Calculadora del número de Nusselt

El número de Nusselt es una medida adimensional de la transferencia de calor por convección en relación con la conducción pura a través de una capa de fluido. Es igual al coeficiente de transferencia de calor por convección multiplicado por una longitud característica y dividido entre la conductividad térmica del fluido. Un valor cercano a uno indica que domina la conducción en la escala de longitud elegida; un valor mayor indica que el movimiento del fluido mejora el transporte de energía. Es fundamental en intercambiadores de calor, flujo en tuberías, refrigeración electrónica, sistemas de edificios, equipos de proceso y análisis térmico aerodinámico. La longitud característica depende de la geometría y de la correlación utilizada. En el flujo interno de tuberías suele ser el diámetro hidráulico. En flujo externo sobre una placa plana puede ser la distancia desde el borde de ataque o la longitud total de la placa. Cilindros, esferas, aletas y conductos irregulares tienen sus propias definiciones. Debe usarse la misma convención de longitud en Nusselt, Reynolds y cualquier correlación empírica; de lo contrario, un resultado numéricamente plausible puede representar un problema físico distinto. El número de Reynolds compara efectos inerciales y viscosos. Esta calculadora multiplica densidad, velocidad y longitud característica y divide entre viscosidad dinámica. Un Reynolds bajo suele corresponder a flujo laminar ordenado, mientras que los valores altos favorecen la transición y la turbulencia; los umbrales exactos dependen de la geometría, las perturbaciones y las condiciones de contorno. La turbulencia suele aumentar la mezcla y, por tanto, la transferencia de calor por convección. El número de Prandtl compara la difusividad de cantidad de movimiento con la difusividad térmica. Con propiedades dinámicas, equivale al calor específico multiplicado por la viscosidad dinámica y dividido entre la conductividad térmica. Los metales líquidos tienen Prandtl muy bajo porque el calor se difunde rápidamente. Los gases suelen estar cerca de 0.7, mientras que los aceites pueden tener valores mucho mayores. Prandtl influye en los espesores relativos de las capas límite de velocidad y temperatura y aparece en la mayoría de las correlaciones de convección. En diseño, normalmente se conocen primero la geometría, el flujo y las propiedades; después se calculan Reynolds y Prandtl y se aplica una correlación empírica para predecir Nusselt. Finalmente se obtiene el coeficiente de transferencia de calor multiplicando Nusselt por la conductividad y dividiendo entre la longitud. Esta calculadora, en cambio, recibe el coeficiente como entrada y permite una evaluación directa y comprobaciones de coherencia, además de mostrar los números de flujo relacionados. Las propiedades del fluido cambian con la temperatura y, a veces, con la presión. Evalúalas a la temperatura indicada por la correlación elegida, a menudo la temperatura del fluido en masa o una temperatura media de película entre la superficie y el fluido. Usa unidades SI coherentes en todas las entradas. La calculadora no elige una correlación ni contempla efectos de entrada, rugosidad, flotación, radiación, cambio de fase, variación de propiedades o comportamiento no newtoniano. Usa los resultados adimensionales para elegir y validar una correlación adecuada a la geometría y al régimen, y compara las predicciones con datos experimentales o del fabricante cuando la seguridad o el rendimiento sean críticos.