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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

COBEM 2021

26th International Congress of Mechanical Engineering

EVALUATING FINITE DIFFERENCE METHODS SOLVING COUPLED HEAT AND MASS TRANSFER EQUATIONS APPLIED FOR WOOD DRYING

Submission Author: José Henrique Kleinübing Larcher , PR
Co-Authors: José Henrique Kleinübing Larcher, Edgar De Oliveira Cabral Filho, Paola Buchholtz Carvalho, Viviana Mariani
Presenter: Edgar De Oliveira Cabral Filho

doi://10.26678/ABCM.COBEM2021.COB2021-0288

 

Abstract

Wood is a multi-application material used in various industries due to its versatility, and drying is a common part of its processing. Drying can increase wood quality and dimensional stability, increasing the final value of wood products. The drying process can be described as a heat and mass transfer problem, which can result in mean temperature and moisture over time. Therefore, modeling helps to determine the necessary time for the drying procedure. Also, if the drying is poorly executed, it may damage the material, losing its commercial value. In this paper four distinct finite difference methods are used to model the wood drying diffusion process, namely, these methods are as follows: forward Euler, backward Euler, Crank-Nicolson, and Dufort-Frankel methods. These methods are applied to the process of drying Triplochiton Scleroxylon wood, also known as Ayous, a species of tree from West and Central Africa. The results from different methods are compared with experimentally obtained ones from literature. The comparison is made using the performance metrics root-mean-squared error (RMSE), mean absolute error (MAE), and the coefficient of determination R2. The modeling of the diffusion process is made using a pair of coupled differential equations for mass transfer and heat transfer. The overall range for moisture MAE was 3.1409-3.2703 percentage points and 0.81753-0.89104 K for temperature MAE. Results show comparable outcomes among the four methods. The implicit Euler method presents a smaller execution time. Crank-Nicolson presented the smallest MAE regarding moisture, while Dufort-Frankel and backward Euler showed the best results for temperature.

Keywords

Diffusion, Finite Difference Method, Heat transfer, Wood Drying, Mass transfer

 

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