PENERAPAN KONDUKSI DINDING DATAR

Konduksi Bidang DatarJika pada suatu benda terjadi perpindahan panas dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Menurut Fourier, kecepatann aliran panas (Q) akan sebanding dengan luas permukaan yang dilalui (A), sebanding dengan beda suhu kedua permukaan dinding (dT) dan berbanding terbalik dengan tebal dinding :Jika dimasukkan konstanta kesebandingan k, maka diperoleh:

Q = -k A    Konstanta k disebut konduktivitas termal benda, sedangkan tanda minus (-) diberikan karena panas mengalir ke tempat yang lebih rendah.Nilai konduktivitas termal menunjukkan seberapa cepat panas mengalir dalam bahan tertentu. Jika suatu bahan memiliki nilai konduktivitas termal yang besar, maka bahan tersebut merupakan penghantar panas yang baik, sedangkan jika nilai konduktivitas termalnya kecil, maka bahan itu merupakan penghantar yang buruk atau isolator. Nilai konduktivitas termal beberapa bahan diberikan dalam tabel.Berikut ini adalah tabel konduktivitas panas pada suhu 250C dengan satuan watt/m0cDiambil dari http://www.extron.com/company/article.aspx?id=thermalmgt1_tsTabel konduktivitas panas  pada suhu  ruang dengan satuan SI watt/m0 KTabel konduktivitas panas  British Btu/h ft oF 

Konduksi dinding datar yang dibahas ini merupakan konduksi dalam keadaan tunak (steady state) atau keadaan mantap (stabil), yaitu jika suhu tidak berubah terhadap waktu, maka penyelesaiannya hanya dengan mengintegrasikan persamaan :                                                                               Q = -k A  Q Q X = - k A (T2 –T1) = k A (T1 – T2)Q =      =  dengan R panas = Keterangan :Q   =  kecepatan aliran panas (W)T1  -T2= Perbedaan suhu pada kedua permukaan dinding (suhu awal – suhu akhir

              (0C)   

X   =Tebal dinding (m)K   =konduktivitas termal(W/(m.°C)A   =luas permukaan dinding(m2)Mirip dengan analogi listrik (Hk. Ohm) : arus listrik = I =   Konversi satuan :1 m = 3.28084 feet1 feet = 0.3048 m

Suhu(T)konversi dari celcius  ke kelvin= Celcius + 273konversi dari celcius ke reamur= Celcius x 0,8konversi dari reamur ke celcius= Rheamur x 1,25konversi dari celcius ke fahrenheit= (Celcius x 1,8) + 32konversi dari fahrenheit ke celcius= (Fahrenheit – 32) / 1,8konversi dari rheamur ke fahrenheit= (Rheamur x 2,25) + 32Kecepatan aliran panas (Q)1 W  = 1 Nm/s = 1 J/s =3600 J/h1 W = 3,412142 Btu/h1 W = 0,000948 Btu/s1 ft lb/s = 1.3558 W1 Btu/s = 1055,1 W1 Btu/h = 0,293 W                         

Contoh soal dan penyelesaian :·      Permukaan bagian dalam dan luar pada jendela kaca memiliki temperatur 20°C dan -5°C. Jika kaca memiliki ukuran 100 cm x 50 cm dan ketebalan 1,5cm, dengan konduktivitas termal 0,78W/(m.°C),tentukan laju pengurangankalor yang melewati kaca pada periode waktu 2 jam?Penyelesaian :o  Diketahui :T1 = 20°C

T2 = -5 °CX = 0,015 mk = 0,78 W/(m.°C)A = 1 m x 0,5 m = 0,5 m2

Pengurangan kalor (heat loss) yang melewati kaca pada periode waktu  2 jamo  Ditanya :Pengurangan kalor = ... ?o  Jawab :    Q =      Q =        Q = 650 W = 0,65 KW  

Pengurangan kalor (heat loss) = Q .  0,65 KW . 2 h                                             = 1,30 kWh

·      Sebuah dinding memiliki ketebalan 25cm dan konduktivitas termal 0,69W/(m.°C) dan  dipertahankan pada 20°C pada salah satu permukaan dan pada 10°C pada bagian lainnya. Tentukan laju aliran kalor ketika melewati 5 m2 pada dinding.

Penyelesaian :o  Diketahui :

T1 = 20°CT2 = 10 °CX = 0,25 mk = 0,69 W/(m.°C)A = 5 m2

o  Ditanya : Q = ... ?

o  Jawab :

  Q =    Q =    = 138 W = 0,138 KW

·      Sebuah Dinding rumah, dibuat dari batu bata dengan k = 0,72 W/m 0K, dinding mempunyai ukuran panjang 4 m, tinggi 2 m dan tebal 30 cm. Permukaan bagian dalam dinding  mempunyai temperatur 20 0C dan permukaan bagian luar bertemperatur 0 0C. hitunglah laju aliran panas yang melalui dinding ?

Penyelesaian :o  Diketahui: 

Ukuran dinding = 4 m x 2 m

 Tebal dinding (X) = 30 cm

T1 = 20 0C = 293 0K        

 T2 = 0 0C = 273 0K

 k = 0,72 W/m 0K

o  Ditanya: Q= ... ?

o  Jawab:

Q =  Q = 

      = 384 W

Sebuah plat besi tebalnya 2,5 cm. Temperatur pada keduapersamaannya 10000C dan 2000C. panjang dan lebar plat adalah75 cm dan 40 cm, sedangkan konduktivitas termalnya 75 W/m0C. Hitung laju aliran panas yang melalui plat tersebut, dan temperatur di dalam plat yang berjarak 5 mm dari permukaan yang panas.

Penyelesaian :

o  Diketahui :Ukuran plat = 75 cm x 40 cm Tebal plat (X) = 2,5 cmT1 = 1000 0C          T2 = 200 0C k = 75 W/m 0Cjarak plat 5mm dari permukaan yang panas.

o  Ditanya: Q = ... ?               Suhu pada jarak 5 mm dari permukaan panas = ... ?

o    Jawab : A = 0,75 m x 0,40 m = 0.3 m2

      Q =  Q = 

      = 7,20 . 105  W

Temperatur yang berjarak 5 mm dari permukaan panas :q = Q/A =  = 2,40 . 10 6   W/m2

q = Tx=  = 

Tx = 8400C

·      Sebuah plat memiliki tebal 1,5 feet , kondiktivitas termalnya 10 Btu/h Ft0F, luas permukaannya 4,5ft2 ,Permukaan bagian dalam dinding  mempunyai temperatur 1500 0F dan permukaan bagian luar bertemperatur 0 0F. hitunglah laju aliran panas yang melalui dinding ?Penyelesaian :

o  Diketahui :A = 4,5 ft2

 Tebal plat (X) = 1,5 ftT1 = 1500 0F          T2 = 0 0F k = 10 btu/h ft 0F

o  Ditanya: Q = ... ?              o    Jawab :

 A = 4,5 ft2

      Q =  Q = 

      = 45454,5 btu/h