabajo se desarrolla un modelo matemático Multi-fisico que describe los mecanismos de transporte de calor y masa durante el secado por convección de aire caliente de la madera. La madera es un medio poroso en el que el agua se encuentra en distintos estados, cada uno de ellos considerados como fases que no reaccionan químicamente entre sí.