PROYECTO DIUBB 053921 2/R TITULO: SIMULACION DE SECADO EN MEDIOS POROSOS EN REDES 2D Y 3D MEDIANTE EL METODO DE MONTECARLO Y VALIDACION A TRAVES DE EXPERIMENTOS EN MICROMODELOS. Investigador Principal Luis Andrés Segura Ponce Facultad/Depto. Ciencias de la Salud y de los Alimentos/Ingeniería en Alimentos E-Mail [email protected] Coinvestigadores Luisa Arriagada S. OBJETIVOS: - El objetivo general de este trabajo consiste por una parte, en desarrollar e implementar un modelo microscópico, a nivel de segmentos de poro, del proceso de secado, con fuerte carácter predictivo, en base al modelo previamente desarrollado y que involucre la presencia de materiales sólidos (sales) disueltas en el líquido, incorporando de esta manera otros fenómenos físicos (mecanismo de transporte, solubilidad, cristalización, etc.) en el secado. Y por otra parte complementar el modelo desarrollado con observaciones experimentales de secado de soluciones (solvente + sales) en micromodelos. RESUMEN Y RESULTADOS: El secado de una de las operaciones unitarias más ampliamente utilizadas en la industria de procesos, destacándose su aplicación en el secado de alimentos, madera, celulosa y papel, productos farmacéuticos y biotecnológicos, minerales, polímeros, revestimientos, materiales fibrosos catalizadores, etc. El enfoque clásico del secado involucra un análisis macroscópico del proceso, obteniendo curvas de saturación, coeficientes de difusión efectivo y tiempos de operación que varían según el tipo de producto, composición y geometría y de las condiciones del proceso (temperatura, humedad ambiente, velocidad del aire de secado, etc.). Este enfoque no entrega información acerca de la distribución de fluidos al interior de productos durante el secado, como tampoco acerca de los diferentes mecanismos de transporte de líquido que operan ni de su importancia relativa en el proceso. Una propuesta alternativa al enfoque macroscópico es el estudio del proceso de secado a nivel de segmentos de poros, es decir, a nivel microscópico, donde no sólo se pueden incorporar a la modelación los mecanismos de transporte de humedad a nivel de segmentos de poro, algunos de ellos ampliamente estudiados en la bibliografía y otros son tema de permanente estudio, sino que además se puede obtener información acerca de la distribución de fluidos al interior de productos a secar, como a su vez información de los coeficientes de difusividad efectiva que dependen del contenido de humedad y de los mecanismos que en cada momento estén operando. El autor de este proyecto en el marco de su tesis doctoral desarrolló un modelo de secado isotermal de un material no-higroscópico que captura la esencia de experimentos desarrollados en el secado de hexano en micromodelos 2D fabricados en plexiglás. La esencia de este modelo es que, a partir de principios físicos fundamentales, es capaz de capturar la naturaleza y comportamiento de un material poroso sometido a un proceso de secado. En el modelo se consideran dos mecanismos, el de evaporación y el de flujo líquido o hidráulico, de igual manera se determina la saturación líquida en toda la red no sólo en cuerpos de poro u gargantas llenas de líquido, sino también en las esquinas de los poros que permanecen con líquido residual durante el secado. Este proyecto es concebido como una continuación natural del trabajo desarrollado por el autor en el marco de su proyecto de tesis doctoral. El trabajo hasta ahora desarrollado considera el secado de un líquido puro. Luego el objetivo general de este trabajo consiste en desarrollar e implementar un modelo microscópico, a nivel de segmentos de poro, del proceso de secado, con fuerte carácter predictivo, en base al modelo previamente desarrollado y que involucre la presencia de materiales sólidos (sales) disueltas en el líquido, incorporando de esta manera otros fenómenos físicos (mecanismos de transporte, solubilidad, cristalización, etc.) en el secado. La metodología a desarrollar considera: (1) determinar la configuración y estabilidad de fluidos en espacios porosos; (2) determinar la solubilidad y distribución de los sólidos en la matriz porosa; (3) el desarrollo e implementación del modelo de secado; (4) la obtención de perfiles de concentración de sólidos en la red a medida que el secado avanza; (5) estudiar de sensibilidad de tamaño de red, condiciones de borde y condiciones de operación del secado; (6) determinación de Propiedades de Transporte y Curvas de Secado; (7) determinar la influencia de varios factores en las propiedades de transporte y curvas de secado; (8) realizar experimentos de secado en Micromodelos. En este trabajo se espera que conociendo la solubilidad de las sales disueltas en el líquido, así como los mecanismos de transporte que intervienen en el secado, sea posible determinar la concentración y distribución tanto de los sólidos disueltos como de los sólidos que cristalizan durante el proceso de secado en la matriz porosa considerada en el estudio. La idea es complementar el modelo de secado previamente desarrollado con nuevos mecanismos de transporte y fenómenos físicos involucrados. En la medida en que se estudie estos fenómenos a partir de primeros principios, es posible plantear un modelo general que permita finalmente controlar las variables que producen diferentes efectos en el secado de materiales porosos. Finalmente se plantea que es posible desarrollar códigos en 2D y 3D a través del método de Monte Carlo que permita capturar la esencia de los fenómenos planteados.