Calculadora do número de Biot

O número de Biot é uma razão adimensional de transferência de calor que compara a resistência à condução dentro de um sólido com a resistência à convecção em sua superfície. É calculado multiplicando o coeficiente de transferência de calor por convecção por um comprimento característico e dividindo pela condutividade térmica do material. Como as unidades se cancelam, o resultado permite comparar objetos de diferentes tamanhos, materiais e condições de contorno em uma base comum. Um número de Biot pequeno significa que o calor se conduz pelo objeto muito mais facilmente do que atravessa a camada-limite do fluido ao redor. Os gradientes internos de temperatura são relativamente pequenos, e a temperatura do objeto pode ser aproximada como uniforme no espaço. O método de capacitância concentrada costuma ser considerado adequado quando Bi está abaixo de 0.1, conforme a precisão de engenharia exigida. Valores maiores indicam variação interna relevante e podem exigir gráficos de condução transiente, soluções analíticas em série ou simulação numérica. O comprimento característico deve ser escolhido corretamente. Na análise transiente concentrada, ele costuma ser o volume do objeto dividido pela área superficial submetida à convecção. Assim, um cilindro longo, uma esfera, uma parede ou um corpo finito têm um comprimento característico ligado à geometria, não necessariamente à maior dimensão. Algumas correlações de transferência de calor definem o comprimento de outra forma; siga sempre a convenção da equação ou referência escolhida. O coeficiente de convecção depende das propriedades do fluido, da velocidade, da orientação da superfície e de a convecção ser natural ou forçada. A condutividade depende da composição e da temperatura do material. Quando a precisão importa, use valores representativos da operação real em vez de valores genéricos à temperatura ambiente. A calculadora espera watts por metro quadrado-kelvin para o coeficiente, metros para o comprimento e watts por metro-kelvin para a condutividade. Não confunda Biot com Nusselt: Bi usa a condutividade do sólido e avalia a uniformidade interna de temperatura; Nusselt usa a do fluido e descreve a convecção em relação à condução no fluido. O resultado auxilia a avaliação preliminar e a modelagem. Projetos térmicos críticos também devem avaliar geometria, radiação, propriedades variáveis, resistência de contato e condições de contorno dependentes do tempo.