Descrição matemática do transporte simultâneo de calor e massa no processo dinâmico de secagem de madeira de Pinus elliottii

• Autor(a) principal: Alisson Frank Canuto Brandão
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/35186; https://orcid.org/0000-0003-3979-8614
• topic: Diferenças finitas; Estufa convencional; Madeira; Secagem; Simulação; Engenharia química; Diferenças finitas; Madeira; Secagem; Simulação (Computadores)

De maneira geral, a secagem industrial de madeira é caracterizada por ser um processo que demanda grande investimento devido ao alto consumo energético e por exigir uma operação lenta. Seu controle operacional é complexo pois é fortemente baseado em parâmetros empíricos devido às características intrínsecas à madeira. Modelos computacionais para análise de processos de secagem permitem reproduzir e predizer, com certo grau de acurácia, a dinâmica dos fenômenos físicos relacionados a esses sistemas, o que representa uma base importante para as decisões operacionais e econômicas das empresas, podendo reduzir custos e riscos. Neste trabalho, o fenômeno de transferência simultânea de calor e massa durante o processo de secagem de madeira é analisado por meio da simulação computacional. O modelo matemático utilizado descreve o fenômeno como sendo intrinsecamente difusivo, porém considerando a influência das condições ambientais de secagem, como a temperatura e a umidade de equilíbrio da corrente de ar no interior da estufa. O modelo constituído de um sistema de equações algébrico-diferenciais descreve os balanços de calor e massa e a variação de propriedades termodinâmicas. Sua resolução é realizada através da implementação de um algoritmo que usa da integração das equações do sistema no tempo e o método de diferenças finitas para discretizar na direção espacial. A análise da transferência combinada de calor e massa (umidade) foi realizada para uma placa de madeira de Pinus eliottii submetida às condições típicas de uma secagem em estufa convectiva convencional. Os parâmetros termofísicos e operacionais utilizados no modelo, bem como suas correlações com as variáveis do sistema, foram obtidos da literatura. A validação foi realizada através da comparação com dados experimentais da literatura e sua avaliação mostra significativa similaridade, obtendo correlações lineares acima de 0,9. Foi estudado ainda o comportamento dos fenômenos de transporte de massa e energia com a admissão de diferentes cronogramas de secagem. Propriedades termodinâmicas foram empregadas na análise da eficiência do processo. Admissão de variações gradativas nas condições operacionais durante o processo de secagem resultou em efeitos positivos nos parâmetros de qualidade e eficiência do processo, aumentando a taxa de secagem e reduzindo a tendência à danos estruturais no material.