Teknologi pipa kalor teori desain dan aplikasi.
Teknologi Pipa Kalor
Teori, Desain dan Aplikasi
Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
PENERBIT UNIVERSITAS INDONESIA
(UI-PRESS), 2014
Kata Pengantar
i
Perpustakaan Nasional RI Katalog Dalam Terbitan (KDT)
Nandy Putra
Teknologi pipa kalor: teori desain dan aplikasi/Nandy Putra,
Wayan Nata Septiadi. — Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia
(UI-Press), 2014.
viii, 185 hlm; 23 cm.
Bibliograi
ISBN 978-979-456-568-1
1. Transmisi panas.
I. Judul
II. Wayan Nata Septiadi
621.402 2
© Hak Pengarang dan Penerbit Dilindungi Undang-Undang
Cetakan 2014
Pengarang: Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
Dicetak oleh: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press)
Penerbit: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press)
Jl. Salemba 4, Jakarta 10430, Telp. 319-35373; Fax. 319-30172
Website: http://uipress.ui.ac.id. email: penerbit.uipress@gmail.com
ii
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Kata Pengantar
Keinginan membuat buku pipa kalor didasari oleh masih barunya
ilmu mengenai pipa kalor khususnya di Indonesia. Bagi banyak
kalangan istilah pipa kalor terkadang masih sangat asing padahal pipa
kalor sudah berkembang sejak lama. Seiring dengan dilakukannya
riset mengenai pipa kalor di laboratorium kami mulai tahun 2009
maka kami mencoba menyusun sebuah buku tentang teori dan
pipa kalor berdasarkan dari review jurnal-jurnal tentang pipa kalor
maupun dari hasil-hasil riset yang telah dilakukan.
Buku Teknologi Pipa Kalor ini berisikan 8 bab yang materinya
mencakup mengenai sejarah perkembangan pipa kalor, teori dan
perancangan pipa kalor serta aplikasi pipa kalor. Bab 1 berisikan
pendahuluan yang membahas mengenai sejarah perkembangan pipa
kalor, riset-riset pipa kalor maupun beberapa paten pipa kalor. Bab 2
membahas tipe-tipe pipa kalor yakni pipa kalor konvensional (straight
heat pipe), pipa kalor melingkar (loop heat pipe) dan pipa kalor datar
(vapor chamber). Bab 3 berisikan tentang teori perpindahan kalor
pada pipa kalor dan aliran luida pada pipa kalor. Bab 4 dan Bab
5 masing-masing membahas mengenai sumbu kapiler dan luida
kerja pada pipa kalor. Bab 6 dan Bab 7 berisikan tentang prosedur
dan perancangan pipa kalor serta prosedur pengujian pipa kalor.
Bab 8 yang merupakan bab terakhir dari buku ini berisikan tentang
aplikasi-aplikasi dari pipa kalor terutama yang sudah dilakukan di
laboratorium kami.
Kata Pengantar
iii
Penulis sangat berharap buku ini dapat memberikan suatu
gambaran mengenai pipa kalor baik teori, perancangan maupun
aplikasi khususnya bagi mahasiswa, pendidik, peneliti maupun
masyarakat Indonesia secara keseluruhan.
Penulis juga mengharapkan banyak masukan dan saran yang
bersifat konstruktif dari berbagai kalangan sehingga buku Teknologi
Pipa Kalor ini dapat disusun secara lebih sempuna dan lebih lengkap.
Depok, Oktober 2014
Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
iv
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Datar Isi
Kata Pengantar ......................................................................
Datar Isi ................................................................................
iii
v
Bab 1 Pendahuluan................................................................
Apa Itu Pipa Kalor? ........................................................................
Sejarah Pipa Kalor ..........................................................................
Kebutuhan terhadap Teknologi Pipa Kalor ................................
Datar Pustaka.................................................................................
1
1
4
12
17
Bab 2 Tipe dan Prinsip Kerja Pipa Kalor..............................
Tipe Pipa Kalor ..............................................................................
Pipa Kalor Konvensional ..............................................................
Jenis Pipa Kalor Konvensional . ..............................................
Prinsip Kerja Pipa Kalor Konvensional ..................................
Pipa Kalor Melingkar .....................................................................
Jenis Pipa Kalor Melingkar ......................................................
Kerja Pipa Kalor Melingkar . ...................................................
Pipa Kalor Datar (Vapor Chamber)..............................................
Prinsip Kerja Vapor Chamber ................................................
Datar Pustaka ................................................................................
21
21
21
23
25
30
32
36
39
40
43
Bab 3 Teori Perpindahan Kalor dan Aliran Fluida pada Pipa
Kalor ...................................................................................
Perpindahan Kalor dan Perubahan Temperatur .......................
Hambatan Termal Pipa Kalor ......................................................
47
47
51
Kata Pengantar
v
Konduktivitas Termal Efektif Pipa Kalor ...................................
Analisis Secara Paralel .............................................................
Analisis Secara Seri ..................................................................
Kapilaritas Sumbu Kapiler ............................................................
Permeabilitas ..................................................................................
Porositas...........................................................................................
Batasan Operasional Pipa Kalor ..................................................
Batasan Entrainment .............................................................
Batasan Kapilaritas ................................................................
Batasan Sonik .........................................................................
Batasan Viskositas ..................................................................
Batasan Didih .........................................................................
Fluks Kalor pada Pipa Kalor ( ) ...................................................
Koeisien Perpindahan Kalor ( ) ...................................................
Pool Boiling .....................................................................................
Gelembung Nuklesiasi dan Proses Timbulnya Pendidihan
Nukleat .....................................................................................
Film Boiling ..............................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
52
53
53
54
59
63
66
66
67
68
68
69
69
70
73
Bab 4 Sumbu Kapiler .............................................................
Tipe Sumbu Kapiler Pipa Kalor . ..................................................
Perubahan Tekanan pada Sumbu Kapiler ..................................
Sumbu Kapiler Homogen .......................................................
Sumbu Kapiler Tidak Homogen ............................................
Mesh ........................................................................................
Sintered Wicks ........................................................................
Grooved Wick ...........................................................................
Biomaterial ...............................................................................
Sudut Kontak .................................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
78
78
80
80
81
84
84
85
85
93
97
vi
73
74
75
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Bab 5 Fluida Kerja Pipa Kalor ....................................................
Pemilihan dan Penentuan Fluida Kerja .......................................
Fluida Kerja Nanoluida ................................................................
Fluida Kerja Organik ....................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
100
100
104
114
116
Bab 6 Prosedur Perancangan Pipa Kalor .................................
Alur Perancangan Pipa Kalor ......................................................
Parameter Perancangan .........................................................
Priming ...........................................................................................
Kekuatan Dinding Pipa Kalor ......................................................
Pemilihan Sumbu ...........................................................................
Konduktivitas Termal Sumbu Kapiler .........................................
Rasio Volume Fluida Kerja............................................................
Datar Pustaka ................................................................................
119
119
121
123
124
125
126
127
128
Bab 7 Pembuatan dan Pengujian Pipa Kalor ..........................
Pembuatan Pipa Kalor ..................................................................
Pembuatan Pipa Kalor Lurus ................................................
Pembuatan Pipa Kalor Melingkar .........................................
Pembuatan Pipa Kalor Pelat ..................................................
Pembuatan Sumbu Kapiler ....................................................
Proses Las dan Penutupan Ujung-Ujung Pipa Kalor ............
Proses Vakum dan Pengisian Fluida Kerja ............................
Pengujian Pipa Kalor .....................................................................
Datar Pustaka ................................................................................
129
129
129
130
131
131
136
137
137
142
Bab 8 Aplikasi Pipa Kalor .......................................................... 144
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Prosesor ..................................... 145
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Lampu LED ................................ 150
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Vaksin Boks ............................... 152
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Alat Bedah Beku Kanker
(Cryosurgery)................................................................................... 154
Kata Pengantar
vii
Aplikasi Pipa Kalor pada Kulkas Termoelektrik ........................
Aplikasi Pipa Kalor pada Elektroforesis ......................................
Aplikasi Pipa Kalor pada Pendingin BTS ...................................
Aplikasi Pipa Kalor pada Alat Terapi Kanker Prostat ...............
Aplikasi Pipa Kalor pada Pendingin Gusi ..................................
Solar Kolektor Pipa Kalor ..............................................................
Beberapa Penelitian Tentang Pipa Kalor .....................................
Datar Pustaka.................................................................................
viii
156
158
159
159
161
162
164
183
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Teori, Desain dan Aplikasi
Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
PENERBIT UNIVERSITAS INDONESIA
(UI-PRESS), 2014
Kata Pengantar
i
Perpustakaan Nasional RI Katalog Dalam Terbitan (KDT)
Nandy Putra
Teknologi pipa kalor: teori desain dan aplikasi/Nandy Putra,
Wayan Nata Septiadi. — Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia
(UI-Press), 2014.
viii, 185 hlm; 23 cm.
Bibliograi
ISBN 978-979-456-568-1
1. Transmisi panas.
I. Judul
II. Wayan Nata Septiadi
621.402 2
© Hak Pengarang dan Penerbit Dilindungi Undang-Undang
Cetakan 2014
Pengarang: Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
Dicetak oleh: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press)
Penerbit: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press)
Jl. Salemba 4, Jakarta 10430, Telp. 319-35373; Fax. 319-30172
Website: http://uipress.ui.ac.id. email: penerbit.uipress@gmail.com
ii
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Kata Pengantar
Keinginan membuat buku pipa kalor didasari oleh masih barunya
ilmu mengenai pipa kalor khususnya di Indonesia. Bagi banyak
kalangan istilah pipa kalor terkadang masih sangat asing padahal pipa
kalor sudah berkembang sejak lama. Seiring dengan dilakukannya
riset mengenai pipa kalor di laboratorium kami mulai tahun 2009
maka kami mencoba menyusun sebuah buku tentang teori dan
pipa kalor berdasarkan dari review jurnal-jurnal tentang pipa kalor
maupun dari hasil-hasil riset yang telah dilakukan.
Buku Teknologi Pipa Kalor ini berisikan 8 bab yang materinya
mencakup mengenai sejarah perkembangan pipa kalor, teori dan
perancangan pipa kalor serta aplikasi pipa kalor. Bab 1 berisikan
pendahuluan yang membahas mengenai sejarah perkembangan pipa
kalor, riset-riset pipa kalor maupun beberapa paten pipa kalor. Bab 2
membahas tipe-tipe pipa kalor yakni pipa kalor konvensional (straight
heat pipe), pipa kalor melingkar (loop heat pipe) dan pipa kalor datar
(vapor chamber). Bab 3 berisikan tentang teori perpindahan kalor
pada pipa kalor dan aliran luida pada pipa kalor. Bab 4 dan Bab
5 masing-masing membahas mengenai sumbu kapiler dan luida
kerja pada pipa kalor. Bab 6 dan Bab 7 berisikan tentang prosedur
dan perancangan pipa kalor serta prosedur pengujian pipa kalor.
Bab 8 yang merupakan bab terakhir dari buku ini berisikan tentang
aplikasi-aplikasi dari pipa kalor terutama yang sudah dilakukan di
laboratorium kami.
Kata Pengantar
iii
Penulis sangat berharap buku ini dapat memberikan suatu
gambaran mengenai pipa kalor baik teori, perancangan maupun
aplikasi khususnya bagi mahasiswa, pendidik, peneliti maupun
masyarakat Indonesia secara keseluruhan.
Penulis juga mengharapkan banyak masukan dan saran yang
bersifat konstruktif dari berbagai kalangan sehingga buku Teknologi
Pipa Kalor ini dapat disusun secara lebih sempuna dan lebih lengkap.
Depok, Oktober 2014
Nandy Putra
Wayan Nata Septiadi
iv
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Datar Isi
Kata Pengantar ......................................................................
Datar Isi ................................................................................
iii
v
Bab 1 Pendahuluan................................................................
Apa Itu Pipa Kalor? ........................................................................
Sejarah Pipa Kalor ..........................................................................
Kebutuhan terhadap Teknologi Pipa Kalor ................................
Datar Pustaka.................................................................................
1
1
4
12
17
Bab 2 Tipe dan Prinsip Kerja Pipa Kalor..............................
Tipe Pipa Kalor ..............................................................................
Pipa Kalor Konvensional ..............................................................
Jenis Pipa Kalor Konvensional . ..............................................
Prinsip Kerja Pipa Kalor Konvensional ..................................
Pipa Kalor Melingkar .....................................................................
Jenis Pipa Kalor Melingkar ......................................................
Kerja Pipa Kalor Melingkar . ...................................................
Pipa Kalor Datar (Vapor Chamber)..............................................
Prinsip Kerja Vapor Chamber ................................................
Datar Pustaka ................................................................................
21
21
21
23
25
30
32
36
39
40
43
Bab 3 Teori Perpindahan Kalor dan Aliran Fluida pada Pipa
Kalor ...................................................................................
Perpindahan Kalor dan Perubahan Temperatur .......................
Hambatan Termal Pipa Kalor ......................................................
47
47
51
Kata Pengantar
v
Konduktivitas Termal Efektif Pipa Kalor ...................................
Analisis Secara Paralel .............................................................
Analisis Secara Seri ..................................................................
Kapilaritas Sumbu Kapiler ............................................................
Permeabilitas ..................................................................................
Porositas...........................................................................................
Batasan Operasional Pipa Kalor ..................................................
Batasan Entrainment .............................................................
Batasan Kapilaritas ................................................................
Batasan Sonik .........................................................................
Batasan Viskositas ..................................................................
Batasan Didih .........................................................................
Fluks Kalor pada Pipa Kalor ( ) ...................................................
Koeisien Perpindahan Kalor ( ) ...................................................
Pool Boiling .....................................................................................
Gelembung Nuklesiasi dan Proses Timbulnya Pendidihan
Nukleat .....................................................................................
Film Boiling ..............................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
52
53
53
54
59
63
66
66
67
68
68
69
69
70
73
Bab 4 Sumbu Kapiler .............................................................
Tipe Sumbu Kapiler Pipa Kalor . ..................................................
Perubahan Tekanan pada Sumbu Kapiler ..................................
Sumbu Kapiler Homogen .......................................................
Sumbu Kapiler Tidak Homogen ............................................
Mesh ........................................................................................
Sintered Wicks ........................................................................
Grooved Wick ...........................................................................
Biomaterial ...............................................................................
Sudut Kontak .................................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
78
78
80
80
81
84
84
85
85
93
97
vi
73
74
75
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi
Bab 5 Fluida Kerja Pipa Kalor ....................................................
Pemilihan dan Penentuan Fluida Kerja .......................................
Fluida Kerja Nanoluida ................................................................
Fluida Kerja Organik ....................................................................
Datar Pustaka.................................................................................
100
100
104
114
116
Bab 6 Prosedur Perancangan Pipa Kalor .................................
Alur Perancangan Pipa Kalor ......................................................
Parameter Perancangan .........................................................
Priming ...........................................................................................
Kekuatan Dinding Pipa Kalor ......................................................
Pemilihan Sumbu ...........................................................................
Konduktivitas Termal Sumbu Kapiler .........................................
Rasio Volume Fluida Kerja............................................................
Datar Pustaka ................................................................................
119
119
121
123
124
125
126
127
128
Bab 7 Pembuatan dan Pengujian Pipa Kalor ..........................
Pembuatan Pipa Kalor ..................................................................
Pembuatan Pipa Kalor Lurus ................................................
Pembuatan Pipa Kalor Melingkar .........................................
Pembuatan Pipa Kalor Pelat ..................................................
Pembuatan Sumbu Kapiler ....................................................
Proses Las dan Penutupan Ujung-Ujung Pipa Kalor ............
Proses Vakum dan Pengisian Fluida Kerja ............................
Pengujian Pipa Kalor .....................................................................
Datar Pustaka ................................................................................
129
129
129
130
131
131
136
137
137
142
Bab 8 Aplikasi Pipa Kalor .......................................................... 144
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Prosesor ..................................... 145
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Lampu LED ................................ 150
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Vaksin Boks ............................... 152
Pipa Kalor Sebagai Pendingin Alat Bedah Beku Kanker
(Cryosurgery)................................................................................... 154
Kata Pengantar
vii
Aplikasi Pipa Kalor pada Kulkas Termoelektrik ........................
Aplikasi Pipa Kalor pada Elektroforesis ......................................
Aplikasi Pipa Kalor pada Pendingin BTS ...................................
Aplikasi Pipa Kalor pada Alat Terapi Kanker Prostat ...............
Aplikasi Pipa Kalor pada Pendingin Gusi ..................................
Solar Kolektor Pipa Kalor ..............................................................
Beberapa Penelitian Tentang Pipa Kalor .....................................
Datar Pustaka.................................................................................
viii
156
158
159
159
161
162
164
183
Teknologi Pipa Kalor; Teori, Desain dan Aplikasi