Mengenal Termosiphon: Cara Kerja, dan Penggunaannya

 

Dengan kemampuannya yang terus meningkat, peran komputasi dalam teknologi modern telah datang dengan permintaan eksponensial untuk pendinginan dan manajemen termal. 

"Teknologi baru beku" terbaru yang telah masuk ke dunia komputasi konsumen adalah termosiphon. Thermosiphon pada akhirnya dapat menggantikan heat sink standar , pipa panas , pendingin air, dan perangkat manajemen termal lainnya.

Apa itu thermosiphon?

Thermosiphon adalah perangkat manajemen termal yang digerakkan secara pasif yang memanfaatkan kekuatan motif konveksi dan konduksi alami. 

Perangkat menggunakan kekuatan ini untuk membuat aliran fluida siklik dari area panas tinggi ke panas rendah dan kembali. Anda akan melihat istilah thermosiphon yang digunakan di berbagai industri seperti pengumpulan energi surya, sistem otomotif, dan elektronik. 

Seperti sifon standar, termosifon tidak memerlukan pompa mekanis atau elektrik untuk memindahkan cairan melalui sistem loop terbuka atau tertutup. Pendinginan elektronik hanya menggunakan sistem loop tertutup karena termosifon biasanya berupa air, refrigeran, atau gas di bawah tekanan sub-atmosfer.

Cara Kerja Thermosiphon 

Sama seperti sifon normal bergantung pada tekanan diferensial antara tekanan atmosfer dan vakum tekanan hidrostatik, termosifon bergantung pada berbagai tekanan yang diciptakan oleh perbedaan densitas di suhu yang berbeda. 

Tekanan ini cukup besar untuk menciptakan aliran substansial di seluruh sistem loop tertutup atau terbuka.Pada gambar di atas, thermosiphon memanaskan tangki air menggunakan energi matahari dengan proses sebagai berikut:

• Kolektor menyerap energi matahari dan mentransfer energi panas dari matahari ke dalam air.
• Pemanasan air menurunkan kerapatannya, menyebabkannya naik melalui sistem.
• Substrat yang lebih dingin jatuh ke sisi berlawanan dari loop dan masuk ke kolektor.

Jika Anda membalikkan posisi relatif antara kolektor dan tangki, Anda memerlukan pompa untuk melawan gaya hidrostatik alami yang dihasilkan thermosiphon. 

Lihat di bawah untuk ilustrasi termosifon yang sangat baik melalui ilustrasi tahun 1937 tentang radiator yang mendinginkan ruang bakar dari blok mesin empat silinder. Namun dalam hal ini, cairan pendingin cenderung berubah fase, yaitu menguap, ketika terkena ruang bakar dan mengembun melalui radiator.

Aplikasi Thermosiphon di Elektronik Konsumen Modern

Produsen merancang termosifon untuk elektronik menggunakan premis yang sama seperti termosifon surya dan otomotif. Namun, mengingat penggunaannya dalam aplikasi industri berdaya tinggi, desain ini seringkali bersifat eksklusif. 

Salah satu sistem pendingin berbasis thermosiphon yang akan segera dirilis untuk komputasi konsumen adalah Pendingin CPU ProSiphon Elite dari IceGiant . 

Perangkat ini adalah salah satu perangkat manajemen termal kelas industri siap pakai pertama yang menggunakan teknologi thermosiphon, berbeda dengan kombinasi heat pipe/ heat sink yang lebih sering kita lihat. 

Metode pendinginan IceGiant bahkan mengungguli perangkat pendingin cair.Karena tidak memerlukan pompa, mungkin terbukti lebih andal dari waktu ke waktu juga. Tidak seperti pendinginan cair, termosifon memungkinkan perubahan fasa, yang membuatnya lebih efisien dalam menyerap energi daripada pendinginan cair.

Keuntungan Thermosiphon vs Pipa Panas

Jika dibandingkan dengan pendinginan thermosiphon, pipa panas memiliki satu kelemahan khusus: mereka bergantung pada bahan wicking untuk membawa kondensat kembali ke evaporator di mana ia dapat mengubah fase dan menyerap energi dengan baik. 

Dengan kata lain, substrat (seperti air) di dalam pipa panas harusdapat menguap di sisi pemanasan, mengembun di sisi kondensasi, dan bergerak melalui sumbunya melalui aksi kapiler untuk bekerja sebagai sistem termal penuh. 

Mengingat permintaan energi GPU dan CPU yang terus meningkat, konfigurasi heat pipe dan heat sink standar rentan menjadi tidak efektif jika terlalu banyak energi diterapkan suatu kondisi yang disebut "pipa panas mengering". 

Kondisi ini terjadi ketika sistem pipa panas menyerap terlalu banyak panas, dan sumbu kondensasi tidak dapat membawa substrat ke sumber panas utama. Pada akhirnya, seluruh pipa panas berhenti memindahkan panas dari sumber panas. 

Ambang batas perpindahan energi pipa panas ini disebut "batas didih". Geometri pipa panas menentukan ambang ini, serta karakteristik fisik pipa dan substrat.

Thermosiphons, di sisi lain, bergantung secara eksklusif pada gravitasi dan tekanan hidrostatik berikutnya untuk mengembalikan cairan kental atau didinginkan ke sumber panas. 

Kemampuan mereka untuk memindahkan cairan kental kembali ke sumber panas tanpa bergantung pada bahan wicking dapat mengakibatkan teknologi thermosiphon yang digunakan dalam gelombang berikutnya dari pendinginan prosesor daya tinggi. 

Pendinginan elektronik akan terus berkembang seiring dengan kebutuhan komputasi di semua industri. Pasar pendinginan pusat data bahkan diperkirakan akan mencapai nilai $8 miliar pada tahun 2023. 

Mengingat permintaannya di masa mendatang, tidak ada keraguan bahwa kita akan melihat teknologi termosiphon bekerja dalam satu atau lain bentuk untuk membantu menjaga teknologi kita tetap dingin, memungkinkan komputer yang kuat untuk berjalan dengan cepat dan efisien.