Modelo de transferencia de calor e massa na secagem de madeira serrada de Pinus

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo o uso de modelos os para melhorar o controle do processo de secagem de madeira serrada, tomando como base a Lei de Fourier para modelar o fluxo de calor e a 2a Lei de Fick para o fluxo de massa. Para a avaliação do modelo de Fourier Coram utilizadas tábuas de Pinus taeda L. de 46mm de espessura, submetidas às temperaturas de bulbo seco de 40°C, 60°C e 80°C e velocidades do ar de 3,5, 4,7 e 6,8 m/s. Em todos os ensaios a umidade relativa foi mantida em 100%. No caso da aplicação da 2a Lei de Fick Coram utilizadas tábuas de Pinus elliottii Engelm de 36mm de espessura, submetidas as mesmas temperaturas, no entanto com uma velocidade do ar de 3,0m/s e uma umidade relativa de 40%. Os resultados dos ensaios indicaram que a relação de Chilton-Colburn permite determinar os coeficientes convectivos de calor e massa. O coeficiente convectivo de calor pode ser determinado do número de Nusselt, considerando um fluxo ao longo de um duto de seção retangular baseado no diâmetro hidráulico. O coeficiente de difusão aumentou com a temperatura e diminuiu com o teor de umidade da madeira. A solução do modelo de Fourier representou melhor o comportamento experimental dos dados quando o valor de Biot tendendo ao infinito e considerado. Isto indica que a resistência à transferência de calor do material e bem superior que a convecção de calor do fluido na superfície. Com base nos resultados obtidos concluiu-se, que o modelo de Fourier permite estimar com boa precisão a temperatura no centro da madeira e que o modelo difusivo, baseado na segunda Lei de Fick, permite predizer os gradientes de umidade e a taxa de perda de umidade, durante o processo de secagem. Os resultados também indicam que a gradiente de umidade das peças gerado pelo modelo pode ser utilizado na prática para ajustar o processo de secagem de madeira serrada e, com base nisto, mitigar rachaduras superficiais. Este aspecto em particular pocle ser explorado em mais detalhes em estudos futuros