Solución analítica del problema acoplado de transferencia de calor y materia durante la solidificación de materiales de alto contenido de agua

M. C. OLGUÍN; V. O. SALVADORI; R.H. MASCHERONI; D. TARZIA

Córdoba

Congreso; MACI 2007 I Congreso de matemática aplicada, computacional e industrial; 2007

Asociación de Mecánica Computacional

La solidificación de materiales rígidos o semi-rígidos, no embalados y con alto contenido de agua implica dos procesos simultáneos de transferencia dentro del sistema: transferencia de calor por conducción (formación de hielo) y transferencia de masa por difusión (sublimación de la superficie de hielo). En este trabajo se propone un modelo físico-matemático del sistema expresado como un problema de cambio de fase con dos fronteras libres. Utilizando el método cuasi-estacionario para obtener los perfiles de temperatura y concentración de vapor de agua y asumiendo condiciones convectivas en el borde fijo x=0, se obtiene la solución analítica del problema mediante la resolución de un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias. El modelo permite evaluar la influencia de las características del material y de las variables del proceso en el avance de los frentes móviles de solidificación y de sublimación además de los perfiles de temperatura y de vapor de agua así como también la pérdida de peso durante el proceso de congelación de materiales de alto contenido acuoso. La solución hallada es validada con la solución analítica de Stefan que contempla solamente la solidificación. Por último se realiza un estudio paramétrico, analizando la respuesta del sistema frente a diferentes condiciones operativas.