Numero de Nusselt

Número de Nusselt
El Número de Nusselt (Nu) es un número adimensional que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido discurre (transferencia de calor por convección) comparada con la transferencia de calor si ésta ocurriera solamente porconducción.
Así por ejemplo en transferencia de calor dentro de una cavidad por convección natural, cuando el númerode Rayleigh es inferior a 1000 se considera que la transferencia de calor es únicamente por conducción y el número de Nusselt toma el valor de la unidad. En cambio para números de Rayleigh superiores, la transferencia de calor es una combinación de conducción y convección, y el número de Nusselt toma valores superiores.
Este número se llama así en honor a Wilhelm Nusselt, ingeniero alemán quenació el 25 de noviembre de 1882 en Núremberg. Se define como:

Ambas transferencias se consideran en la dirección perpendicular al flujo.
En la anterior ecuación se define:
L como una longitud característica. Para formas complejas se define como el volumen del cuerpo dividido entre su área superficial.
kf como la conductividad térmica del fluido.
h como el coeficiente de transferencia decalor.
El número de Nusselt puede también verse como un gradiente adimensional de temperatura en la superficie. En transferencia de masa el número análogo al número de Nusselt es el número de Sherwood.
Existen muchas correrlaciones empíricas expresadas en términos del número de Nusselt para por ejemplo placas planas, cilindros, dentro de tuberías, etc, que evaluan generalmente el número de Nusseltmedio en una superficie. Estas correlaciones tienen la forma de Nu = f(Número de Reynolds o Número de Rayleigh, Número de Prandtl). Computacionalmente el número de Nusselt medio puede obtenerse integrando el número de Nusselt local en toda la superficie.
Índice
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1 Flujo interno laminar desarrollado
2 Flujo interno turbulento desarrollado
3 Flujo externo laminar
4 Flujo externoturbulento
5 Convección natural
Flujo interno laminar desarrollado [editar]
Se define flujo interno laminar aquel que discurre en el interior de conductos y con números de Reynolds suficientemente bajos para no ser considerados ni turbulentos ni de transición. Por ejemplo un flujo en el interior de una tubería con un número de Reynolds inferior a 2300.
Se entiende como flujo desarrollado aquel quetiene los perfiles de velocidad y temperatura adimensional constantes a lo largo de la longitud del conducto. Esto ocurre más allá de lo que se conoce como región de entrada.
Para este tipo de flujos es relativamente fácil obtener analíticamente números de Nusselt como los mostrados en la siguiente tabla. Se diferencian dos condiciones de contorno en la pared: flujo de calor constante ytemperatura de pared constante. La longitud característica considerada es el diámetro hidráulico.
Sección transversal
NuDh (flujo de calor constante)
NuDh (temperatura de pared constante)
Triángulo equilátero
3
2,35
Cuadrangular
3,63
2,89
Circular
4,364
3,66
Rectangular (Relación de aspecto 4)
5,35
4,65
Dos placas planas de longitud infinita
8,235
7,54
Dos placas planas de longitudinfinita y una de ellas aislada térmicamente
5,385
4,86
Flujo interno turbulento desarrollado [editar]
En cuanto a flujo interno turbulento cabe destacar las siguientes correlaciones:
Correlación de Dittus & Boelter:

En donde:
NuD es el número de Nusselt considerando como longitud característica el diámetro o diámetro hidráulico.
ReD es el número de Reynolds.
Pr es el número de Prandtl.Consideraciones de utilización:
Esta correlación es válida para los rangos 0,7 < Pr < 160, ReD >10000 y L/D > 10.
El exponente de Pr tiene el valor de n=0,3 cuando el fluido se enfría y n=0,4 cuando el fluido se calienta.
Las propiedades físicas se deben evaluar a la temperatura del fluido.
Está correlación presenta errores máximos en sus resultados del 40% comparada con datos experimentales....