¿Qué es el número de Nusselt?
El número de Nusselt (Nu) es una magnitud adimensional de la transferencia de calor que expresa la relación entre la transferencia por convección y la que se produciría únicamente por conducción a través de la capa límite de un fluido. Un valor de \(\text{Nu} = 1\) indica transferencia por conducción pura (lo habitual en un fluido en reposo), mientras que valores mayores reflejan una convección cada vez más eficaz. Debe su nombre al ingeniero alemán Wilhelm Nusselt y resulta esencial en el diseño de intercambiadores de calor, sistemas de refrigeración de componentes electrónicos e instalaciones de climatización (HVAC).
Cómo usar esta calculadora
Introduce los tres datos: el coeficiente de transferencia de calor por convección h (W/m²·K), la longitud característica L (m) —que suele ser un diámetro, la longitud de una placa o el diámetro hidráulico— y la conductividad térmica del fluido k (W/m·K). La calculadora devuelve al instante el número de Nusselt adimensional.
La fórmula explicada
La ecuación que lo define es:
$$\text{Nu} = \frac{\text{h} \cdot \text{L}}{\text{k}}$$
En ella, h indica con qué facilidad pasa el calor entre una superficie y el fluido en movimiento, L fija la escala geométrica de referencia y k mide la capacidad del fluido para conducir el calor. Como las unidades de los tres términos se cancelan entre sí, el resultado es adimensional, lo que permite comparar distintas geometrías y fluidos.
Ejemplo resuelto
Imagina que circula agua sobre una superficie con \(h = 500 \ \text{W/m}^2\cdot\text{K}\), una longitud característica \(L = 0{,}05 \ \text{m}\) y una conductividad térmica del agua \(k = 0{,}6 \ \text{W/m}\cdot\text{K}\). Entonces $$\text{Nu} = \frac{500 \times 0{,}05}{0{,}6} = \frac{25}{0{,}6} \approx 41{,}67.$$ Este número de Nusselt relativamente alto confirma que, en este caso, la convección predomina claramente sobre la conducción.
Preguntas frecuentes
¿El número de Nusselt siempre es mayor que 1? En situaciones de convección, sí: \(\text{Nu} \geq 1\), y se acerca a 1 a medida que la convección se debilita y se aproxima a la conducción pura.
¿Qué es la longitud característica? Depende de la geometría: el diámetro de la tubería en flujos internos, la longitud de la placa en placas planas o el diámetro hidráulico en conductos de sección no circular.
¿Cómo se relaciona Nu con los números de Reynolds y de Prandtl? Correlaciones empíricas como \(\text{Nu} = 0{,}023 \cdot \text{Re}^{0{,}8} \cdot \text{Pr}^{0{,}4}\) (ecuación de Dittus-Boelter) permiten predecir Nu, del que después se obtiene h mediante esta misma relación \(h = \frac{\text{Nu} \cdot k}{L}\).
