Studi Ekperimental Thermal Performance dan Pressure Drop pada Double Serpentine Mini-Channel Cold Plate dengan Campuran Aquadest-Ethylene Glycol dan Fluida Dielektrik

Mochammad Rafli Alsyahron, Ir. Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Perkembangan teknologi elektronik yang kompleks seperti big data, Internet of Things (IOT), kecerdasan buatan (AI), dan Electric Vehicle (EV) menjadikan perangkat elektronik harus mampu bekerja dalam kondisi aman dan optimal. Oleh karena itu, dibutuhkan Thermal Management System yang efektif  yaitu mini-channel liquid cold plate. Penelitian ini menggunakan double serpentine untuk menambah performa termal pada cold plate. Tujuan dari penelitian ini untuk menentukan pengaruh penggunaan fluida dielektrik dan penambahan ethylene glycol pada aquadest terhadap nilai koefisien perpindahan kalor dan nilai pressure drop.  

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan konfigurasi desain double serpentine mini-channel liquid cold plate dengan dimensi 104 x 80 x 6 mm berbahan aluminium. Fluida kerja yang digunakan adalah campuran aquadest dan ethylene glycol dengan presentase volume sebesar 17,5%, 20%, dan fluida dielektrik. Penelitian ini menggunakan variasi laju aliran 1 L/m dan 1,25 L/m. Selain itu, variasi parameter daya 20 W, 40 W, 60 W, 80 W, dan 100 W digunakan. Hasil penelitian ini dianalisis dengan menghitung koefisien perpindahan kalor dan pressure drop fluida kerja lalu dibandingkan dengan fluida campuran aquadest dan ethylene glycol dengan presentase volume 5%, 10%, dan 15%. 

Hasil dari penelitian ini menunjukkan kecepatan aliran fluida, fluks kalor, dan fluida kerja mempengaruhi koefisien perpindahan kalor dan pressure drop. Dalam penelitian ini campuran ethylene glycol 15% memiliki koefisien perpindahan kalor tertinggi yaitu 1,12 kW/m2.K. Pressure drop terendah diperoleh fluida dielektrik sebesar 8,96 kPa tetapi koefisien perpindahan panasnya terendah sebesar 0,87 kW/m2.K.  Sehingga fluida kerja campuran ethylene glycol 15% memiliki nilai thermal hydraulic performance terbaik dengan nilai 1,08. 

The development of complex electronic technologies such as big data, Internet of Things (IOT), artificial intelligence (AI), and Electric Vehicles (EV) makes electronic devices must be able to work in safe and optimal conditions. Therefore, an effective Thermal Management System is needed, namely a mini-channel liquid cold plate. This research uses double serpentine to increase the thermal performance of the cold plate. The purpose of this research is to determine the effect of using dielectric fluid and adding ethylene glycol to aquadest on the heat transfer coefficient and pressure drop value.  

This research uses an experimental method with a double serpentine minichannel liquid cold plate design configuration with dimensions of 104 x 80 x 6 mm made of aluminium. The working fluid used is a mixture of distilled water and ethylene glycol with a volume percentage of 17,5%, 20%, and dielectric fluid. This research uses flow rate variations of 1 L/m and 1,25 L/m. In addition, power parameter variations of 20 W, 40 W, 60 W, 80 W, and 100 W were used. The results of this study were analysed by calculating the heat transfer coefficient and pressure drop of the working fluid and then compared with the mixed fluid of aquadest and ethylene glycol with a volume percentage of 5%, 10%, and 15%. 

The results of this study show that fluid flow velocity, heat flux, and working fluid affect the heat transfer coefficient and pressure drop. In this study, 15% ethylene glycol mixture has the highest heat transfer coefficient of 1,12 kW/m2.K. The lowest pressure drop is obtained by dielectric fluid of 8,96 kPa but has the lowest heat transfer coefficient is 0,87 kW/m2. K. So that the 15% ethylene glycol mixture working fluid has the best thermal hydraulic performance value with a value of 1,08.

Kata Kunci : liquid cold plate, double serpentine, ethylene glycol, fluida dielektrik, perpindahan kalor, pressure drop