Studi Analitis Performa Perpindahan Kalor Flow Boiling dari Struktur Straight Fins pada Kanal Horizontal

RIFKI YOGIANTARA, Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D.

2020 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Perkembangan teknologi menuju ke tahap modernisasi, dimana dalam tahap ini setiap teknologi akan menggunakan komponen elektronis sebagai salah satu perangkat utamanya. Teknologi yang sebelumnya hanya digunakan pada fungsi spesifik kini dituntut untuk memberikan fitur yang lain dengan bentuk ringkas dan performa yang lebih baik. Oleh sebab itu konsumsi daya dari teknologi tersebut akan terus meningkat disertai dengan pelepasan kalor yang lebih besar dan luasan perpindahan kalor yang lebih kecil. Oleh karena itu dibutuhkan suatu metode pendinginan yang dapat diaplikasikan pada aplikasi fluks kalor tinggi. Salah satu metode pendinginan yang terbaik adalah flow boiling sebab memiliki koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi dibandingkan metode perpindahan kalor dengan fluida kerja satu fasa. Straight fins menjadi struktur yang sering digunakan untuk aplikasi pendinginan dengan sistem flow boiling. Struktur straight fins merupakan geometri yang praktis, mudah dalam proses manufaktur, dan mampu meningkatkan performa pendinginan. Dalam studi ini dipelajari performa flow boiling pada straight fins dengan profil rectangular dan triangular. Fins dibandingkan dengan luasan yang sama dengan dimensi bahan baku (81 x 59 x 4) mm. Dengan fluks kalor sebesar 40 W/cm2 rectangular fins dapat mempertahankan suhu komponen elektronis sampai 77°C dengan pressure drop 1,7 kPa. Fins dengan gap 0,5 mm memiliki koefisien perpindahan kalor lebih tinggi 25 % dibanding gap 1 mm. Sedangkan apabila profil rectangular fins dibandingkan dengan triangular fins, diketahui rectangular fins memiliki koefisien perpindahan kalor 26 % lebih tinggi. Dengan fluida kerja FC-72, rectangular fins memiliki koefisien perpindahan kalor rata-rata sebesar 11,58 kW/m2 K sedangkan triangular fins memiliki koefisien perpindahan kalor 7,29 kW/m2 K. Faktor yang paling berpengaruh dalam geometri adalah gap dan fins perimeter. Performa flow boiling diidentifikasi melalui koefisien perpindahan kalor, nucleate site density, dan pressure drop

Technology development is heading toward modernization, which in this phase every technology will adapt electronic compenent as one of their main devices. Technology that previously used as specific function, now required to provide another feature with simple shape and better performance than the old ones. Therefore the power consumed by this technology continue increase accompanied with increase of heat rejection in smaller area. So we need cooling method that can be applied in high heat flux application. One of best cooling method is flow boiling because this method having higher heat transfer coefficient than cooling method with single phase fluid. Straight fins is one of the most heat sink design frequently used in cooling system using flow boiling method. The reason using straight fins as heat sink in flow boiling application is geometry simplicity, manufacturability, and their capabillity to increase heat transfer performance. This research identify flow boiling perfiormance in rectangular and triangular straight fins. Fins compared in equal total area and basic material dimensions (81 x 59 x 4) mm. With 40 W/cm2 of heat flux, straight fins could maintain base temperature in 77 °C with pressure drop equal to 1,7 kPa. Heat transfer coefficient of 0,5 mm spacing is 25 % higher than 1 mm spacing meanwhile when compared with triangular fins with equal spacing, rectangular fins having 26 % higher heat transfer coefficient. With FC-72 as working fluid, rectangular fins have average heat transfer coefficient equal to 11,58 kW/m2 K therefore triangular fins have average heat transfer coefficient equal to 7,29 kW/m2 K. The major geometrical factors affect flow boiling performance are gap and fins perimeter. Flow boiling performance identified by heat transfer coefficient, nucleate site density, and pressure drop.

Kata Kunci : Sistem pendinginan, flow boiling, kanal horizontal, koefisien perpindahan kalor, straight fins