Calculadora del número de Biot

El número de Biot es una relación adimensional de transferencia de calor que compara la resistencia a la conducción dentro de un sólido con la resistencia a la convección en su superficie. Se calcula multiplicando el coeficiente de transferencia por convección por una longitud característica y dividiendo entre la conductividad térmica del material. Como las unidades se cancelan, permite comparar objetos de distintos tamaños, materiales y condiciones de contorno con un criterio común. Un número de Biot pequeño indica que el calor se conduce por el objeto mucho más fácilmente de lo que atraviesa la capa límite del fluido circundante. Los gradientes internos de temperatura son entonces relativamente pequeños y la temperatura del objeto puede aproximarse como uniforme en el espacio. El método de capacidad concentrada suele considerarse adecuado cuando Bi es inferior a 0.1, según la precisión de ingeniería requerida. Valores mayores indican variaciones de temperatura relevantes dentro del sólido y pueden exigir gráficas de conducción transitoria, soluciones analíticas en serie o simulación numérica. La longitud característica debe elegirse correctamente. En análisis transitorio concentrado suele ser el volumen del objeto dividido entre el área superficial sometida a convección. Por tanto, un cilindro largo, una esfera, una pared o un cuerpo finito tienen una longitud característica vinculada a su geometría, no necesariamente a su dimensión mayor. Algunas correlaciones de transferencia de calor definen la longitud de otro modo; sigue siempre la convención de la ecuación o referencia elegida. El coeficiente de convección depende de las propiedades del fluido, la velocidad, la orientación de la superficie y de si la convección es natural o forzada. La conductividad térmica depende de la composición y la temperatura del material. Si la precisión importa, usa valores representativos de las condiciones reales y no valores genéricos a temperatura ambiente. La calculadora espera vatios por metro cuadrado-kelvin para el coeficiente, metros para la longitud y vatios por metro-kelvin para la conductividad. No confundas Biot con Nusselt: Bi usa la conductividad del sólido y evalúa la uniformidad térmica interna; Nusselt usa la del fluido y describe la convección respecto a la conducción en él. El resultado sirve de orientación inicial y apoyo al modelado. Los diseños térmicos críticos también deben evaluar geometría, radiación, propiedades variables, resistencia de contacto y condiciones de contorno dependientes del tiempo.