Modelización del proceso de carbonización de una pieza de madera dentro de un horno

Abstract

En este trabajo se presenta y valida parcialmente un modelo matemático para simular el proceso de carbonización de una pieza de madera dentro de un horno de carbonización. El modelo se centra en plantear adecuadamente el balance de energía de la muestra que se carboniza, teniendo presente tanto la variación de propiedades de la madera durante la carbonización (densidad, volátiles generados, calor específico y conductividad térmica) debida a los cambios físicos y químicos, como la variación de las condiciones de contorno en el tiempo tal como sucede en el contexto de un horno de carbonización real. El objetivo principal de este trabajo es predecir para distintas velocidades de calentamiento: 1) la variación de la temperatura de la superficie de la partícula y del calor neto transferido en función del tiempo, 2) la evolución de la isoterma dentro de la partícula en función del tiempo, y los perfiles de temperatura y de densidad em función de las dimensiones de la partícula. Los resultados obtenidos refuerzan la hipótesis de que la convección libre con condensación de los volátiles juega un rol fundamental en la transferencia de energía hasta 473ºK, y que la importancia de la radiación crece con el aumento de temperatura, cuando la importancia de la convección decrece. Mediante el modelo desarrollado se pueden predecir los tiempos de carbonización de las piezas, para distintas velocidades de calentamiento de la atmósfera que la rodea.