1. Determinación Experimental del Coeficiente de Transferencia de Calor
“h” con los Números Nu, Re y Pr.
La transferencia de energía por convección es un fenómeno complicado en donde
participan un gran número de efectos, no hay suficiente información para permitir la
formulación, ya sea de las ecuaciones diferenciales que lo gobiernan, ó de una noción clara
y completa del fenómeno al cual se le puedan aplicar leyes fundamentales.
El análisis debe ser experimental y la correlación de las observaciones será un
acercamiento empírico a la ecuación que describa correctamente el proceso.
Una herramienta que es utilizada en fenómenos tan complicados es el análisis dimensional,
esta metodología permite obtener una relación entre un conjunto de ciertos números
adimensionales, que de alguna forma, incluyen toda la información necesaria para describir
el fenómeno con un cierto rigor (cuanto mayor sea este más información se requiere).
Cada número adimensional es una medida del comportamiento del sistema en cierto
aspecto, por ejemplo el número adimensional conocido como número de Reynolds es una
medida de la importancia de las fuerzas inerciales frente a las viscosas en un fluido en
condiciones dada.
A través de correlaciones, cuya forma matemática es obtenida a través del análisis
dimensional, y sus factores y exponentes a través de la determinación experimental, se
puede describir un fenómeno como la convección, de estas expresiones participan los
números adimensionales, que como se dijo introducen la información que describe la
situación.
Como se verá en el punto 2.2.6. en las correlaciones para convección forzada participan
cuatro números adimensionales: Nu (número de Nusselt), Re (número de Reynolds), Pr
(número de Prandtl), L/D (número adimensional relación entre largo y diámetro).
a.- Número de Nusselt (Nu):
Expresa la relación entre la transferencia de energía por convección y la transferencia que
habría únicamente por conducción bajo una dada situación en un fluido:

2. Es decir, un número de Nusselt alto significa que en la situación de análisis es
predominante la transferencia por convección, y en el caso de Nu muy bajos la
transferencia por conducción cobra importancia, es el caso concreto de los metales líquidos.
Dos fluidos con diversas características pero que tienen igual Nu presentan similar
comportamiento en cuanto a las importancias relativas de la transferencia por convección y
por conducción.
b.- Número de Reynolds (Re):
Expresa la relación entre el valor de las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas en un dado
fluido en movimiento. Esta relación como se verá en el punto 2.2.5. determina el tipo de
escurrimiento (laminar o turbulento).
Se puede llegar a determinar expresando las respectivas ecuaciones y haciendo el cociente.
ρ: densidad, v: velocidad del fluido.
D: diámetro, µ: viscosidad.
Altos valores de Re implican un escurrimiento turbulento. Las velocidades individuales de
las partículas tienen direcciones diversas, no coincidentes con la del escurrimiento,
generando un mezclado. Para bajo valores de Re el escurrimiento es laminar, sin mezclado
trasversal al mismo.
Para Re altos las fuerzas inerciales predominan en las partículas del fluido haciéndoles
tender a moverse en trayectorias rectas aún en lugares donde el fluido globalmente debe
cambiar de dirección provocando inestabilidades que generan torbellinos.
c.- Número de Prandtl (Pr):
El número de Prandtl es una relación entre la "capacidad" del fluido de transferir cantidad
de movimiento y la "capacidad" de transferir su energía. Se obtiene a través del cociente de
la difusividad de cantidad de movimiento (µ / ρ) (que mide lo primero) y la difusividad
térmica K (que mide lo segundo).

3. Como se observa el número de Prandtl depende de las propiedades del fluido.
Correlaciones para la obtención del coeficiente de transferencia por
convección (h) en el caso de convección forzada sin cambio de fase.
Como se adelantó en el punto 2.2.3. los fenómenos de convección forzada sin cambio de
fase puede describirse a través de correlaciones que vinculan los números adimensionales:
Nu, Re, Pr.
. Las correlaciones son de la forma:
A través de observaciones experimentales se han obtenido diferentes valores de los
coeficientes y exponentes. Una ecuación que se ajusta bien a los resultados experimentales
es la expresión de Colburn: (convección forzada en escurrimiento turbulento)
Para Re > 10 000
En donde las propiedades del fluido son evaluadas a la llamada temperatura de film que se
calcula como la media aritmética entre la temperatura de pared y la media del fluido. Una
ecuación modificada es utilizar las propiedades del fluido a temperatura media del mismo.
Para este caso:
Recordando que Nusselt es se puede despejar el coeficiente de transferencia, que
es lo que nos interesa.

4. Rangos de Valores de h para Convección Forzada