Modelado de la Dinámica de Fluidos para Optimizar el Proceso de Manufactura de un Horno de Secado de Madera

Computational Fluid Dynamics to Optimize Manufacturing Process of an Oven for Drying Wood

Se presenta un modelo computacional desarrollado para la transferencia de calor y momento en un horno de secado de madera yel estudio de la evolución en el tiempo de las variables, temperatura y velocidad del aire, que influyen directamente en el proceso de secado. Para la simulación por elementos finitos del flujo de calor en el horno, se empleó el software Solidworks.

El objetivo del trabajo es rediseñar el horno de secado de madera, lo cual permite mejorar las condiciones de flujo de calor y fluido en su interior. Se proponen algunas modificaciones estructurales del diseño que logran redireccionar el comportamiento del flujo y, con eso, mejorar la calidad del producto secado.

1. INTRODUCCIÓN

En la actualidad las industrias manufactureras de Colombia han venido desarrollando políti-cas de control de calidad para mejorar sus productos y maximizar los recursos. La industria de la madera, pese al poco adelanto tecnológico que presenta, está procurando ponerse al día con las nuevas tendencias de desarrollo [1]. En la mayoría de los aserraderos de Barranquilla trabajan con escasa tecnología para el procesamiento de la madera. En particular, el proceso de secado posee muchas dificultades para brindar un producto de buena calidad; esto debido a los diseños inadecuados de las cámaras de secado en las que no hay uniformidad del flujo en su interior, trayendo como consecuencia diferentes defectos de secado como torceduras, quemaduras, arqueamientos, etc. lo cual no es conveniente para los posteriores procesos a los que es sometido este producto.

Se ha realizado para ello una simulación por el método de los Elementos Finitos del comportamiento del flujo en el interior de un horno de secado de madera, en la cual se estudian los fenómenos de los procesos de transferencia de calor y momento, hallados en su interior. Posteriormente, se proponen modificaciones estructurales para mejorar las condiciones de flujo, con base en los fenómenos presentados.

2. MODELACIÓN COMPUTACIONAL

​El sistema que se estudia es un horno de secado de madera ubicado en la ciudad de Barranquilla de propiedad de la empresa Ci Colombian Wood, del tipo de fuente de energía. Posee un volumen aproximado de 122 m3. Tiene un intercambiador de calor tipo serpentín (de cobre), con aletas de aluminio. El aire es impulsado por dos ventiladores (Siemens) dispuestos en forma simétrica en el interior de la cámara de secado (Figura 1).

En los serpentines del intercambiador de calor fluye vapor de agua. Como condición de frontera se asumió una temperatura constante en el intercambiador de 100ºC.  Además, para disminuir el aumento excesivo del mallado localizado en esta zona de intercambio de calor, este dispositivo fue considerado como un medio poroso, el cual presenta resistencia al paso del flujo de aire.