Coeficient de película

El coeficient de película, coeficient de convecció o coeficient de transmissió superficial, representat habitualment com a h, quantifica l'influència de les propietats del decorregut, de la superfície i del fluix quan es produïx transferència de calor per convecció.

La transferència de calor per convecció es modela en la Llei del refredat de Newton:

$\dot{Q}=hA(T_s-T_{\mathrm{\infty }})$

Símbol	Nom	Unitat
$\dot{Q}$	Transferència de calor per convecció	W
$h$	Coeficient de película	W / (m2 K)
$A$	Àrea del cos en contacte en el decorregut	m2
$T_s$	Temperatura de la superfície del cos	K
$T_{\mathrm{\infty }}$	Temperatura del decorregut a certa distància del cos	K

A on esta i la velocitat del decorregut són constants.

El coeficient de convecció depén de múltiples paràmetros relacionats en el fluix del decorregut a través del com es dona la convecció:

• del tipo de convecció (forçada o natural),
• del règim del decorregut (laminar o turbulento),
• de la velocitat del fluix,
• de la viscosidad del decorregut,
• de la densitat del decorregut,
• de la conductivitat tèrmica del decorregut,
• del calor específica del decorregut,
• del coeficient de dilatació del decorregut,
• de la forma de la superfície d'intercanvi,
• de la rugosidad de la superfície d'intercanvi,
• del seu temperatura,
• de si el derrame és interior o exterior...

En totes estes variables, el càlcul analític presenta moltes dificultats. Els estudis experimentals permeten obtindre els valors numèrics de les incògnites per a certs valors dels arguments, i despuix seleccionar equacions que expliquen els resultats obtinguts. Les formes clàssiques d'estimar-ho es basen en l'ocupació de correlació de números adimensionales (vinya. número de Nusselt), de manera que en general es dispon d'una igualtat entre el número de Nusselt, que és proporcional al coeficient de convecció, i una certa expressió que involucra al número de Reynolds i al número de Prandtl en convecció forçada, i al de Prandtl i al número de Grashof en convecció natural.

Atres formes de calcular-ho es basarien en amprar moderns programes de diferències finitas per a resoldre les equacions de Navier-Stokes numèricament, sent esta última opció molt costosa en térmens computacionals.

Órdens de magnitut esperables segons el tipo de convecció

• Convecció lliure d'un gas: h-->O[5 w/(K·m^2)]

• Convecció forçada d'un gas: h-->O[50 w/(K·m^2)]

• Convecció lliure d'un líquit: h-->O[500 w/(K·m^2)]

• Convecció forçada d'un líquit: h-->O[5000 w/(K·m^2)]

• Convecció d'un canvi de fase: h-->O[50000 w/(K·m^2)]

Deducció

Es conclou que la relació entre els coeficients és la relació dels gradient de temperatura. El numerador és la diferència entre la temperatura en el sen i la temperatura de la superfície; el denominador és la diferència entre la temperatura de superfície i la temperatura del mig una volta que la transferència va terminar. Segons el model de Prandtl, el 99% de la transferència de calor ocorre en un prima capa adjacent a la paret. Per lo que el coeficient de calor és la relació entre la conductivitat tèrmica i la gruixa suposta de la capa llímit tèrmica. La condició de no esmonyida és la causa de lo anterior.