PENGARUH LEBAR TAKIKAN PADA PROSES PENUTUPAN HEAT PIPE TERHADAP TEKANAN VAKUM HEAT PIPE

Transkripsi

1 PENGARUH LEBAR TAKIKAN PADA PROSES PENUTUPAN HEAT PIPE TERHADAP TEKANAN VAKUM HEAT PIPE Oleh Dosen Pembimbing : Si Putu Ngurah Rai Hermawan : Dr. Wayan Nata Septiadi, ST.,MT. Ketut Astawa, ST.,MT. ABSTRAK Semakin pesatnya pengembangan kecepatan prosesor serta pengecilan dimensi memberikan dampak yang sangat signifikan terhadap fluks kalor yang dihasilkan prosesor oleh karena itu pendinginan menggunakan haeat pipe sangat dibutuhkan. Haeat pipe merupakan pendingin CPU baru yang lebih efisien yang memiliki kapasitas panas disipasi yang tinggi. Haeat pipe adalah sebuah pipa yang berukuran tertentu, berisi cairan khusus yang berfungsi sebagai penghantar panas dari evaporator ke kondensor. Haeat pipe pada umumnya terbuat dari bahan aluminium, tembaga atau tembaga berlapis nikel. Tekanan vakum di dalam haeat pipe sangat mempengaruhi kinerja dari haeat pipe oleh karena itu dibutuhkan proses penutupan ujung haeat pipe yang baik sehingga tidak terjadi kebocoran serta dapat mempertahankan tekanan vakum didalam haeat pipe. Berdasarkan kondisi tersebut, maka pada penelitian ini diamati pengaruh lebar takikan pada proses penutupan ujung haeat pipe berdiameter 1/2inch dan 1/4inch dengan diberikan tekanan vakum dan akan diamati setiap hari selama 30 hari, serta pengujian hambatan termal pada haeat pipe yang diberikan pembebanan sebesar 46,22Watt. Pengujian yang dilakuan adalah pengujian hambatan thermal haeat pipe dan uji kebocoran haeat pipe terhadap tekanan vakum di dalam haeat pipe. Hasil pengujian kebocoran tekanan vakum pada haeat pipe menunjukan bahwa lebar takikan yang ideal untuk penutupan haeat pipe berdiameter ½ inch adalah 2 cm dan untuk haeat pipe berdiameter ¼ inch adalah 1cm. Lebar takikan tersebut mampu mempertahankan tekanan vakum pada heat pipe setelah proses penutupan di lakukan hingga hari ke 30. Proses penutupan heat pipe dengan metode takikan mempengaruhi hambatan thermal pada heat pipe akibat adanya perbedaan tekanan vakum pada heat pipe mempengaruhi hambatan thermal pada heat pipe. Kata kunci : haeat pipe, tekanan vakum, hambatan termal. iv

2 EFFECT OF WIDE NOTCHES CLOSURE PROCESS OF HEAT PIPE TO THE HEAT PIPE VACUUM PRESSURE Author Guidence : Si Putu Ngurah Rai Hermawan : Dr. Wayan Nata Septiadi, ST.,MT. Ketut Astawa, ST.,MT. ABSTRAC The rapid development of processor speed and the downsizing of the dimension provides a very significant impact to the heat flux produced by the processor therefore cooling using heat pipes are needed. A heat pipe CPU cooler, more efficient heat dissipation which has a high capacity. Heat pipe is a pipe of a given size, contains a special liquid that serves as a conductor of heat from the evaporator to the condenser. Heat pipes are generally made of aluminum, copper or nickel-plated copper. The vacuum pressure in the pipes of heat affects the performance of the heat pipe is therefore necessary process of closing the ends of the pipe heat well so it does not leak and can maintain the vacuum pressure inside the heat pipe. Based on these conditions, the observation of the effect of the width of the notification on the process of closing the pipe tip of the diameter of ½ inch and ¼ inch with a given vacuum pressure and will be observed every day for 30 days, as well as testing the thermal resistance in the heat pipe given loading 46,22Watt. The test being carried out is thermal pipe thermal barrier testing and leakage test of heat pipe to vacuum pressure inside the heat pipe. The test results of leakage of vacuum pressure on haeat pipe showed that the ideal width for the closing of ½ inch diameter diameter pipe is 2 cm and for haeba pipe ¼ inch diameter is 1cm. The width of the notch is capable of maintaining the vacuum pressure on the heat pipe after the closure process is carried out until the 30th day. The heat pipe closure process by the notch method affects the thermal resistance of the heat pipe due to the difference in vacuum pressure on the heat pipe affecting the thermal resistance of the heat pipe. Keywords: heat pipes, pressure vacuum, thermal barriers. v

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pengaruh Lebar Takikan Pada Proses Penutupan Ujung Heat Pipe Terhadap Tekanan Vacuum Heat Pipe Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita,MT. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 2. Bapak Dr. Wayan Nata Septiadi, ST.MT selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Ketut Astawa, ST.,MT selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, M.Sc selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Program studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 6. Rekan-rekan Program studi Teknik Mesin, Keluarga dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila terdapat kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, 10 Mei 2017 Penulis vi

4 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI State Of The Art Pipa Kalor Container Fluida Kerja Sumbu Kapiler Batasan Oprasional Pipa Kalor Batasan Entrainment Batasan Kapilaritas Batasan Sonik Batasan Viskositas Batasan Didih Proses Vakum Proses Vakum Metode Penutupan Ujung Heat Pipe Hambatan Termal Kekuatan Genggaman Tangan BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Variabel Penelitian Alat dan Bahan Bahan Alat Tahap Persiapan Konstruksi Takikan Pada Penutupan Ujung Heat Pipe Pengambilan Data vii

5 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengaruh Lebar Takikan Pada Proses Penutupan Pipa Kalor Distribusi Temperatur Hambatan Termal BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

6 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Skematik proses aliran kalor pada heat pipe... 5 Gambar 2.2 Container heat pipe... 7 Gambar 2.3 Sumbu kapiler... 9 Gambar 2.4 Screen mesh wick Gambar 2.5 Sintered powder wick Gambar 3.1 Diagram alir penelitian Gambar 3.2 Pipa tembaga Gambar 3.3 Pinch off Piler Gambar 3.4 Tubing Cutter Gambar 3.5 Pompa vakum 20 Gambar 3.6 Pressure gauge.. 21 Gambar 3.7 Regulator Voltage Gambar 3.8 Pemanas (heater) Gambar 3.9 Fan Gambar 3.10 Thermocouple Gambar 3.11 Modul NI Gambar 3.12 Thermal pasta Gambar 3.13 Spuit Gambar 3.14 Konstruksi takikan pada ujung heat pipe Gambar 3.15 Heat pipe dengan lebar takikan 3cm, 2cm dan 1cm Gambar 3.16 Rancangan pengujian pengaruh lebar takikan pada ujung heat pipe Gambar 3.17 Pengujian termal heat pipe Gambar 3.18 Rancangan pengujian hambatan termal Gambar 4.1 Grafik hasil pengamatan pengaruh lebar takikan terhadap tekanan vakum heat pipe Gambar 4.2 Grafik distribusi temperatur heat pipe ¼ inchbertekanan 300 milibar dengan lebar takikan 1 cm, 2 cm dan 3 cm Gambar 4.3 Grafik distribusi temperatur heat pipe ½ inch bertekanan 300 milibar dengan lebar takikan 1 cm, 2 cm dan 3cm Gambar 4.4 Grafik distribusi temperatur heat pipe ½ inch bertekanan 200 milibar dengan lebar takikan 1 cm, 2 cm dan 3cm Gambar 4.5 Grafik distribusi temperatur heat pipe ½ inch bertekanan 100 milibar dengan lebar takikan 1 cm, 2 cm dan 3cm Gambar 4.6 Grafik hambatan termal heat pipe ix

7 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Compabilitas Working Fluid dengan Container... 8 Tabel 2.2 Tingkat kekuatan genggaman tangan berdasarkan VO2 maks Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengukuran Tekanan Vakum heat pipe Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Distribusi Temperatur Heat pipe Tabel 4.3 Hambatan termal heat pipe x

8 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Semakin pesatnya pengembangan kecepatan prosesor serta pengecilan dimensi memberikan dampak yang sangat signifikan terhadap fluks kalor yang dihasilkan. Tidak hanya CPU (Central Processing Unit) saja yang menghasilkan fluks kalor yang begitu besar, namun hampir semua produk teknologi dan elektronik menghasilkan fluks kalor yang besar saat pengoprasianyan seperti prangkat elektronik, BTS (Base Tranceiver Station), sistem pembangkit listrik serta teknologi batrai litinium yang sekrang semakin di kembangkan. Teknologi seperti ini banyak digunakan di karenakan ringan, dimensi yg kecil serta energy yang dihasilkan cukup besar, akan tetapi fluks kalor yang di hasilkan cukup besar maka dari itu harus disertai system pendingin yang baik. (Mihai. I. C, 2009) Pendingin CPU utama tergantung pada konveksi udara yang di hasilkan oleh kipas komputer. Meningkatkan kecepatan kipas komputer dapat menghasilkan kebisingan, getaran dan meningkatkan konsumsi daya, oleh karena itu sistem pendingin harus di optimalkan. Karena pendinginan konvensional, aluminium heat sink memiliki kelemahan, yaitu kinerja pendinginan yang buruk, peningkatan kebisingan dan kenaikan konsumsi daya. Maka dari itu perlu mengembangkan sistem pendingin yang mampu mengatasi permasalahan tersebut. Heat pipe Merupakan pendingin CPU baru yang lebih efisien yang memiliki kapasitas panas disipasi yang besar. Heat pipe adalah sebuah pipa yang berukuran tertentu, berisi cairan khusus yang berfungsi sebagai penghantar panas dari evaporator ke kondensor. Heat pipe pada umumnya terbuat dari bahan aluminium, tembaga atau tembaga berlapis nikel. Pada dinding Heat pipe diisi sumbu kapiler (wich) yang berfungsi sebagai lintasan dan pompa kapiler dari cairan kondensat untuk kembali dari kondensor ke evaporator. ( Elnaggar, Mohamed HA, Abdullah. M. Z, 2011) Beberapa penelitian pada heat pipe juga telah di lakukan antara lain : Penelitian tentang efek konsentrasi nano fluid terhadap kinerja heat pipe. Solusi untuk menyerap kalor yang ditimbulkan oleh perangkat elektronik. Dari hasil penelitian ini nano fluida bisa digunakan sebagai pengganti fluida kerja konvensional. Dan pada tahun yang sama melakukan penelitian tentang efek konsetrasi nano fluida terhadap kinerja heat pipe. Dari hasil penelitian ini bahwa hanya nano fluida yang bisa digunakan sebagai pengganti fluida kerja

9 2 kanvensional. Penggunaan nano fluida mampu menurunkan hambatan termal yang berarti beda temperatur antara bagian evaporator dengan bagian kondensor semakin kecil. Pada tahun yang sama di lakukan penelitian tentang pengaruh jumlah layer pada pengunaan wick screen mesh dan wick sintered power terhadap kinerja heat pipe yang mana penelitian menunjukan bahwa sintered powder memberikan kinerja yang lebih baikdalam menurunkan hambatan termal heat pipe. (Nandy Putra dan Septiadi,2010) Wayan Nata dan Nandy Putra, 2011 melakukan penelitian tentangpengaruh penambahan pada nano fluida terhanap kinerja loop heat pipe. Pemakaian fluida berupa nano fluida bersufaktan memberikan efek yang baik pada kinerja loop heat pipe, yakni hambatan termal dari loop heat pipe menurun pada pemakaian fluida kerja nano fluida tersebut bahkan mencapai 0.5 C/Watt. Nandy Putra dan Wayan Nata, 2014 melakukan penelitian tentang penggunaan nano fluida sebagai fluida kerja setra pengintregasian trumbu karang untuk material wick atau sumbu kapiler pada disain heat pipe lurus. Disampaikan bahwa pengintegrasian fluida nano dan trumbukarang mampu meningkatkan kinerja heat pipe dengan menurunkan hambatan termal heat pipe sampai dengan 0.09 C/Watt pada pemakaian fluida nano CuO dengan temperatur bagian kondensor mencapai ± 53 C. Proses penutupan ujung dari heat pipe dilakukan dengan menggunakan proses las atau dengan proses tubing, pada heat pipe konvensional proses penutupan di beri katup untuk proses pemvakuman dan pemasukan fluida kerja kedalam heat pipe. Pengisian fluida kerja pada heat pipe menggunakan metode vacuum. Heat pipe divakum denggan menggunakan pompa vacuum dengga tekanan di dalam heat pipe mencapai tekanan milibar. Pada proses penutupan setelah proses vacuum diperlukan proses tubing yang bisa di lakukan dengan menggunakan pinch tool. Apabila proses ini dilakukan secara tidak tepat maka pada bagian ujung akan terjadi kebocoran sehingga takanan vacuum pada heat pipe tidak sesuai dengan yang di inginkan (300 milibar). Oleh sebab itu pengaruh dari proses tubing menggunakan pinch tool adalah satuhal yang penting untuk mempertahankan tekanan vacuum pada heat pipe yang merupakan batasan dari heat pipe.

10 3 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan sebelumnya maka dapat di rumuskan permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh proses penakikan terhadap tekanan vakum heat pipe 2. Berapa lebar takikan minimum untuk heat pipe berdiameter ½ Inch dan ¼ Inch 3. Bagaimana pengaruh pengaruh lebar takikan terhadap hambatan termal heat pipe 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian yang ingin di capai adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui pengaruh proses penakikan terhadap tekanan vakum heat pipe 2. Untuk mengetahui lebar takikan minimum pada heat pipe berdiameter ½ Inch dan ¼ Inch 3. Untuk mengetahui pengaruh lebar takikan terhadap hambatan termal heat pipe 1.4 Manfaat Dari penelitian yang akan dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : Dapat memberikan pengetahuan mengenai lebar takikan yang optimal untuk proses penutupan heat pipe 1.5 Batasan Masalah Dari rumusan masalah yang di paparkan perlu kiranya untuk memberikan batasan masalah yang jelas, yang bertujuan untuk membatasi ruang lingkup serta cakupan penelitian agar tidak meluas. Berikut adalah beberapa batasan-batasan masalah yang diberikan, antara lain : 1. Pengujian sebatas pada pengaruh lebar takikan terhadap tekanan vakum heat pipe. 2. Heat pipe yang digunakan adalah heat pipe lurus dengan diameter 1/2 dan 1/4 Inch dengan panjang 60cm dan tebal 1mm.