Número de Biot

Los valores del número de Biot inferiores a 0,1 implican que la conducción de calor en el interior del cuerpo es mucho más rápida que la convección de calor fuera de su superficie, y los gradientes de temperatura son despreciables en su interior. Esto puede indicar la aplicabilidad (o inaplicabilidad) de ciertos métodos de resolución de problemas de transferencia de calor transitoria. Por ejemplo, un número de Biot inferior a 0,1 suele indicar que habrá menos de un 5% de error si se asume un modelo de capacidad global de transferencia de calor transitoria (también llamado análisis de sistema global). Normalmente, este tipo de análisis conduce a un comportamiento de calentamiento o enfriamiento exponencial simple (enfriamiento o calentamiento «newtoniano»), ya que la cantidad de energía térmica (vagamente, la cantidad de «calor») en el cuerpo es directamente proporcional a su temperatura, que a su vez determina la tasa de transferencia de calor dentro o fuera de él. Esto conduce a una simple ecuación diferencial de primer orden que describe la transferencia de calor en estos sistemas.

Tener un número de Biot menor que 0,1 etiqueta a una sustancia como «térmicamente delgada», y se puede suponer que la temperatura es constante en todo el volumen del material. Lo contrario también es cierto: Un número de Biot superior a 0,1 (una sustancia «térmicamente gruesa») indica que no se puede hacer esta suposición, y se necesitarán ecuaciones de transferencia de calor más complicadas para la «conducción de calor transitoria» para describir el campo de temperatura variable en el tiempo y no uniforme en el espacio dentro del cuerpo del material. En el artículo sobre la ecuación del calor se describen los métodos analíticos para tratar estos problemas, que pueden existir para formas geométricas sencillas y una conductividad térmica uniforme del material.Se dispone de ejemplos de soluciones analíticas verificadas junto con valores numéricos precisos.A menudo, estos problemas son demasiado difíciles para realizarlos salvo numéricamente, con el uso de un modelo informático de transferencia de calor. El estudio de la transferencia de calor de la lechada de cambio de fase microencapsulada es una aplicación en la que el número de Biot resulta útil; para la fase dispersa de la lechada de cambio de fase microencapsulada, el propio material de cambio de fase microencapsulado, se calcula que el número de Biot es inferior a 0.1 y, por tanto, se puede suponer que no hay gradiente térmico dentro de la fase dispersa.

Junto con el número de Fourier, el número de Biot puede utilizarse en problemas de conducción transitoria en una solución de parámetro global, que puede escribirse como,

T – T ∞ T 0 – T ∞ = e – B i F o {\displaystyle {T-T_{infty } \sobre T_{0}-T_{\infty }}=e^{\mathrm {-BiFo}} }}