¿Qué es el número de Lewis?
El número de Lewis es un número adimensional, llamado así por Warren K. Lewis (1882–1975). El número de Lewis se define como la relación de difusividad térmica y difusividad en masa. Se utiliza para caracterizar flujos de fluidos donde hay transferencia simultánea de calor y masa. El número de Lewis es, por lo tanto, una medida del grosor relativo de la capa límite térmica y de concentración. El número de Lewis también se puede expresar en términos del número de Prandtl y el número de Schmidt como Le = Sc / Pr .
El número de Lewis se define como:
dónde:
α es difusividad térmica [m 2 / s]
D es la difusividad de masa [m 2 / s]
Del mismo modo que para el número de Schmidt y Prandtl, el número de Lewis relaciona físicamente el grosor relativo de la capa térmica y la capa límite de transferencia de masa (concentración).
donde n = 1/3 para la mayoría de las aplicaciones en las tres relaciones. Estas relaciones, en general, son aplicables solo para flujo laminar y no son aplicables a capas límite turbulentas ya que la mezcla turbulenta en este caso puede dominar los procesos de difusión.
Un número de unidad de Lewis indica que la capa límite térmica y la transferencia de masa por difusión son comparables, y las capas límite de temperatura y concentración casi coinciden entre sí. La difusividad de masa o coeficiente de difusión es una constante de proporcionalidad entre el flujo molar debido a la difusión molecular y el gradiente en la concentración de la especie (o la fuerza impulsora de la difusión).
La difusividad se encuentra en la ley de Fick, que establece:
Si la concentración de un soluto en una región es mayor que en otra de una solución, el soluto se difunde desde la región de mayor concentración a la región de menor concentración, con una magnitud que es proporcional al gradiente de concentración.
En una dimensión (espacial), la ley es:
dónde:
- J es el flujo de difusión,
- D es el coeficiente de difusión,
- φ (para mezclas ideales) es la concentración.
El uso de esta ley en la teoría del reactor nuclear conduce a la aproximación de difusión .
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