Pengujian Eksperimen Pembuang Panas dan Aliran Udara Pada Berbagai Bentuk Heatsink
Zulqifli Masrianto 1) , Lukas Kano Mangalla 2) , Yuspian Gunawan 3)
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo
2-3 Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A Makadompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232
Email: zulqiflimasrianto14 @gmail.com Article Info Abstrak Available online December 10, 2021 Heatsink banyak  digunakan  pada  alat  penukar  kalor  untuk  meningkatkan  laju  perpindahaan  panas antara  suatu  permukaan  dengan  fluida  di  sekitarnya.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  bentuk  permukaan,  luasan  dan  kecepatan  aliran  udara  terhadap  laju  perpindahan  panas pada heatsink. Penelitian dilakukan secara eksperimen dengan menguji tiga bentuk heatsink dengan variasi kecepatan aliran udara dalam windtunell mini. Windtunnel tersebut dilengkapi dengan alat uji seperti hand held wind meter , K-Type thermocouple dan stopwatch . Sumber pemanas bagi heatsink menggunakan Electric heater yang dapat mencapai temperature pemanasa 100 0 C. Kecepatan aliran udara divariasikan mulai 0,5 m/s, 1,0 m/s dan 1,5 m/s. Hasil pengujian eksperimen ini menunjukkan bahwa laju pembuangan panas berkorelasi secara langsung dengan kecepatan aliran udara dan luasan permukaan  perpindahan  panasnya.  Pada  kecepatan  aliran  0,5  m/s,  1,0  m/s  dan  1,5  m/s  maka temperature udara di belakang heat sink (T2) masing masing sebesar 62,8 0 C, 56,7 0 C, dan 52,4 0 C.  Dari hasil perhitungan perpindahan panas menunjukan bahwa bentuk heatsink -model 3- membuang panas lebih  tinggi  dibandingkan  lainnya  dimana  luasan  permukaannya  jauh  lebih  besar.  Untuk  kecepatan aliran  0,5  m/s,  maka  laju  pembuangan  panas  yang  dihasilkan  pada  model1.  Model  2  dan  model  3 masing masing sebesar 26875 J/s, 34449,01 J/s dan 37686,19 J/s.
Kata kunci: Laju pembuangan panas, aliran udara, bentuk permukaan dan heatsink .

## Abstract
Heatsinks are widely used in heat exchangers to increase the rate of heat transfer between a surface and the working fluid. This study aims to determine the effect of surface shape and area, and air flow velocity  on  the  rate  of  heat  transfer  of  the  three  different  heatsinks.  The  research  was  conducted experimentally  by  testing  three  forms  of  heatsinks  with  variations  in  air  flow  velocity  in  a  small windtunell. The windtunnel is equipped with test equipment such as a handheld wind meter, K-Type thermocouple and a stopwatch. The heating source for the three model heatsinks is an electric heater that can reach a heating temperature of 100 o C. Air flow velocity is varied from 0.5 m/s, 1.0 m/s and 1.5 m/s. The results of this experiment show that the heat dissipation rate is directly correlated with the air flow velocity and the heat transfer surface area. At flow velocities of 0.5 m/s, 1.0 m/s and 1.5 m/s, the air temperature behind the heat sink (T2) is 62.8 o C, 56.7 o C, and 52.4 o C, respectively. From the heat calculation results show that the shape of the heatsink  -model 3- dissipates heat higher than others where  the  surface  area  is  much  larger.  For  a  flow  velocity  of  0.5  m/s,  the  rate  of  heat  dissipation generated in model 1, Model 2 and model 3 are 26875 J/s, 34449.01 J/s and 37686.19 J/s, respectively.
Keywords : Heat dissipation, surface model, air flow and heatsink.

## 1. Pendahuluan
Sirip  merupakan salah  satu aplikasi dari  ilmu perpindahan  panas  yang  berfungsi  untuk meningkatkan luasan perpindahan panas. Peningkatan luas permukaan dapat menyebabkan meningkatnya  laju  perpindahan  panas.  Aplikasi sirip  pin  dapat  dilihat  pada heat exchanger dan heatsink [1].
Heat sink adalah komponen yang terbuat dari bahan deangan berkonduktifitas termal tinggi yang terdiri  dari  pelat  dasar  dan  sirip-sirip  untuk memperluas  kontak  permukaan.  Pada  saat dipasang  pada  komponen  elektronik,  konduksi kalor terjadi dari pelat dasar ke sirip dan kemudian kalor  dibuang  dari  sirip  ke  lingkungan.  Untuk meningktkan  pembuangan  kalor  secara  konveksi,

## ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
Zulqifli Masrianto, Lukas Kano Mangalla, Yuspian Gunawan
seringkali heatsink dilengkapi  dengan  kipas  [2]. Selain itu, sirip pin merupakan elemen berbentuk silinder atau bentuk lainnya yang dipasang secara tegak  lurus  terhadap  dinding  alat  penukar  panas, dengan fluida pendingin mengalir dalam arah aliran melintang (crossflow )  terhadap  elemen  tersebut. Terdapat berbagai parameter yang menggolongkan  sirip  pin,  seperti  bentuk,  tinggi, diameter, perbandingan tinggi-diameter (H/D) dan sebagainya [3]. Oleh karena itu, pada penelitian ini penulis  mencoba  menguji  secara  eksperimental pembuang  panas  dari  heat  sink  pada  berbagai variasi  aliran  udara  dan  bentuk  model heatsink. Hal  ini  dimaksudkan  untuk  mengetahui  pengaruh bentuk dan luasan serta laju aliran udara terhadap laju pembuangan panas pada heatsink.

## Perpindahan Panas
Perpindahan  panas  merupakan  berpindah energy akibat adanya perbedaan temperature. Jadi panas dapat pindah melewati batas suatu sistem, menuju  atau  dari  sistem.  [4].  Perpindahan  panas atau heat  transfer adalah  ilmu  yang  mempelajari perpindahan energi panas atau kalor sebagai akibat dari  adanya  perbedaan  temperatur  diantara  dua medium,  misalnya:  sesama  medium  padat  atau medium  padat  dengan  fluida.  Panas  dapat berpindah  melalui  tiga  (3)  cara  yakni  secara Konduksi, Konveksi dan Radiasi [5].
Perpindahan  panas  secara  konveksi  adalah perpindahan  panas  yang  terjadi  dari  suatu permukaan  ke  fluida  di  sekitarnya.  Perpindahn panas secara konveksi ada dua maca yakni konveksi alami  (natural  convections)  dan  konveksi  paksa ( force  convection ).  Dalam  pengujian  ini  dipelajari phenomena  konveksi  paksa  disekitar  heatsink dengan  berbagai  bentuk  dan  luasan.  Panas  yang dihasilkan dari sumber yang sama akan dibuang ke lingkungan melalui aliran fluida kerja akibat adanya perbedaan temperatur [6].
Perpindahan  panas  secara  konduksi  adalah perpindahan panas yang terjadi pada suatu media padat, atau pada media fluida yang diam. Konduksi terjadi  akibat  adanya  perbedaan  temperatur antara  permukaan  yang  satu  dengan  permukaan yang lain pada media tersebut. Perpindahan panas secara  konduksi  dalam  padatan  akibat  adanya fibrasi dan tumbukan secara bebas antara molekul akibat  perbedaan  temperatur  [7].  Permukaan bersirip  biasanya  digunakan  untuk  memperbesar luasan  permukaan    supaya  dapat  meningkatkan laju  perpindahan  panas  ke  lingkungan  sekitarnya. Kalor  konduksi  pada  suatu  benda  kadang  harus dibuang  ke  lingkungan  sekitar  melalui  proses
konveksi.  Dengan  menggunakan  proses  konveksi yang  mengharuskan  aliran  fluida  berbenturan dengan sirip maka akan meningkatkan suhu  fluida dan ini disebut konveksi paksa. Aplikasi konstruksi sirip banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya,  alat  penukar  kalor,  motor  bakar,  trafo, radiator dan pendingin rangkaian elektronik [4].
Material Heatsink
Konduktivitas  panas  dari  sebuah Heatsink adalah  faktor  utama  suatu Heatsink dapat mendsisipasi panas dengan baik. Bahan logam yang sering  digunakan  dalam  bahan  dasar Heatsink adalah:
a. Perak dan emas memiliki konduktivitas tetringgi tetapi  dengan  harga  yang  sangat  mahal  maka tidak  dimungkinkan  para  produsen  untuk membuat  dan  memasarkan  produk  pendingin dengan bahan dasar ini.
b. Tembaga  memiliki  konduktivitas  tertinggi  ke  2 sehingga  penyerapan  panasnya  juga  baik. Tembaga  memiliki  sifat  menyerap  panas dengan cepat sehingga bias terjadi penumpukan  dengan  cepat  tetapi  tidak  bisa melepaskan panas dengan cepat sehingga bisa terjadi  penumpukkan  panas  pada  1  tempat. Selain itu, kekurangan yang menyertainya yaitu berat  yang  lebih  besar  dari  pada  Alumunium, harga yang mahal, dan produksi yang rumit. c. Alumunium  memiliki  tingkat  konduktivitas dibawah  tembaga  sehingga  penyerapannya kurang sempurna, tetapi memiliki kemampuan terbalik  dengan  tembaga  yaitu  memiliki kemampuan  melepas  atau  mengurangi  panas dengan  baik,  tetapi  bahan  alumunium  kurang baik  dalam  penyerapan  panas  dan  memiliki harga yang rendah dengan berat yang ringan. d. Penggabungan  antara  kedua  material  tersebut merupakan kombinasi yang sangat baik. Disatu sisi  tembaga  dapat  menyerap  panas  dengan cepat  dan  disisi  lain  Alumunium  dapat melepaskan  panas  yang  diserap  oleh  tembaga [8].
Karakteristik Heatsink Sebuah heatsink dirancang untuk meningkatkan  luas  kontak  permukaan  dengan fluida disekitarnya, seperti udara. Kecepatan udara pada lingkungan sekitar, pemilihan material, desain sirip  atau  bentuk  lainnya  dan surface treatmen adalah  beberapa  factor  yang  mempengaruhi tahanan thermal dari heatsink [9]. Peningkatan laju aliran pendingin pada heatsink akan meningkatkan
efek  serapan  kalor  dan  menurunkan  temperatur ruangan pendingin [10].
Ada beberapa karakteristik heatsink yaitu:
a. Luas area heatsink akan menyebabkan disipasi panas  menjadi  lebih  baik  karena  akan memperluas  area  pendinginan  yang  dapat mempercepat proses pembuangan panas yang diserap oleh Heatsink b. Bentuk aerodinamik yang baik dapat mempermudah  aliran  udara  panas  agar  cepat dikeluarkan  melalalui  sirip-sirip  pendingin. Khususnya  pada Heatsink dengan  jumlah  sirip yang  banyak  tetapi  dengan  jarak  antar  sirip berdekatan  akan  membuat  aliran  udara  tidak sempurna sehingga perlu ditambahkan sebuah kipas  untuk  memperlancar  aliran  udara  pada jenis heatsink tersebut.
c. Transfer panas yang baik pada setiap Heatsink juga akan mempermudah pelepasan panas dari sumber  panas  ke  bagian  sirip-sirip  pendingin. Desain  sirip  yang  tipis  memiliki  konduktifitas yang lebih baik.
d. Desain permukaan dasar heatsink sampai pada
“ mirror finish ” atau tingkat kedatarannya tinggi sehingga dapat menyentuh permukaan sumber panas  lebih  baik  dan  merata.  Hal  ini  dapat menyebabkan penyerapan panas lebih sempurna, tetapi untuk menghindari resistansi dengan  sumber  panas heatsink tetap  harus menggunakan  suatu  pasta  atau thermal compound dan  agar  luas  permukaan  sentuh juga lebih merata [8].

## 2 Metode Penelitian
Skema  penelitian  ditunjukan pada gambar  1. Alat  penelitian  terdiri  dari  Inverter,  kipas  udara, pemanas listrik ( elekrik heater ), saluran segi empat ( wind  tunnel ), thermokopel tipe  k,  Untuk  bentuk heatsink dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema pengujian dan posisi pengukuran temperatur
Gambar 2. Bentuk heatsink yang diuji
Tahapan pengujian pada penelitian ini adalah sebagai berikut a Spesimen dipasang ke dalam saluran udara
b Semua  kabel thermocouple dihubungkan dengan thermocouple reader c Electric  heater dihidupkan  sebagai  pemanasan awal sebesar 100 0 C d Kipas udara dihidupkan
e Kecepatan udara diatur sebesar 0,5 m/s, 1 m/s dan 1,5 m/s untuk pengujian terakhir
f Data temperatur dicatat setiap 10 menit untuk 1 spesimen dengan masing-masing kecepatan
g Kipas udara dimatikan
h Mengulangi  langkah  percobaan  a-g  untuk variasi kecepatan udara dan spesimen yang lain i Setelah  selesai  pengambilan  semua  data  alat dimatikan.
Untuk heatsink yang  diteliti  menggunakan material  alumunium  dengan  nilai  konduktivitas panas 237 W/ m 2 K, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Konduktivitas panas beberapa bahan pada kondisi ruangan [11].
Pada Tabel 3, memperlihatkan data pengujian temperature  didapatkan  pada  beberapa  titik pengambilan  data  seperti  diperlihatkan  dalam gambar  skematik  penelitian.  Dapat  dilihat  pada table  tersebut  bahwa  semakin  tinggi  aliran  udara maka  temperature  dibelakang  heatsink  semakin rendah  yang  mengindikasikan  semakin  cepat pembuangan panas terjadi dari heatsink.
T6 T5 T4 T3 203 mm 30 mm 30 mm 20 mm
HEATSINK T1 16 mm T2 Kipas Udara v Material Thermal Conductivity , W/m 2 . K Diamond 2300 Silver 429 Copper 401 Gold 317 Alumunium 237 Iron 80.2

## Zulqifli Masrianto, Lukas Kano Mangalla, Yuspian Gunawan
Tabel 2. Distribusi temperatur untuk heatsink 1
Untuk heatsink 2 dapat dilihat pada Tabel 3
Tabel 3. Distribusi temperatur untuk heatsink 2
Setelah pengambilan data pengujian, dilakukan perhitungan laju perpindahan panas dari heatsink  yang  dihitung  berdasarkan  prinsip perpindahan panas konduksi.

## 3 Hasil dan Pembahasan
Pada  penelitian  ini  setelah  melakukan pengujian  distribusi  temperatur  untuk  masing- masing heatsink ,  dilakukan  perhitungan  laju perpindahan panas konveksi untuk 3 jenis heatsink dengan  variasi kecepatan  aliran  0,5  m/s,  1,0  m/s, 1,5 m/s. Pada heatsink 1 untuk kecepatan aliran 0,5 m/s maka laju perpindahan panas konveksi adalah 26875,8 J/s. Untuk kecepatan aliran 1,0 m/s maka laju perpindahan panas konveksi adalah 28294,24 J/s sedangan untuk kecepatan aliran 1,5 m/s maka laju perpindahan panas konveksi adalah: 29239,87 J/s. Pada heatsink 2 untuk kecepatan aliran 0,5 m/s maka  laju  perpindahan  panas  konveksi  adalah: 34449,01 J/s; Untuk kecepatan aliran 1,0 m/s maka laju perpindahan panas konveksi adalah 36724,92 J/s dan Untuk kecepatan aliran 1,5 m/s maka laju perpindahan panas konveksi adalah 36724,92 J/s Pada heatsink 3  untuk  kecepatan  aliran  0,5 m/s  maka  laju  perpindahan  panas  konveksi adalah37686,19 J/s dan Untuk kecepatan aliran 1,0 m/s maka laju perpindahan panas konveksi  adala h39461,56  J/s  sedangkan  untuk  kecepatan  aliran 1,5  m/s  maka  laju  perpindahan  panas  konveksi adalah 40914,14 J/s:
Gambar 3. Perbandingan laju perpindahan panas
Dari grafik diatas dapat di lihat bahwa panas yang dibuang oleh heatsink 3 (QH3) lebih besar dari heatsink 2  (QH2)  dan heatsink 1  (QH1).  Untuk heatsink 1  dengan  kecepatan  aliran  0,5  m/s sebesar  26875  J/s,  dengan  kecepatan  aliran  1,0 sebesar 28294,24 J/s, dengan kecepatan aliran 1,5 sebesar  29239,87  J/s.  Untuk  spesimen  2  dengan kecepatan  aliran  0,5  m/s  sebesar  344449,01  J/s, dengan kecepatan aliran 1,0 sebesar 36724,92 J/s, dengan kecepatan aliran 1,5 sebesar 38690,48 J/s. Untuk spesimen 3 dengan kecepatan aliran 0,5 m/s sebesar 37686,19 J/s, dengan kecepatan aliran 1,0 sebesar 39461,56 J/s, dengan kecepatan aliran 1,5 sebesar 40914,14 J/s.

## 4 Kesimpulan
Dari hasil pegujian dan analisis yang dilakukan maka  dapat  dibuat  kesimpulan  bahwa  laju perpindahan  panas  yang  terjadi  ditentukan  oleh luasan  permukaan  heatsink  dan  kecepatan  aliran fluida  yang  melewatinya.  semakin  besar  luasan perpindahan  panas  maka  semakin  besar  panas yang  dibuang  dan  semakin  cepat  aliran  udara melewati permukaan h eatsink maka semakin besar panas yang dibuang. Pada kecepatan aliran 0,5 m/s maka temperature T 2 masing-masing sebesar 62,8 0 C untuk H1, 69,6 0 C untuk H2 dan 76,2 0 C untuk H 3.  Pada  kecepatan  1,0  m/s  maka  temperatur  T  2 masing-masing sebesar 56,7 0 C untuk H 1, 62,7 0 C untu H2 dan 71,5 0 C untuk H 3. Pada kecepatan 1,5 m/s maka temperatur T 2  masing-masing sebesar 52,4 0 C  untuk  H  1,  6,2 0 C  untuk  H  2  dan  68,1 0 C untuk  H  3., Heatsink 3  membuang  panas  lebih besar dibanding heatsink 2 dan heatsink 1.

## Daftar Pustaka
[1] B.  U.  Linda  Wijiati  and  K.  Widodo,  "Studi Eksperimen  Perpindahan  Panas  Konveksi Paksa  Pada  Berkas  Pin  Fin  Berpenampang," 2019.
20000 25000 30000 35000 40000 45000 0.5 1 1.5 2 P an as y an g D ib u an g ( J/S) Kcepatan Aliran Udara (m/s) Q H 1 Q H 2
Q H 3 Flow T1 T2 T3 T4 T5 T6 0,5 30,4  76,2  43,3  43,6 44  42,3 1 30,7  71,5  41,6  41,6  44,1 43 1,5 30,5  68,1  37,9  37,9  39,6  36,7 Flow T1 T2 T3 T4 T5 T6 0,5 1 1,5 30,5 30,8 31,6 69,6 62,7 56,2 40,5 38,8 38,5 39,4 38,7 38,3 40,1 39,6 39,3 40,4 39,4 38,6
[2]   A.  B.  Try  Ayodha  Adjiwiguna  and  Abrar, "Pengaruh  Laju  Aliran  Udara  Terhaap Hambatan Termal Heat Sink Untuk Pendingin Elektronik," vol. 1, 2016.
[3]   E. Susanto, "Karakteristik Perpindahan Panas Dan  Penurunan  Tekanan  Aliran  Fluida  Di Sekitar Pin Fin Cooling," 2016.
[4]   W. A. S, "Pemodelan Perpindahan Panas Pada Sirip  Dalam  (Internal  Fin)  Pada  Pembangkit Uap," 2017.
[5]   A.  A.  Denny  ME  Soedjono  and  R.  U.  Giri Nugroho,  "Kaji  Eksperimental  Distribusi Temperatur Pada Portable Cold Box Dengan Thermoeletrik TEC1-12706," pp. 37-48, 2016.
[6]   D.  S.  Ayong  Hiendro,  "Perancangan  Dan Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Berbasis
Termoelektrik Dengan Menggunakan Kompor  Surya  Sebagai  Media  Pemusat
Panas," Jurnal  Teknik  Elektro  Universitas Tanjungpura, 2019.
[7]   F. Incropera, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, New York: John Wiley & Sons, 2002.
[8]   D.  I.  Nasution,  "Analisa  Perpindahan  Panas Konveksi Pada Pendingin Komponen Elektronik," 2019.
[9]   S.  A.  P.  E.  Wachid  Rhamadhani,  "Pengaruh Jumlah  Sirip  Pendingin  Heatsink  Dan  Level Indikator  Pendingin  Kulkas  Terhadap  Daya Output  Yang  Dihasilkan  Dari  Termoelektrik Generator  Tec12706  Yang  Menjadikan Kompresor  Kulkas  Sebagai  Sumber  Energi Panas," 2018.
[10]  K. A. Kennedy and M. B. Anggara, "Pengaruh Laju  Aliran  Fluida  Liquid-Cooled  Heat  Sink Terhadap  Unjuk  Kerja  Sistim  Pendingin Termoelektrik," 2016.
[11]  M.  A.  Yunus  A  Cengel  and  Boles, Thermodinamics:  An  Engineering  Approach, McGraw-Hill Education, 2015.