Studi Eksperimental Pengaruh Sudut Orientasi Terhadap Perpindahan Kalo Pool Boiling Pada Permukaan Dengan Struktur Fins

FUAD SALIM, Ir. Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Kinerja yang tinggi dari perangkat elektronik menghasilkan panas sehingga memerlukan sistem manajemen termal untuk menjaga efektifitas kinerja suatu komponen. Keadaan dari suatu komponen tidak selalu berada pada level 0 derajat bergantung pada kebutuhannya. Pendinginan menggunakan metode boiling heat transfer memiliki nilai heat transfer coefficient (HTC) yang tinggi sehingga pendinginan dengan metode pool boiling menjadi salah satu solusi yang diberikan dengan menambah variasi orientasi dengan interval yang rapat. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan sudut orientasi dengan selisih interval theta yang lebih rapat terhadap nilai heat transfer coefficient pada sistem pool boiling. Penelitian sistem pool boiling yang dilakukan menggunakan variasi sudut orientasi 0 hingga 20 derajat dengan interval 5 derajat pada fins berbahan alumunium inline pin fins dengan variasi geometri berupa circular dan square berukuran 30 mm x 30 mm. Fluida kerja HFE-7100 yang bersifat dielektrik digunakan sebagai fluida kerja dalam penelitian. Penelitian dilakukan pada heat rate sebesar 10 hingga 50 W. Pengamatan dilakukan sebelum mencapai nilai critical heat flux (CHF). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudut orientasi memiliki pengaruh yang signifikan terhadap koefisien perpindahan kalor dan dinamika bubble. Dari hasil studi yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin meningkatnya sudut theta¸ maka daerah sebaran dan pertumbuhan bubble semakin berkurang. Berkurangnya sebaran dan pertumbuhan bubble ini berpengaruh terhadap perpindahan kalor serta temperatur permukaan yang meningkat. Pada perbandingan dua jenis variasi fins yaitu circular pin fin (CPF) dan square pin fins (SPF) didapatkan bahwa circular pin fins memiliki hasil performa lebih baik dibandingkan dengan performa square pin fins. Secara keseluruhan didapatkan nilai HTC dengan performa terbaik ditunjukkan pada sudut theta = 0 derajat dengan nilai HTC sebesar 3,93 kW/m^2.K untuk CPF. Nilai HTC mengalami penurunan seiring dengan penambahan sudut theta. Hasil perbandingan dengan sudut theta = 0 derajat pada CPF sebagai berikut, pada theta = 5 derajat menurun sebesar 3,51 persen, pada theta = 10 derajat menurun sebesar 13,84 persen, pada theta = 15 derajat menurun sebesar 20,3 persen, pada theta = 20 derajat menurun sebesar 24,76 persen. Sedangkan untuk SPF dengan performa terbaiknya pada theta = 0 derajat dengan nilai HTC sebesar 3,3 kW/m^2.K. Hasil perbandingan dengan sudut theta = 0 derajat sebagai berikut, pada theta = 5 derajat menurun sebesar 1,92 persen, pada theta = 10 derajat menurun sebesar 5,5 persen, pada theta = 15 derajat menurun sebesar 11,32 persen, pada theta = 20 derajat menurun sebesar 19,91 persen.

The high performance of electronic devices generates heat that requires a thermal management system to maintain the effective performance of a component. The state of a component is not always at level 0 degree depending on its needs. Cooling using the boiling heat transfer has a high heat transfer coefficient (HTC) value so that cooling with the pool boiling method is one of the solutions given by adding variations in orientation at tight intervals. The study was conducted to determine the effect of adding the orientation angle with a tighter interval on the value of the heat transfer coefficient in the pool boiling system. Research on the pool boiling system was carried out using variations in the orientation angle theta = 0 to 20 degree with an interval of 5 degree on with aluminum inline pin fins, using circular and square geometric variations measuring 30 mm x 30 mm. The dielectric HFE-7100 working fluid is used as the working fluid in the research. The study was conducted at heat rate of 10 until 50 W. Observations were made before reaching the critical heat flux (CHF) value. The results showed that the orientation angle had a significant effect on the heat transfer coefficient and bubble dynamics. From the results of the study conducted, it is shown that as the angle theta¸ increases, the distribution area and bubble decreases. The reduction in distribution area and growth of bubbles affects the heat transfer and increased surface temperature. In a comparison of the two variations of fins, namely circular pin fins (CPF) and square pin fins (SPF), it is found that circular pin fins have better performance than square pin fins. Overall, the value with the best performance is shown at the angle theta = 0 degree with a value of 2.25 kW/m^2.K for CPF. The value decreases as the angle theta increases. The comparison results with the angle theta = 0 degree on the CPF as follows, at theta = 5 degree it decreased by 3.42 percent, at theta = 10 degree it decreased by 13.49 percent, at theta = 15 degree it decreased by 19.75 percent, at theta = 20 degree it decreased by 24.10 percent. As for the SPF with the best performance at theta = 0 degree with a value of 1.91 kW/ m^2.K. The comparison with angle theta = 0 degree provides that, at theta = 5 degree, it decreases by 1.86 percent. Meanwhile, at theta = 10 degree, it decreases by 5.38 percent. At theta = 15 degree it decreases by 11.05 percent, and at theta = 20 degree it decreased by 19.48 percent.

Kata Kunci : Pool Boiling, Heat Transfer Coefficient, Orientation Angle, Boiling, Circular Pin Fins, Square Pin Fins, HFE-7100