Modelo matemático para la transferencia de humedad de la fase capilar a la higroscópica en madera de pino

Abstract

Se desarrolló un modelo matemático unidimensional (1D) multifase, para estudiar la transferencia de masa y energía en madera de Pino (Pinus pseudostrobus) durante un proceso de secado por convección forzada utilizando aire caliente. El modelo tiene su fundamento en la mecánica de lo continuo y considera el balance de masa y energía en el elemento de volumen representativo (EVR). Se consideran teóricamente las fases; líquida, sólida y gaseosa. Matemáticamente se estudió la transición de la fase no higroscópica a la higroscópica, dividiendo la primera en dos subfases: la funicular y la pendular delimitadas por un punto de saturación irreductible. Se simularon los perfiles de contenido de humedad en dirección tangencial y se compararon con los obtenidos por Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Para la validación del modelo se realizaron pruebas de secado en muestras con una geometría rectangular (0.15m x 0.10m x 0.025m), bajo condiciones de secado controladas. Las condiciones aplicadas fueron: temperatura de 60�, humedad relativa de 25%, y velocidad de aire de 2.5 m/s. El modelo simula las cinéticas de secado, la evolución de la temperatura y los perfiles de contenido de humedad en el espesor. La predicción es correcta (RMSE= 0.012), respecto a la cinética de secado experimental comparada con las simuladas. El modelo simula un proceso de secado de 20 horas, para reducir el contenido de humedad de las muestras de 0.9 a 0.01 base seca; sin embargo, para el historial de temperatura en el centro del material se observó una desviación importante. La desviación puede ser explicada por una variación en la función de la conductividad térmica del material, la cual es solamente función del contenido de humedad. El modelo predice correctamente los perfiles de contenido de humedad en el espesor, ya que toma en cuenta el efecto de la función de permeabilidad relativa al líquido (krl) y su exponente (n) en la división de la fase capilar. Se concluye que con valores de la función de permeabilidad relativa al líquido de n=2 en la fase funicular y n=1.8 en la fase pendular, y con un contenido de humedad irreductible (Wirr) igual a 0.4, existe una tendencia de mayor ajuste de los perfiles de contenido de humedad y la cinética de secado.