Heat sink dan contoh perhitungannya

Pendingin elektronik merupakan salah satu hal penting yang perlu dipertimbagkan dalam mendesain sebuah perangkat elektronik. Hal ini dikarenakan perfromansi dan umur dari komponen elektronika ini sangat dipengaruhi oleh temperatur kerjanya. Pada saat bekerja, komponen elektronik mengahasilkan kalor (panas). Jika panas ini tidak dilepaskan dengan baik, maka temperaturnya bisa sangat tinggi bahkan terbakar. Sebagai contoh adalah prosesor dalam sebuah computer. Jika temperatur prosesor sangat tinggi, maka bisa kita rasakan computer kita bisa sangat lambat dan bahakan nge “hang”. Nah, untuk menghidari hal ini, biasanya prosesor dilengkapi dengan heatsink untuk menjaga temperatur prosesor agar tidak terlalu panas.

Heat sink terdiri dari baseplate dan sirip-sirip (fins). Baseplate berfungksi sebagai permukaan kontak antara komponen elektronik (seperti prosesor) dan heatsinik. Sedangkan sirip-sirip berfungsi untuk memperbesar permukaan kontak heatsink dengan udara sektar. Seringkali heatsink juga dilengkapi dengan kipas (fan) untuk mengalirkan udara melalui celah diantara sirip-sirip heat sink. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar di bawah ini:

Saat bekerja, prosesor menghasilkan kalor. Kalor ini kemudian ditransferkan ke heat sink dengan cara konduksi. Akibatnya temperatur heatsink juga akan naik karena menerima kalor dari prosesor. Kalor ini harus dialirkan (dibuang) ke lingkungan agar tidak menumpuk di heatsink dan menjadi kondisi overheat. Kalor dari heat sink ditransfer ke udara lingkungan dengan cara konveksi. Kipas dibutuhkan untuk memperbesar koefisien konveksi.

Kali ini kita akan membahas sebuah contoh kasus perpindahan kalor pada prosesor yang menggunakan heat sink sebagai perangkat pendingin elektroniknya. Berikut adalah contoh kasusnya:

Sebuah pendingin prosesor terdiri dari fan dan heat sink. Heat sink memiiki hambatan termal konduksi sebesar 0.2 K/W dan hambatan termal konveksi sebesar 0.3 K/W. Total Luas permukaan heat sink 500 cm². Prosesor tersebut bekerja pada tegangan 12 V, 8A dan akan mengalami kerusakan jika temperature permukaan prosesor melebihi 80 ^oC. Tentukanlah batas temperatur lingkungan (maksimum) agar prosesor dapat bekerja tanpa mengalami kerusakan.                

(asumsikan daya listrik seluruhnya menjadi daya kalor)

Jawaban:

(Tri Ayodha Ajiwiguna)