## Pengaruh Ketebalan Dinding Wick Terhadap Kinerja Termal Heat Pipe
Arif Rochman Fachrudin 1) , Fina Andika Frida Astuti 2) , Agus Dani 3) , Nurchajat 4) , Mira Esculenta Martawati 5) , Hari Rarindo 6)
¹ ,2,3,4,5,6 Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang, Indonesia Corresponding Author: fina.andika@polinema.ac.id Article Info

## Abstrak
Available online Agustus 31, 2023 Heat pipe adalah salah satu teknologi perpindahan panas yang efisien dan efektif, memiliki aplikasi luas dalam berbagai bidang termal dan manufaktur. Teknologi ini memanfaatkan prinsip perpindahan panas dan fase penguapan-kondensasi dari fluida kerja yang tertutup dalam pipa tertutup. Dengan memanfaatkan karakteristik ini, panas dapat diangkut secara efisien  dari  sumber  panas  ke  daerah  yang  lebih  dingin  tanpa  perlu  adanya  komponen mekanis yang bergerak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja heat pipe dengan variasi ketebalan dinding wick dan temperatur input. Dinding wick merupakan lapisan yang mengelilingi dinding heat pipe untuk membantu kembalinya fluida dari bagian kondensor ke  bagian  evaporator.  Metode  dalam  penelitian  ini  adalah  eksperimen,  yaitu  dengan mengamati secara langsung kinerja heat pipe dengan parameter parameter yang ada. Heat pipe heat exchanger didesain dengan dengan variasi ketebalan dinding wick 1 mm; 1,5 mm dan  2  mm.  Temperatur  input  yang  masuk  adalah  80 0 C,  100 0 C,  120 0 C.  Dari  penelitian dihasilkan bahwa semakin tebal dinding wick dan semakin besar termperatur input, maka semakin  kecil end  to  end ,  semakin  kecil  tahanan  termal,  semakin  besar  fluks  kalor  dan semakin  besar  daya  output  yang  dihasilkan.  Daya  output  terbesar  (26  W)  adalah  pada ketebalan dinding wick 2 dan pada temperatur input 120 0 C
Kata kunci :  Dinding wick, heat pipe , perpindahan panas.

## Abstract
Heat pipe is an efficient and effective heat transfer technology, which has wide applications in various thermal and manufacturing fields. This technology utilizes the principles of heat transfer and the evaporation-condensation phase of the working fluid enclosed in a closed pipe. By taking advantage of this characteristic, heat can be efficiently transported from a heat source to a cooler area without the need for moving mechanical parts. This study aims to determine the performance of heat pipes with variations in wick wall thickness and input temperature. The wick wall is a layer that surrounds the heat pipe wall to help the fluid return from the condenser section to the evaporator section. The method in this study is experimental,  namely  by  directly  observing  the  performance  of  the  heat  pipe  with  the existing parameters. The heat pipe heat exchanger is designed with a wick wall thickness variation of 1 mm; 1.5mm and 2mm. The incoming input temperature is 80 o C, 100 o C, 120 o C. The research shows that the thicker the wick wall and the greater the input temperature, the lower the end-to-end, the smaller the thermal resistance, the greater the heat flux, and the greater the output power. generated. The greatest output power (26 W) is at wick 2 wall thickness and at input temperature 120 0 C
Keywords : Wick wall, heat pipe, heat transfer.

## 1. Pendahuluan
Untuk menjaga life time dari suatu komponen, baik  komponen  elektrik  maupun  komponen mekanik, diperlukan adanya kestabilan temperatur [1].  Semakin  tinggi  temperatur  melebihi  standar
temperatur  maka life  time suatu  komponen  akan semakin berkurang [2].
Untuk mendapatkan kondisi temperatur yang stabil  dan  tidak  berlebih  maka  diperlukan  alat penukar kalor. Penukar kalor ( heat exchanger ) [3].
ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
membantu  membuang  panas  dari  sumber  panas dengan menggunakan sumber energi luar maupun tanpa menggunakan sumber energi lain.
Heat pipe merupakan alat penukar panas yang tidak menggunakan energi dari luar [1]. Kerja heat pipe adalah  memanfaatkan  panas  laten  yang  ada pada  fluida  kerjanya  .  Menyerap  panas  di  bagian evaporator dan membuang panas di kondensor [4]. Heat terdiri  dari  tiga  bagian  utama  [5].  Bagian pertama  adalah  evaporator,  yaitu  bagian  yang menerima panas dari sumber panas. Bagian kedua adalah  bagian  adiabatik,  yaitu  bagian  yang terisolasi  secara  penuh  sehingga  tidak  ada  kalor yang  keluar  masuk,  yang  terletak  diantara  bagian evaporator  dan  bagian  kondensor  [6].  Bagian  ini dibutuhkan  sebagi  bagian  yang  membantu  dalam kesempurnaan  proses  penguapan.  Bagian  ketiga adalah  bagian  kondensor,  yaitu  bagian  yang berfungsi  membuang  panas  yang  berasal  dari evaporator. Pada bagian ini dilengkapi dengan sirip sirip untuk membantu proses  pembuangan panas ke udara [7].
Gambar 1. Proses pada heat pipe [8]
Pada bagian dalam dinding heat pipe terdapat dinding wick yang  membantu  proses  kembalinya fluida  yang  telah  mengalami  kondensasi  di kondensor  kembali  ke  evaporator  dengan  proses kapilaritas [9].
Gambar 2. Beberapa macam dinding wick pada heat pipe . [10]
Pada  Gambar  2  ditunjukkan  beberapa macam  dinding  wick  yang  digunakan heat  pipe untuk membantu kembalinya fluida ke evaporator,  yaitu  berupa  dinding  wick  sintered, screen  dan  grooved.  Untuk  secara  lebih  jelas
dinding  wick  berupa  mesh  dapat  dilihat  pada gambar 3.
Gambar 3. Dinding wick berupa screen [11]
Beberapa penelitian mengenai heat pipe telah dilakukan  Hopkin.,  dkk.  [12]  dalam  artikelnya memberikan  tinjauan  secara  komperehensif tentang  aplikasi,  bahan  dan  kinerja  canggih  dari heat  pipe.  Jauhara.,  dkk.  [13]  melakukan  review tentang heat  pipe menyatakan  bahwa heat  pipe dapat  meningkatkan  kemampuan  perpindahan panas  tanpa  memerlukan  gradien  suhu  yang signifikan  antara  sumber  panas  dan heat  sink . Panas  laten  terjadi  pada  tahap  kondensasi  dan penguapan yang merupakan efektifitas heat pipe . menyebabkan  adanya. Heat  pip e  dengan  sudut inklinasi dan dinding wick di teliti oleh Foster dkk. [11]. Hasilnya menunjukkan bahwa memvariasikan kondisi pendinginan dan jenis sumbu secara paralel diperlukan  untuk  mencapai  kinerja  maksimal. Panjang  dan  suhu  pendinginan  yang  tepat meningkatkan  batas  termal heat  pipe dengan sumbu  berperforma  rendah.  Sumbu  komposit mendorong kinerja stabil yang lebih cepat, startup yang  mulus,  dan  ketidakstabilan  yang  rendah.  A. Anwar., dkk. [14] dalam investigasinya menyimpulkan  bahwa  fluida  kerja  sangat berpengaruh terhadap kinerja heat pipe. Asmara., dkk.  [15]  dalam  penelitiannya  menyimpulkan penggunaan  wick  pada  LHP  dapat  memberikan jalur  dari  evaporasi  yang  terjadi  di  bagian evaporator. Dalam penelitian penelitian
sebelumnya telah diteliti beberapa parameter yang mempengaruhi kinerja heat pipe . Dinding wick berperan besar dalam mentransfer  panas  dari  sumber  panas  ke  ujung yang  lebih  dingin  dalam  heat  pipe.  Penelitian mengenai dinding wick dapat  membantu mengidentifikasi  desain  dan  bahan  wick  yang optimal untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas,  oleh  karena  itu  penelitian  ini  difokuskan dengan  parameter  dinding  wick,  dalam  upaya meningkatkan kinerja heat pipe .

## 2. Metode Penelitian
Metode Dalam penelitian ini ada dua tahapan penelitian,  yaitu  tahapan  perancangan  dan tahapan pengujian. Tahapan perancangan meliputi:  a)  menentukan  dimensi heat  pipe b. Membuat  perancangan heat  pipe Untuk  tahapan pengujian meliputi, b) melakukan instalasi alat uji dan  alat  ukur  untuk  pengujian,  c)  melakukan pengujian kinerja heat pipe , d) c. menganalisis data dari pengujian heat pipe .

## Tahap perancangan
Dimensi  dan  spesifikasi  alat  uji  dari perancangan ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Heat Pipe Spesifikasi Keterangan Panjang total (mm) 50 Panjang kondensor (mm) 200 Panjang adiabatis (mm) 150 Panjang evaporator (mm) 150 Jenis dinding wick mesh Ketebalan wick (mm) Variasi (1; 1,5; 2) Jumlah sirip 7 Bahan pipa Tembaga Fluida kerja Air
Fluida  dimasukkan  kedalam heat  pipe dan bagian adiabatis diisolasi penuh sehingga tidak ada pertukaran  panas  dengan  lingkungan.  Pada evaporator dipasang pemanas (heater) dari listrik, dilengkapi dengan pengatur arus untuk mengatur temperatur yang dihasilkan.

## Tahap Pengujian
Pada  tahap  pengujian  ini  diawali  dengan instalasi  alat  penelitian  dengan  alat  ukur  yang digunakan,  yaitu  termometer, infrared ,  dan  alat ukur arus dan tegangan. Temperatur yang dicatat adalah  temperatur  udara,  temperatur  evaporator dan  temperatur  kondensor.  Skema  pengujian ditunjukkan gambar 4.
Gambar 4. Skema Pengujian Heat Pipe
Tahap berikutnya  adalah menentukan varibel bebas dan variabel terikat untuk diujikan ke alat uji. Variabel bebas dari penelitian ini adalah Ketebalan dinding wick dan  besar  temperatur  input. Ketebalan  dinding  wick  divariasi  mulai  1  mm,  1,5 mm dan 2 mm. Variabel terikatnya adalah kinerja heat  pipe yang  dapat  dilihat  dari end  to  end ∆T, tahanan termal , fluks panas dan daya output yang dihasilkan.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  pengujian,  hasil  data  yang diperoleh  akan  dianalisis.  Data  yang  didapatkan dari  proses  pengujian  berupa  angka-angka  yang menunjukkan hasil dari pengujian dan pengamatan.  Berikut  hasil  variasi  dinding  wick terhadap  kinerja heat  pipe yang  disajikan  dalam bentuk grafik.
a. Hubungan  antara  Ketebalan  dinding  Wick dengan perbedaan Temperatur( End to end ∆ T).
Dari Gambar 5 menunjukkan bahwa, semakin tebal dinding wick pada semua temperatur input, maka  akan  semakin  kecil end  to  end ∆T,  yaitu semakin  kecil  selisih  antara  temperatur  di evaporator dengan temperatur di kondensor. Nilai end  to  end ∆T  terendah  (350 o C)  pada  ketebalan dinding  wick 2 mm  dan temperatur  input  120 o C, dan  semakin  naik  seiring  semakin  berkurangnya ketebalan dinding wick dan semakin berkurangnya temperatur  input.  Hal  ini  terjadi  karena,  semakin tebal  dinding  wick  maka  akan  bertambah  daya kapilaritas  yang  terjadi  saat  cairan  kembali  dari kondensor ke evaporator, sehingga proses sirkulasi dari  kondensor  ke  evaporator  menjadi  semakin lancar dan pada akhirnya mengurangi nilai end to end yang terjadi.
Gambar 5. Hubungan tebal dinding wick dengan end to end

## Gambar 6. Hubungan tebal dinding wick dengan tahanan termal
b. Hubungan  antara  tebal  dinding wick dengan Tahanan Termal (Rth)
Nilai tahanan termal berbanding lurus dengan end  to  end ∆T,  semakin  tebal  dinding  wick  dan semakin  besar  temperatur  input  maka  nilainya menurun. Hal ini berarti semakin tebal dinding wick dan semakin besar temperatur input perpindahan panas  akan  mendapatkan  sedikit  tahanan/ hambatan  dalam  menstranfer panas dari evaporator ke kondensor. Semakin kecil end to end dan tahanan termal menunjukkan bahwa penukar kalor berkinerja semakin baik. Proses perpindahan panas dengan dinding wick yang semakin tebal dan temperatur  lebih  tinggi  memberikan  pengaruh semakin  kecil  tahanan  termalnya  karena  dengan semakin tebal dinding wick maka semakin kecil end to  end yang  diakibatkan  daya  kapilaritas meningkat, sehingga tahanan termal juga semakin meningkat.  Gambar  6  menunjukkan  bahwa semakin  tebal  dinding wick dan  semakin  besar temperatur  input  maka  tahanan  termal  semakin kecil.  Tahanan  termal  terkecil  (0,52 0 C/W)  terjadi pada ketebalan dinding wick terbesar, yaitu 2 mm dan daya input 120 0 C.
c. Hubungan antara tebal dinding wick dengan fluks kalor (W/m)
Gambar 7. Hubungan tebal dinding wick dengan fluks kalor (W/m)
Fluks  kalor  merupakan  salah  satu  indikator kinerja  pada  suatu  penukar  kalor,  yang menunjukkan  berapa  daya  panas  yang  mampu dipindahkan  persatuan  luas.  Hubungan  antara ketebalan dinding wick dan daya output terhadap fluks  kalor  ditunjukkan  pada  gambar  7.  Semakin tebal  dinding  wick  dan  temperatur  input,  fluks kalor akan semakin meningkat. Fluks kalor terbesar (22  W/m2)  terjadi  pada  tebal  dinding  wick  2  mm dan temperatur input 120 0 C. Semakin tebal dinding wick  maka  semakin  kecil  tahanan  termal  yang terjadi  pada  proses  penukaran  kalor  dari evaporator  ke  kondensor.  Dengan  semakin  kecil tahanan termal yang terjadi maka fluks kalor, panas yang  dipindahkan  per  satuan  luas  semakin  besar, karena  hambatan  proses  sirkulasi  pada heat  pipe semakin kecil.
d. Hubungan  antara  tebal  dinding  wick  dengan daya output (W)
Pada  Gambar  8  menunjukkan  hubungan antara  temperatur  dengan  3  ketebalan  dinding wick  terhadap  daya  output  yang  dihasilkan.  Pada gambar  tersebut  menunjukkan  daya  output semakin meningkat dengan bertambahnya temperatur  input  dan  semakin  besar  ketebalan dinding wick. Nilai daya output sebanding dengan nilai fluks kalor. Semakin tebal dinding wick, fluks kalor  atau  daya  kalor  persatuan  luas  yang dipindahkan  semakin.  besar,  sehingga  semakin besar fluks kalor maka semakin besar daya output yang  dihasilkan.  Semakin  tinggi  daya  input  maka Semakin  tinggi  fluks  kalor.  Daya  output  terbesar (26 W) terjadi pada ketebalan dinding wick 2 mm dan  pada  temperatur  input  120  W.  Hal  ini dipegaruhi  oleh  volume  spesifik  uap  dan kandungan  panas  laten  dari  fluida  kerja,  maka dengan  semakin  tebal  dinding  wick  dan  semakin
besar  temperatur  input  mempunyai  kandungan panas  laten  yang  tinggi  dan  komposisi  uap  akan semakin  banyak,  sehingga  mekanisme  proses transfer panas semakin besar. Hal ini menyebabkan fluks kalor dan daya output semakin tinggi.
Gambar 8. Hubungan tebal dinding wick dengan input (W/m)
4. Kesimpulan
Heat  pipe merupakan  alat  penukar  kalor yang mempunyai peranan penting untuk menjaga temperatur  suatu  komponen. Heat  pipe bekerja dengan  menggunakan  kalor  laten  pada  fluida kerjanya.  Dari  penelitian  ini  dapat  disimpulkan bahwa  ketebalan  dinding  wick  mempunyai pengaruh terhadap end to end , tahanan thermal, fluks  kalor  dan  daya  input  yang  dihasilkan  oleh heat  pipe .  Semakin  tebal  dinding  wick  maka semakin  kecil end  to  end ,  semakin  kecil  tahanan termal,  fluks  kalor  dan  daya  input  meningkat. Semakin tinggi temperatur input juga berpengaruh terhadap end to end , tahanan termal,  fluks kalor dan  daya output. Semakin besar temperatur input semakin  kecil end  to  end ,  semakin  kecil  tahanan termal,  semakin  meningkat  fluks  kalor  dan  daya output yang  dihasilkan.  Daya output terbesar (26 W) dan fluks kalor terbesar (22 W/m 2 )  pada heat pipe dengan  ketebalan  wick  2  mm  pada temperatur input 120 oC.

## Daftar Pustaka
[1]  B.  Suhendra, Thermosyphon  Sebagai  Alat Recovery Panas . 2010.
[2] P. R. Pachghare and A. M. Mahalle, “Effect of pure and binary fluids on closed loop pulsating heat  pipe  thermal  performance,” Procedia Eng. , vol. 51, no. NUiCONE 2012, pp. 624 – 629, 2013, doi: 10.1016/j.proeng.2013.01.088.
[3] A. R. Fachrudin, “Pengaruh Panjang
Kondensor  terhadap  Kinerja  Termal  Heat
Pipe,” vol. 20, no. 1, pp. 47– 52, 2020.
[4]  Fachrudin,.  Analisis  Kinerja  Termal  Heat  Pipe Dengan Variasi Sudut Bengkok Sisi Adiabatis ,” vol. 6, no. 2, pp. 29 – 35, 2017.
[5] P. Nemec, “Gravity in Heat Pipe Technology,” Gravity  Geosci.  Appl.  Ind.  Technol.  Quantum Asp. , 2018, doi: 10.5772/intechopen.71543.
[6] A.  R.  Fachrudin,  “Kinerja  Thermal  Heat  Pipe dengan Variasi Panjang Adiabatik,” Majapahit Techno , vol. 5, no. 2, pp. 49 – 54, 2015.
[7]  C.  W.  Chan,  E.  Siqueiros,  J.  Ling-Chin,  M. Royapoor, and A. P. Roskilly, “Heat utilisation technologies: A critical review of heat pipes,” Renew. Sustain. Energy Rev. , vol. 50, pp. 615 – 627, 2015, doi: 10.1016/j.rser.2015.05.028.
[8]  M.  Iqbal,  B.  Arifianto,  F.  Teknik,  and  D.  T. Mesin, “ Universitas Indonesia Studi
Eksperimental  Loop  Heat  Pipe  Dengan  Wick Sintered Powder, ” 2011.
[9] P. Seminar and N. Teknologi, “Analisis Kinerja Alat  Penukar  Kalor  Heat  Pipe  Prosiding Seminar  Nasional  Teknologi  Terapan,” vol.  6, pp. 57 – 60.
[10] Z.  Gan et  al. ,  “Experimental  study  on  a hydrogen closed loop pulsating heat pipe with different adiabatic lengths,” Heat Transf. Eng. , vol. 40, no. 3 – 4, pp. 205 – 214, 2019.
[11] F.  K.  Kholi,  A.  Mucci,  H.  Kallath,  M.  Y.  Ha,  J. Chetwynd-Chatwin, and J. K. Min,
“Experimental  investigation  of  the  effects  of inclinations and wicks on the thermal behavior of  heat  pipes  for  improved  thermal applications,” Case Stud. Therm. Eng. , vol. 26, no.  January,  p.  100997,  2021,  doi: 10.1016/j.csite.2021.100997.
[12] R.  F.  Hopkin  and  D.  A  and  Krustalev,  “Flat miniatur  Heat  Pipe  With  Micro  Capilarity Grooves,” J. Heat Transfer , vol. 121, pp. 102 – 109, 1999.
[13] H.  Jouhara,  A.  Chauhan,  T.  Nannou,  S. Almahmoud,  B.  Delpech,  and  L.  C.  Wrobel, “Heat  pipe  based  systems -  Advances  and applications,” Energy . 2017. doi:
10.1016/j.energy.2017.04.028.
[14] H.  H.  Ahmad  Anwar  A  Yousif,  “Comparison between  a  Heat  Pipe  and  a  Thermosyphon Performance with Variable Evaporator Length
دمحا دماح يسح . د فسوي دمحا راونأ
مصى ً نا
تعياج -
تسذ ُهنا
ت ُهك - ت ُ ك ُ ُ َ اك ُ ُ ً نا تسذ ُهنا سىق ,” ol. 0, no V .
4590 , 12, 2012 – pp. 1 .
[15] D. P. Asmara, M. Hadi Kusuma, G. Giarno, and D.  Rio  Budi  Syaka,  “Studi  Eksperimen Pengaruh Wick Pipa Kapiler Pada Model Loop Heat  Pipe,” SIGMA  Epsil.  -  Bul.  Ilm.  Teknol. Keselam.  Reakt.  Nukl. ,  vol.  25,  no.  2,  p.  74,
2021, doi: 10.17146/sigma.2021.25.2.6365.