menghitung kemampuan heat sink (thermal resistance heat sink)

heat sink (pembuang panas)

heat sink merupakan komponen pasif yang berfungsi memindahkan panas ke medium lain di lingkungan sekitarnya (dalam pembahasan ini adalah udara)

apakah heat sink penting?
tentu sangat penting, di bidang elektronik di pergunakan sebagai pendingin transistor, ic (regulator tegangan, prosesor, driver, dll)

berapakah ukuran heat sink yang sesuai?
terdapat di datasheet yang di keluarkan produsen heat sink, pilih sesuai kebutuhan

tapi, saat saya membeli heat sink di toko, semuanya tidak ada datasheetnya...
sedangkan heat sink ini akan saya potong sesuai ketebalan box panel.
berapa sebenarnya kemampuan heat sink saya membuang panas?

Ahaaaaa........ saya ada solusinya !!!! (seperti iklan home shooping di tv)


1.langkah -langkah :

marking heat sink ke kertas

1.1.ukur panjang permukaan heat sink, bagian belakang yang menempel dengan peralatan tidak usah di hitung

hasil marking dan pengukuran

1.2.dari hasil pengukuran heat sink yang di pergunakan,
panjang permukaan samping dan depan total (p) : 485 mm  (bagian belakang 50 mm tidak usah di ukur)

tinggi heat sink (t) = 51 mm
luas permukaan fin (A) = p x t
luas permukaan fin (A) = 485 mm x 51 mm
luas permukaan fin (A) = 23358 mm2
luas permukaan fin (A) = 2,3358 x 10^-2  m2

1.3.hitung thermal resistance heat sink to ambient (temperatur udara sekitar) (Rth)

ukur temperatur ambient (udara ruangan), misal (Ta) = 30 degC
nilai convective heat transfer coefisien terendah (hc) = 10 W/m.K
(di ambil nilai terendah adalah untuk keamanan, saat terdapat parameter temperatur udara ruangan berubah dalam box misal, sedikit mengalami kenaikan, panas komponen elektronik tidak melebihi batas max nya)

Rth = 1 / ( hc x A )
Rth = 1 / ( 10 W/m.K  x  2,3358 x 10^-2  m2 )
Rth = 4,2812 C/W

kemampuan / thermal resistance heat sink sudah di ketahui, Rth = 4,2812 C/W
dan nilai Rth heat sink ini adalah nilai heat sink to ambient Rth(j-a) = 4,2812 C/W


2.aplikasi heat sink :

heat sink di pergunakan untuk mendinginkan regulator tegangan LM7805
tegangan input regulator (Vin) = 15 V
tegangan output regulator (Vout) = 5 V
arus di tarik dari regulator ke beban (I) = 1A
thermal resistance junction to case Rth(j-c) = 4 C/W (lihat di datasheet LM 7805)
temperatur inti / junction LM 7805 max = 150 degC (lihat di datasheet LM 7805)

2.1. hitung power dissipation regulator tegangan

power dissipation adalah daya yang di buang regulator tegangan LM7805 menjadi panas untuk mempertahankan tegangan output.

power dissipation (P) = (Vin - Vout) x I
power dissipation (P) = (15V - 5V) x 1A
power dissipation (P) = 10 Watt

2.2. hitung temperatur inti / junction LM7805

thermal resistance case to heat sink Rth(c-h), adalah thermal resistance antara body LM7805 dengan heat sink.
thermal resistance nya di buat serendah mungkin dengan menggunakan thermal paste (agar tidak terdapat celah udara, yang mengakibatkan penyaluran panas LM7805 ke heat sink rendah)

contoh thermal paste dg thermal resistance = 0,225 C.in2/W

thermas paste pada contoh gambar di atas, nilai Rth(c-h) harus di hitung berdasar thermal resistance thermal paste tsb dengan luas permukaan body / case LM7805 (luas case LM7805 (A) = 0,2325 in2)
Rth(c-h) thermal paste contoh gambar = thermal resistance thermal paste / luas case LM7805
Rth(c-h) thermal paste contoh gambar = 0,225 C.in2/W  x  0,2325 in2
Rth(c-h) thermal paste contoh gambar = 0,97 C/W

tetapi di sini kita pergunakan thermal paste dengan nilai Rth(c-h) = 0.3 C/W

temperatur junction (Tj) = ( P x ( Rth(j-c) + Rth(c-h) + Rth(h-a) )) + Ta
temperatur junction (Tj) = ( 10W x ( 4 C/W + 0,3 C/W +  4,2812 C/W  )) + 30 degC
temperatur junction (Tj) = 115,812 degC

2.3. hitung temperatur pada masing masing bagian

- berapa temperatur di heat sink ?
heat sink (Th) = ( P x  Rth(h-a) ) + Ta )
heat sink (Th) = ( 10 W  x  4,2812 C/W ) + 30 degC
heat sink (Th) = 72,812 degC

- berapa temperatur di case/body LM7805 yg menempel di heat sink ?
temperatur case (Tc) = ( P x ( Rth(c-h) + Rth(h-a) )) + Ta
temperatur case (Tc) = ( 10 W  x  ( 0,3 C/W + 4,2812 C/W )) + 30 degC
temperatur case (Tc) = 75,812 degC 

3.keimpulan

temperatur junction (Tj) LM7805 saat beroperasi = 115,812 degC dan
temperatur inti / junction LM 7805 max = 150 degC (lihat di datasheet LM 7805)

temperatur junction (Tj) LM7805 saat beroperasi < temperatur inti / junction LM 7805 max.
jadi kapasitas heat sink di atas untuk membuang panas LM7805 dinyatakan CUKUP

langkah langkah perhitungan dalam video.

video link : https://youtu.be/dDOWqLpOYmU

menghitung panas kabel berdasar arus mengalir [VIDEO]

video link: https://youtu.be/ZcZLW56sj1U

resistansi inti kabel mengakibatkan rugi daya (daya diubah menjadi panas)
video sebelumnya : https://888-88.blogspot.com/2020/05/menghitung-rugi-tegangan-dan-daya-pada.html

panas inti kabel tidak boleh melebihi kemampuan isolator.
untuk isolator dengan bahan PVC, batas max adalah 60 derajat C
kesalahan pemilihan ukuran kabel yang tidak sesuai dengan arus yang mengalir, akan menyebabkan panas kabel yang tinggi dan kemudian dapat melelehkan isolator atau mencairkan inti kabel

perhitungan di video ini, merupakan metode pengecekan tambahan dari perhitungan pemilihan ukuran kabel berdasarkan kerapatan arus (current density) ataupun tabel spesifikasi produsen.

current density untuk pemilihan ukuran kabel yang sering di pakai adalah 3A/mm2 untuk kabel berisolator dan di tempatkan dalam tray cable berventilasi.

kabel yang di tempatkan dalam ruang sempit dan tertutup, perlu di ketahui temperatur ruang di sekitarnya (saat beroperasi), agar dapat di ketahui panas max inti kabelnya.

menghitung rugi tegangan dan daya pada kabel listrik [VIDEO]

video link : https://youtu.be/vwaXjy9DLo4

luas penampang dan panjang kabel akan mempengaruhi jumlah kehilangan / rugi tegangan dan daya pada kabe penghantar / transmisi listrik.

kehilangan / rugi tegangan dan daya pada kabel, berdampak pada tingginya tagihan listrik dan rendahnya supply daya maupun tegangan listrik pada peralatan (sehingga peralatan tidak dapat bekerja secara optimal )

penggunaan kabel yang tidak sesuai dengan arus yang mengalir, akan menyebabkan panas berlebih dan akan mengakibatkan isolator kabel meleleh atau terbakar.
panas yang lebih tinggi akan mengakibatkan inti kabel membara / meleleh / putus.

Bila kabel dengan panas berlebih menempel pada benda yang mudah terbakar sepeti kayu, platik, kertas, kain, dll, akan mengakibatkan kebakaran

bersambung ke video berikutnya : https://888-88.blogspot.com/2020/05/menghitung-panas-kabel-berdasar-arus.html