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PROYECTO 071513 3/R
TITULO:
VALIDACIÓN EXPERIMENTAL MODELO MATEMATICO CONVECTIVO
PARA SIMULACIÓN SECADO DE MADERAS.
Investigador Principal
Reinaldo Sánchez Arriagada
Facultad/Depto.
Ingeniería/Ingeniería Mecánica
E-Mail
rsanchez@ubiobio.cl
Coinvestigadores
Paula Ruiz T.
OBJETIVOS:
-
Mediante ensayos de secado se pretende validar experimentalmente un modelo de
simulación que permita predecir; los tiempos de secado y consumos de energía, para
todo el rango de contenido de humedad en maderas de pino Radiata para secadores tipo
Batch.
RESUMEN Y RESULTADOS:
Ensayos experimentales que permitan validar modelo de simulación basado en las
transferencia convectiva de calor y materia para el secado de maderas, en todo el rango de
contenido de humedad, se pretende desarrollar en el marco del presente proyecto. El
modelo permitirá evaluar,; los tiempos de secado, la temperatura superficial de la madera,
las tasas de secado, los requerimientos de energía y las caídas de temperaturas a través de la
carga, en todo el rango de contenido de humedad.
El modelo fue formulado a partir de la hipótesis que el proceso de secado, en todo el rango
de contenido de humedad de la madera, se desarrolla bajo la condición de saturación
adiabática del aire que circula por sobre la carga de madera. En consecuencia se establece
la existencia de una condición de equilibrio térmico entre el calor aportado por el aire a la
madera y la evaporación del agua desde la madera.
El postulado anterior considera que, en la primera fase del secado cuando se evapora el
agua libre desde la superficie, la temperatura de la madera alcanza el equilibrio con la
temperatura de bulbo húmedo y en consecuencia tanto el flujo de calor desde el aire a la
madera, como la tasa de evaporación del agua desde la superficie de la madera, alcanzan su
valor máximo para las condiciones de operación de la cámara, esto es: temperatura del
bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo, velocidad de aire a través de la carga, espesor
del separador y ancho de la carga entre otros.
De la misma forma, durante la evaporación del agua no libre, la tasa de secado disminuye
debido a la reducción de la presión de vapor por debajo del valor de la presión de
saturación, a la temperatura de bulbo húmedo y en consecuencia la temperatura de la
superficie de la madera aumenta por sobre la temperatura del bulbo húmedo, disminuyendo
el flujo de calor desde el aire a la madera.
Persistiendo, eso si, la condición de equilibrio en que la energía aportada por el aire en
forma convectiva es igual a la requerida para evaporar el agua desde la madera. En
consecuencia, el secado finaliza cuando la tasa de secado tiende a cero y la temperatura de
la madera se aproxima a la temperatura de bulbo seco y con ello el calor transferido por
convección desde el aire también tiende a cero.
El modelo se encuentra matemáticamente desarrollado y programado a través del software
EES (Engineering Equation Solver). A partir de información preliminar obtenida de la
literatura y ensayos realizados con otros propósitos, ha sido posible obtener información
preliminar para validar el modelo propuesto con resultados satisfactorios. Razón por la
cual es que se requiere efectuar ensayos experimentales específicos para obtener una
correlación que relacione la reducción de la presión de vapor de agua en la madera con el
contenido de humedad, correlación que será válida para la especie y aplicable a cualquier
tipo de secador y programa de secado.
La obtención de la correlación antes señalada implica efectuar 12 ensayos de secado a
escala de laboratorio utilizando las instalaciones del laboratorio de secado de la
Universidad del Bío-Bío. Cada experiencia se realizará con una carga de 0.5m3 de madera
de pino Radiata la que será secada con un programa de; temperatura bulbo seco,
temperatura bulbo húmedo y velocidad de aire constante durante todo el ensayo. Durante
ese período se monitorearán y registrarán; las temperaturas del aire (bulbo seco y húmedo)
a la entrada y salida de la carga, temperaturas en la superficie y el interior de la madera, la
velocidad del aire y se tomarán muestras de contenido de humedad a lo largo de todo el
proceso. A partir de la información experimental se efectuarán las evaluaciones pertinentes
mediante balances de calor y materia para cada rango de contenido de humedad que
permitan obtener una correlación entre el contenido de humedad de la madera y la
reducción de la presión de vapor de agua en la madera.
Los resultados obtenidos de los ensayos experimentales permitirán validar el modelo de
simulación propuesto, el que de ser exitoso permitirá ser utilizado como una herramienta de
apoyo a nivel industrial que permita evaluar y predecir, los tiempos de secado, consumos de
energía y las variables de operación, para cada cámara en particular de acuerdo a; su
geometría (túnel o compartimiento), tecnología; convencional, acelerada o alta temperatura,
el espesor de la madera, el espesor de los separadores, la velocidad del aire, el contenido de
humedad inicial, el contenido de humedad final deseado, entre otros.
El modelo de simulación es de uso general para ser aplicado a cualquier especie sólo que
para cada una de éstas es necesario conocer previamente la correlación entre el contenido
de humedad y la reducción de la presión de vapor la que debe obtenerse por la vía
experimental similar a lo propuesto.