Sebuah dinding memiliki suhu permukaan dalam dan luar masing-masing sebesar $289,15 \text{ K}$ dan $279,15 \text{ K}$. Suhu udara di bagian dalam dan luar masing-masing adalah $293,15 \text{ K}$ dan $278,15 \text{ K}$. Koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi dalam dan luar masing-masing adalah $5 \text{W/m}^2 \cdot \text{K}$ dan $20 \text{W/m}^2 \cdot \text{K}$. Hitunglah fluks panas dari udara dalam ke dinding, dari dinding ke udara luar, dan dari dinding ke udara dalam. Apakah dinding tersebut berada dalam kondisi tunak (steady-state)?
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Suhu udara dalam ($T_{\infty,in}$) = $293,15 \text{ K}$
- Suhu udara keluar ($T_{\infty,out}$) = $278,15 \text{ K}$
- Suhu dinding dalam ($T_{s,in}$) = $289,15 \text{ K}$
- Suhu dinding luar ($T_{s,out}$) = $279,15 \text{ K}$
- Koefisien perpindahan panas ke dalam ($h_{in}$) = $5 \text{W/m}^2 \cdot \text{K}$
- Koefisien perpindahan panas ke luar ($h_{out}$) = $20 \text{W/m}^2 \cdot \text{K}$
Fluks Panas dari Udara Dalam ke Dinding ($q”_{in}$)
Kita gunakan hukum konveksi Newton
$$q”_{\text{in}} = h_{in} (T_{\infty,in} – T_{s,in})$$
$$q”_{\text{in}} = 5 \cdot (293,15 – 289,15)$$
$$q”_{\text{in}} = 5 \cdot 4$$
$$\mathbf{q”_{\text{in}} = 20 \text{ W/m}^2}$$
Fluks Panas dari Dinding ke Udara Luar ($q”_{out}$)
Kita gunakan hukum konveksi Newton
$$q”_{\text{out}} = h_{out} (279,15 – 278,15)$$
$$q”_{\text{out}} = 20 \cdot (6 – 5)$$
$$q”_{\text{out}} = 20 \cdot 1$$
$$\mathbf{q”_{\text{out}} = 20 \text{ W/m}^2}$$
Fluks Panas dari Dinding ke Udara Dalam
Kita gunakan hukum konveksi Newton
$$q”_{\text{dinding ke udara dalam}} = h_{in} (T_{s,in} – T_{\infty,in})$$
$$q”_{\text{dinding ke udara dalam}} = 5 \cdot (289,15 – 293,15)$$
$$q”_{\text{dinding ke udara dalam}} = 5 \cdot (-4)$$
$$\mathbf{q”_{\text{dinding ke udara dalam}} = -20 \text{ W/m}^2}$$
Dinding berada dalam kondisi tunak (steady state)
Nilai fluks panas yang masuk ke dinding dari ruangan dalam ($q”_{\text{in}} = 20 \text{ W/m}^2$) bernilai persis sama dengan fluks panas yang dilepaskan dinding ke udara luar ($q”_{\text{out}} = 20 \text{ W/m}^2$). Karena laju energi masuk sama dengan laju energi keluar, tidak ada akumulasi atau pengurangan energi internal di dalam material dinding, sehingga suhu di setiap titik dinding akan konstan terhadap waktu.
