Heat Pipe

Heat Pipe adalah sebuah teknologi penghantaran panas dengan menggunakan pipa berukuran tertentu yang berisi cairan khusus sebagai penghantar panas dari ujung yang panas (evaporator) ke ujung lain sebagai  pendingin (kondensor).  Pipa tersebut biasanya terbuat dari bahan aluminium, tembaga atau tembaga  berlapis nikel. Pada bagian dalam pipa terdapat wick sebagai saluran kembalinya fluida menuju evaporator.

Cara kerja Heat Pipe

Ketika cairan dalam pipa menguap, maka cairan menyerap kalor laten penguapan. Perbedaan tekanan antara evaporator dan kondenser menyebabkan uap mengalir melewati daerah adiabatik menuju kondenser yang mempunyai suhu lebih rendah. Disini uap mengalami pelepasan kalor laten penguapan, dan akan mengkondensi membentuk fase cair. Kemudian wick mengembalikan cairan tersebut menuju evaporator dengan menggunakan prinsip kapilaritas hingga siklus terbentuk terus menerus secara natural. 

Pada gambar dibawah ini menunjukan bahwa, evaporator yang berada pada salah satu ujung menyerap kalor yang menyebabkan cairan menguap, sementara pada ujung yang lain, kondenser melepas kalor yang menyebabkan uap mengembun. Pada bagian adiabatik yang terletak diantara keduanya merupakan penghubung dimana fluida kerja bersirkulasi. Adiabatik adalah keadaan dimana tidak terjadi (atau sangat kecil, dapat diabaikan) perpindahan kalor ke atau dari lingkungan ke sistem. 

Mekanisme Perpindahan Kalor

Komponen Heat Pipe

1.      Countainer

Logam tube, biasanya terbuat dari tembaga atau aluminium. Memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi. Pipa/tube tersebut dapat ditekuk, di pipihkan dan diratakan.

2.      Fluida Kerja

Dapat berupa fluida dasar (air, helium, ethyleneglycol, ethanol, dll) atau fluida campuran (nano fluida dll). Pemakaian fluida campuran harus merupakan suatu fluida yang tidak menyebabkan deposit pada bagian dalam heat pipe yang dapat mengurangi kinerja heat pipe secara keseluruhan. Jenis fluida kerja bergantung dari rentang temperatur kerja dari aplikasi tersebut.

Dasar pemilihan fluida kerja :

•          Kompabilitas dengan material heat pipe, terdapat cairan tertentu yang dapat merusak material heat pipe sehingga heat pipe harus didesain untuk menggunakan material tertentu.

•          Kestabilan suhu cairan akan mempengaruhi proses penguapan pada cairan tersebut. Pada cairan tertentu dapat menguap pada suhu tertentu juga, pada saat suhu cairan sudah mencapai  titik  penguapan  maka  uap  panas  tersebut  akan  mengalir  pada  bagian pendinginan.

•          Keterbatasan dari material pipa dan wick pada heat pipe.

•          Tekanan uap yang dihasilkan tidak terlalu tinggi agar cairan tersebut dapat bekerja kembali pada suhu normalnya dan dapat kembali ke bagian penyerapan panas untuk menyerap panas kembali.

•          Panas laten yang tinggi.

•          Konduktivitas  cairan  yang  tinggi  sehingga  penyerapan  dapat  berlangsung  cepat dengan aliran  uap cairan yang minimal sehingga penyerapan panas oleh cairan dapat berlangsung secara bergantian.

•          Viskositas uap.

•          Tegangan permukaan yang tinggi.

•          Fluida kerja masuk dalam rentang temperatur uap yang diinginkan.

3.      Wick

Wick merupakan sebuah media yang terpasang pada heat pipe yang difungsikan agar tercipta proses kapilaritas sehingga fluida kerja mampu bersirkulasi secara natural didalam heat pipe. Dalam hal ini wick mengalirkan fluida kerja dari kondenser agar kembali menuju evaporator. 

Efek penggunaan wick :

•       Pompa tekanan tinggi ; dengan pori-pori kapilaritas yang kecil mengakibatkan tekanan kapilarita menjadi sangat besar sehingga mampu mendorong cairan ke evaporator.

•       Permeability; dengan diameter pori yang lebih kecil maka hambatan aliran dan penurunan tekanan pada aliran menjadi lebih kecil sehingga keseimbangan antara tekanan kapilaritas  terjadi.

•       Dengan meningkatkatnya kemampuan mentransfer kalor maka delta T (perbedaan suhu)  yg terjadi lebih kecil