## STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN PASIF LAMPU LIGHT EMITTING DIODE UNTUK APLIKASI
FOTOGRAFI
Yudi Sumantri 1, , Gatot Eka Pramono 2 , Nurrohman 3
1) Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin
2) Material and Manufacturing Process (MaMP)Laboratory
3 ) Energy Laborator y Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor Jalan Raya Soleh Iskandar Bogor
1 uedhay10@gmail.com , 2 gatot@ft.uika-bogor.ac.id, 3 nurrohman14@gmail.com

## ABSTRACT
Energy  is  all around  us  in  a  very clear shape  and  utilization.  Along  with  the  changing  times,  the energy is being intensively investigated with the intention to do enhancement to optimize an effective and efficient  energy  source.  Light  Emiting  Diode    (LED),  which  is  one  of  the  electronic  component,  is  not foreign in human life. LEDs are now  widely used, such as  in children's toys, traffic signs, the indicator light for the electronic equipment industry as well as photography. SMD 3528 LED strip light is a type of LED that is most widely used today. In addition to its relatively small dimensions is also due to the low electrical  power  consumption.  In the  world  of  photography, lighting sources is absolute existence.  This study was conducted to determine the characteristics of LED Strip lights SMD 3528 with passive cooling for photographic purposes. From the experimental results, it was obtained the greater input power of  is given,  the  value  of  the  points  that  were  tested  was  greater.  Among  other  things,  LED  temperature,  the temperature  of  the  middle  heat  sink,  the  heat-sink  and  the  outside  air  (ambient)  and  the  resulting brightness. Material and cross-sectional area and shape of the heat sink greatly affected the absorption and release of heat that occurs on passive cooling.
Keywords: Passive Cooler, Heatsink, LED Strip SMD 3528

## PENDAHULUAN
Berbicara  masalah  energi  sudah  barang tentu  merupakan  hal  yang  sangat  menarik. Karena  energi  ada  disekitar  kita  dan  sudah sangat jelas bentuk dan pemanfaatannya. Seiring dengan  perkembangan  jaman,  energi  sedang gencar  diteliti  dengan  maksud  melakuakan penyempurnaan  untuk  mengoptimalkan  secara efektif dan efisien sumber energi tersebut. Salah satu  energi  yang  ada  adalah  energi  panas,  baik dari alam yaitu matahari maupun sumber buatan (non  alam).  Perpindahan  panas  terjadi  karena ada sumber dari panas itu sendiri dan ada obyek yang  dialiri  atau  terkena  hantaran.  Perpindahan panas adalah perpindahan energi akibat perbedaan  temperatur.  Total  energi  yang  masuk
pada  sistem  sama  dengan  total  energi  yang keluar dari sistem [1].
Aplikasi  pemanfaatan  energi  dalam  dunia elektronik  salah  satu  contoh  bukti  pesatnya perkembangan  yang  terjadi.  Salah  satu  contoh dalam dunia pencahayaan, yang dahulu menggunakan  pijar  dan  neon  sekarang  secara berangsur beralih kepada lampu LED. Alasannya sudah jelas, bahwa  lampu LED lebih efektif  dan  efisien  terhadap  sumber  energi. Lampu LED mempunyai  umur  yang  panjang, ketahan  uji  yang  baik  dan  efisiensi  yang tinggi[2]. Dibandingkan dengan lampu pijar atau lampu  neon LED menghabiskan  50%  energi[3]. Akan tetapi penanganan panas yang tarjadi pada LED haruslah semaksimal mungkin, karena akan berpengaruh  terhadap  usia LED tersebut.  Salah satu  penanganan  panas  yang  terbaik  yaitu
menggunakan  metode  pendingin  pasif  atau menggunakan heatsink .  Pendingin  pasif  atau heatsink menyeimbangkan  temperatur  melalui penyebaran  aliran  energi  secara  alami,  baik secara konduksi, konveksi maupun radiasi.
Ada tiga metode dasar perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan  panas  pada LED terjadi  pada semikonduktor  yang  menghasilkan  cahaya  dan menyimpan panas.
Konduksi  adalah  perpindahan  panas melalui  bahan  padat  dengan  cara  kontak langsung.  Material  logam  biasanya  menjadi konduktor terbaik untuk perpindahan panas.
Dimana : Q cond adalah jumlah panas yang ditransfer (W), K  adalah  konduktivitas thermal material  (W/m K),
A  adalah  luas  bahan  yang  mengalirkan  panas (m 2 ), ∆T adalah g radien suhu di material (°C),
Δx  adalah  jarak  panas  melakukan  perjalanan (m)[4].
Konveksi  adalah  transfer  panas  melalui pergerakan cairan dan gas. Dalam sistem lampu LED,  biasanya  transfer  panas  dari  material konduktor ke udara ambient .
Dimana : Q conv adalah  jumlah  panas  yang  ditransfer melalui konveksi (W), h adalah koefisien perpindahan panas (W/m 2 K), A adalah luas permukaan (m 2 ),
ΔT  adalah  g radien suhu  di  material  (°C), biasanya  perbedaan  antara  permukaan  suhu  dan suhu udara ambien [4].
Radiasi  adalah  transfer  energi  panas melalui medan elektromagnetik.
..................(2)
Dimana :
Qrad  adalah  jumlah  panas  yang  ditransfer melalui radiasi (W) ε adalah emisivitas permukaan (berdimensi) σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann konstan (5,67 x 10 -8 W/m²K 4 )
A adalah luas permukaan (m2) Ts adalah suhu permukaan material (°C)
Tf  adalah    suhu  cairan medium (°C),  biasanya dirujuk ke suhu udara ambien [3].
1.2 Thermal Resistance Permukaan padat-udara merupakan hambatan termal ( Thermal resistance) terbesar[5]. Thermal  resistance didefinisikan sebagai  kenaikan temperature diantara  2  lokasi panjang  garis  panas  ketika  1  Watt  dari  panas adalah menjadi tidak teratur.
Dimana : Tx = Temperatur pada lokasi x (°C),
Ty = Temperatur pada lokasi y (°C), q = Total panas diuraikan (°C/W).
1.3 Junction Temperature
Temperature persimpangan  LED  adalah ukuran  kritis  perakiraan  usia  nyala  lampu  LED. Temperature junction akan mengurangi performa  dan  usia  lampu  LED,  hal  itu menyebabkan kehilangan lumen [5].
Dimana : T J adalah suhu persimpangan (°C),
T sp adalah  suhu  yang  diukur  pada  titik  solder (°C),
R th adalah thermal  resistance dari  komponen (°C / W), q adalah kekuatan thermal (W).

## METODOLOGI PENELTIAN
Adapun metode penelitian dibagi menjadi dua  macam  yaitu  dengan  studi  pustaka  dan eksperimen. Eksperimen dilakukan di Laboratorium Energy Universitas  Ibn  Khaldun Bogor.  Eksperimen  yang  dilakukan  dengan menggunakan  data logger , multitester untuk mengukur temperatur, Ampere dan Voltase ,  dan lux meter  untuk  mengukur  intensitas  cahaya. Penelitian  ini  mengunakan  sebuah  lampu LED Strip SMD 3528 12 Volt .
Untuk bahan dan alat penelitian dikelompokan menjadi 2 bagian antara lain :
Bahan  yang  digunakan  dapat  dilihat  pada Tabel berikut :
Tabel 1. Bahan Penelitan
Alat  yang  dipergunakan  dalam  penelitian ini dapat dilihat pada Tabel berikut :
Tabel 2. Alat Penelitian
Gambar 1. Set Up Eksperimen
Gambar 2. Heatsink Yang Digunakan
Akan dibandingkan pengaruh daya masukan  terhadap  performa  LED,  temperatur thermal pad dan temperatur heatsink.
HASIL DAN BAHASAN
Dari penelitian yang dilakukan pada LED Strip SMD 3528 dengan heatsink plat aluminium, maka dipasang titik pengujian untuk pengambilan  data.  Diantaranya,  dipermukaan LED ,  tengah heatsink ,  sisi heatsink, udara sekitar (ambien) dan kecerahan dari LED .
Tabel 3. Pengujian Menggunakan Plat Aluminium
Tabel 4. Pengujian Menggunakan Plat Tembaga
Berdasarkan  di  atas  menunjukan  hasil pengujian  dengan Volt dari  yang terendah  yaitu 8 Volt sampai  yang  tertinggi  12 Volt. Semakin besar Volt akan  semakin  besar  pula  daya  dan arus yang dihasilkan. Dan kecerahan (Lux) yang dihasilkanpun semakin besar pula. Itu
menandakan  bahwa  penggunaan  plat  tembaga akan  lebih  efektif  dibanding  plat  aluminium dalam penyerapan panas pada heatsink .
Gambar3. Skema Perpindahan Panas Eksperimen Lampu LED
Panas  berpindah  secara  konveksi  dari heatsink  exstrude aluminium  menuju  lingkungn sekitar. Konveksi alami memiliki peranan utama dalam  perpindahan  anas  pendingin  pasif,  yauitu
dari heatsink menuju  lingkungan  dibandingkan konduksi dan radiasi.
Gambar 4. Volt vs Arus LED Dengan Heatsink Aluminium
Gambar 5. Volt vs Arus LED Dengan Heatsink
Tembaga
Dari hasil pengujian baik dari penggunaan heatsink plat  aluminium  maupun  plat  tembaga maka,  maka  didapat  grafik  perbandingan  dari masing-masing heatsink yang digunakan.
Grafik diatas menerangkan panas dialirkan dan diuraikan melalui heatsink menuju lingkungan dapat mengurangi tingginya temperatur junction ,  sehingga  LED  masih  dapat berfungsi dengan baik.
Perbandingan  mulai  dari  hasil  yang paling  rendah  dari  pengujian,  yaitu  2  sampai 55,2 Watt . Dan menghasilkan Lux 166,93 untuk daya  yang  terendah  serta  2260,00  untuk  daya yang paling tinggi.
Gambar 6. Lux Terhadap Daya Heatsink Aluminium
Gambar 7. Lux Terhadap Daya Heatsink Tembaga
Dari  gambar  di  atas  maka  hasil  yang didapat  kecerahan  (Lux)  pada LED menunjukkan peningkatan  seiring  dengan  naiknya  daya yang diberikan. Dan terbukti lampu LED adalah lampu yang  hemat  energi,  karena  mampu  menghasilkan lumen  yang  tinggi.  Sesuai  dengan  karakteristik dari LED ,  yaitu 25%  energinya  dirubah  menjadi cahaya  dan  75%  energinya  berubah  menjadi panas.  Berbeda  dengan  lampu  pijar  atau  lampu flourecent dimana  energinya  10%  dan  90  % berubah menjadi panas .
Untuk  mengetahui  performa LED  strip  SMD 3528 yang menggunakan heatsink plat aluminium  dan  plat  tembaga  didapat  dari  hasil kecerahan  dibagi  daya (Lux/Watt) berbanding dengan daya (Watt) .
Gambar 8. Performa LED Menggunakan Heatsink Aluminium
Gambar 9. Performa LED Menggunakan Heatsink Tembaga
Sama  halnya  dengan  performa  LED dengan  menggunakan heatsin k  plat  aluminium, hasil  perbandingan  menggunakan heatsin k  plat tembaga  juga  sama.  Yaitu  semakin  besar  daya yang  dihasilkan  akan  semakin  besar  pula Lux yang dihasilkan. Akan tetapi performa LED akan semakin menurun.
Gambar 10. Performa Lux Heatsink Aluminium Dan Tembaga
Pembahasan  dari  data  di  atas  dijelaskan bahwa  performa LED semakin  menurun  saat daya  yang  dihasilkan  semakin  tinggi.  Ini menunjukan  bahwa  saat  daya  maksimal  maka suhu  yang  dihasilkan LED pada  persimpangan junction semakin  tinggi,  saat  suhu junction semakin  tinggi  maka  performa LED semakin menurun. Kemungkinan terhentinya fungsi LED dapat  terjadi  jika  suhu junction mencapai  batas maksimal, untuk itulah dilakukan upaya penurunan  suhu junction untuk menjaga performa LED tetap stabil dengan menggunakan pendingin pasif konvensional.
Karena  permukaan  dan  luasan PCB pada LED  Strip  SMD 3528  tidak  dapat  diketahui, maka  untuk  perhitungan T-Junction pada LED Strip jenis SMD 3528 ini di abaikan.
Untuk  nilai  perbandingan  perpindahan panas  yang  terjadi  antara LED terhadap Volt menggunakan heatsink plat  aluminium  dengan plat  tembaga,  yaitu  menggunakan  rumus persamaan perpindahan panas secara konveksi.
Gambar 11. Perbandingan Temperatur

## Permukaan LED
Perbandingan  perpindahan  panas  yang terjadi  antara  permukaan  tengah heatsink terhadap Volt menggunakan  plat  aluminium dengan plat tembaga, yaitu menggunakan rumus persamaan perpindahan panas secara konduksi.
Gambar 12. Perbandingan Temperatur Permukaan Tengah Heatsink
Untuk  nilai  perbandingan  perpindahan panas  yang  terjadi  antara  permukaan  tengah heatsink terhadap Volt menggunakan  plat aluminium dengan plat tembaga, yaitu menggunakan  rumus  persamaan  perpindahan panas secara konduksi.
Gambar 13. Perbandingan Temperatur Permukaan Sisi Heatsink
Untuk  nilai  perbandingan  temperatur ambien (udara luar) terhadap Volt menggunakan heatsink plat  aluminium  dengan  plat  tembaga,
yaitu menggunakan rumus persamaan
perpindahan panas secara konveksi.
Gambar 14. Perbandingan Temperatur Terhadap Udara Luar
Gambar 15. Perbandingan Volt Terhadap Lux
Untuk  menentukan  performa,  nilai  lux dibagi  deangan  jumlah  daya  masukan.  Hal  ini dapat  terjadi  Karena  nilai  temperatur junction lebih  rendah  dibandingkan  dengan  nilai  daya masukan lebih besar.
Penggunaan heatsink dengan  berbahan plat  tembaga  mengungguli heatsink berbahan plat aluminium. Terbukti dari perbandingan dari beberapa  pengujian  yang  dilakukan.  Plat tembaga  lebih  handal  dalam  penyerapan  panas dikarenakan  konduktifitas  termal  itu  sendiri. Sifat  tersebutlah  yang  menjadikan  plat  tembaga handal,  akan  tertapi  penggunaannya  kembali kepada aspek kebutuhan.

## Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan, maka  Semakin  besar  daya  masuk  yang diberikan,  maka  nilai  dari  titik-titik  yang diujikan  akan  semakin  besar  pula.  Antara  lain, temperatur  LED,  temperatur  tengah heatsink , sisi heatsink dan  terhadap  udara  luar (ambien) serta kecerahan yang dihasilkan. Bahan dan luas penampang  serta  bentuk heatsink akan  sangat
berpengaruh terhadap penyerapan dan pelepasan panas  yang  terjadi  pada  pendinginan  secara pasif.  Sehingga  akan  berpengaruh  terhadap  usia dari LED itu sendiri.

## Referensi
[1] Dr  Janna,  William  S,  Ph.d, Engineering Heat Transfer, Second Edition , Associate Dean For graduate Studies And Research Herff  College  Of  Engineering  The University of Memphis, Memphis Tennessee, 2000. [2] X.  Lu,  T.  Hua  and  Y.  Wang, Thermal analysis  of  hight  power  LED  package with heat pipe heatsink , Micro electronic journal, 2011. [3] Yunianto, Bambang, Pengujian Perpindahan Panas Konveksi Pada heatsink Jenis Extrude , FT-UNDIP 2008. [4] Dr Cengel, Yunus A, Ph.d, Heat Transfer a  Practical  Approach ,  Second  Edition , Mc Graw-Hill Higher Education, Singapura, 2003. [5] AVAGO_ Thermal Management of PLCC
SMD LEDs_Aplication Note 5373. pdf.