Transfer Kalor dan Massa – Perkenalan Bagian 1.49

Sebuah pengisi daya ponsel berukuran $50 \text{ mm} \times 45 \text{ mm} \times 20 \text{ mm}$ memiliki suhu permukaan $T_s = 306,15 \text{ K}$ saat dicolokkan ke stopkontak dinding namun tidak sedang digunakan. Permukaan pengisi daya tersebut memiliki emisivitas $\varepsilon = 0,92$ dan mengalami perpindahan panas konveksi bebas dengan koefisien $h = 4,5 \text{ W/m}^2 \cdot \text{K}$. Suhu udara ruangan dan suhu dinding masing-masing adalah $T_\infty = 295,15 \text{ K}$ dan $T_{sur} = 293,15 \text{ K}$. Jika biaya listrik adalah $\text{C} =
\$0,18/\text{kWh}$, tentukan biaya harian akibat membiarkan pengisi daya tetap tercolok saat tidak digunakan.

Kita identifikasi data yang diperlukan

• Elemen Panjang ($L$): $0,05 \text{ m}$
• Elemen Lebar ($W$): $0,02 \text{ m}$
• Elemen Tinggi ($H$): $0,045 \text{ m}$
• Suhu Permukaan ($T_s$): $306,15 \text{ K}$
• Suhu Lingkungan Konveksi ($T_\infty$): $295,15 \text{ K}$
• Suhu Lingkungan Radiasi ($T_{sur}$): $293,15 \text{ K}$
• Koefisien Konveksi ($h$): $4,5 \text{ W/m}^2 \cdot \text{K}$
• Emisivitas Radiasi ($\varepsilon$): $0,92$
• Konstanta Stefan-Boltzmann ($\sigma$): $5,67 \times 10^{-8} \text{ W/m}^2 \cdot \text{K}^4$
• Biaya Listrik ($C$): $\$0,18/\text{kWh}$

Kalor Konveksi dan Kalor Radiasi

Kita hitung luas dari pengisi daya

$$A = \text{Luas Depan Belakang} + \text{Luas Atas} + \text{Luas Kiri Kanan}$$

$$A = 2 \times L \times W +  L \times H + 2 \times W \times H$$

$$A = 2 \times 0,05 \times 0,02 + 0,05 \times 0,045 + 2 \times 0,045 \times 0,02$$

$$A = 0,002000 + 0,002250 + 0,001800$$

$$A = 0,006050 \text{ m}^2$$

Kita hitung kalor konveksi yang dihasilkan

$$q_{konveksi} = h \cdot A \cdot (T_s – T_\infty)$$

$$q_{konveksi} = 4,5 \cdot 0,006050 \cdot (306,15 – 295,15)$$

$$q_{konveksi} = 0,027225 \cdot 11$$

$$\mathbf{q_{konveksi} = 0,299805 \text{ W}}$$

Kita hitung kalor radiasi yang dihasilkan

$$q_{radiasi} = \varepsilon \cdot \sigma \cdot A \cdot (T_s^4 – T_{sur}^4)$$

$$q_{radiasi} = 0,92 \cdot 5,67 \times 10^{-8} \cdot 0,006050 \cdot ((306,15)^4 – (293,15)^4)$$

$$q_{radiasi} = 0,031559 \times 10^{-8} \cdot ((3,061 \times 10^2)^4 – (2,931 \times 10^2)^4)$$

$$q_{radiasi} = 0,031559 \times 10^{-8} \cdot (87,791 \times 10^8 – 73,801 \times 10^8)$$

$$q_{radiasi} = 0,031559 \times 10^{-8} \cdot 13,99 \times 10^8$$

$$\mathbf{q_{radiasi} = 0,441510 \text{ W}}$$

Daya Listrik yang Dikonsumsi dan Biayanya

Kita hitung daya listrik yang dihasilkan

$$P_{electric,W} = q_{konveksi} + q_{radiasi}$$

$$P_{electric,W} = 0,299805 + 0,441410$$

$$\mathbf{P_{electric,W} = 0,741215 \text{ W}}$$

Kita hitung daya listrik yang dikonsumsi per hari

$$P_{electric,kWh} = \frac{P_{electric,W} \times \text{Jam}}{1000}$$

$$P_{electric,kWh} = \frac{0,741215 \times 24}{1000}$$

$$P_{electric,kWh} = \frac{17,789160}{1000}$$

$$\mathbf{P_{electric,kWh} = 0,017789 \text{ kWh}}$$

Kita hitung biaya harian akibat konsumsi listrik

$$\text{Biaya} = P_{electric,kWh} \cdot C$$

$$\text{Biaya} = 0,017789 \cdot 0,18$$

$$\mathbf{\text{Biaya} = \$0,003202}$$