Hambatan Termal (Thermal Resistance)

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
dalam file pdf: Hambatan Termal (Thermal Resistance)

I. Fluks Kalor (Heat Flux)

Fluks Kalor (Heat Flux) didefiniskan sebagai besarnya laju aliran kalor pada luas penampang aliran kalor. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

dimana q adalah fluks kalor, adalah laju aliran kalor, dan Aadalah luas penampang aliran kalor. Oleh karena itu fluks kalor untuk perpindahan kalor secara konduksi pada benda yang memiliki luas penampang seragam searah dengan perpindahan kalor dapat dituliskan menjadi:

Gambar 1. Perpindahan Kalor Konduksi

Dimana k adalah konduktifitas termal, ΔTadalah perbedaan temperatur, dan L adalah tebal bahan. Untuk perpindahan kalor secara konveksi dapat dituliskan menjadi:

Gambar 2. Perpindahan Kalor Konveksi

dimana h adalah koefisien konveksi dan ΔT adalah perbedaan temperatur antara fluida dengan benda.

II. Analogi Rangakaian Listrik

Fenomena perpindahan kalor sering kali dianalogikan dengan fenomena aliran listrik pada sebuah hambatan. Jika ada beda potensial antara kedua ujung hambatan listrik maka arus istrik akan mengalir dengan mengkuti hukum Ohm, yaitu:

dimana Iadalah arus listrik yang mengalir (A), ΔVadalah beda potensial (V), dan R_totaladalah hambatan listrik (Ω). Jika beberapa hambatan listrik yang tersusun secara seri maka hambatan listrik totalnya adalah

Sedangkan jika tersusun secara paralel, maka hambatan listrik totalnya adalah

Dalam rangkaian listrik, arus dapat mengalir karena adanya beda potesial (tegangan). Sedangakan dalam perpindahan kalor, kalor dapat mengalir karena adanya perbedaan temperatur. Oleh karenanya beda potensial dapat menganalogikan beda temperatur. Sedangkan hambatan listrik dapat menganalogikan hambatan termal.

Hambatan Kalor pada Selubung Bangunan

Fenomena perpindahan kalor sering kali dianalisis di bidang bangunan dan bidang pendingin elektronik. Istilah hambatan termal pada kedua bidang ini sedikit berbeda karena pada bidang bangunan biasanya selubung bangunan (dinding dan atap) memiliki luas penampang yang sama untuk lapisan penyusunnya. Contohnya adalah sebuah dinding yang terdiri dari lapisan semen, batu bata, dan lapisan semen memiliki luas penampang yang sama. Oleh karena itu fluks kalor dianalogikan sebagai arus listrik sehingga flux kalor dapat dituliskan menjadi:

dimana hambatan kalor untuk konduksi adalahdan untuk konveksi:

Hambatan Kalor pada Pendingin Elektronik

Sedangkan dalam bidang pendingin elektronik, luas penampang masing-masing komponen berbeda. Contohnya jika sebuah prosesor yang ditempelkan heat sink sebagai pendingin maka luas penampang prosesor dan heat sink sering kali berbeda. Oleh karena itu laju aliran kalor dianalogikan sebagai arus listrik sehingga persamaan perpinahan kalornya menjadi:

dimana hambatan kalor untuk konduksi adalahdan untuk konveksi menjadi

Jika terdapat beberapa lapisan bahan atau komponen dalam suatu sistem maka perhitungan hambatan termal totalnya dapat dihitung dengan cara yang sama dengan hambatan listrik pada rangkaian listrik.