Simulasi Aliran Panas pada Perangkat Keras Intelligent Railway Vibration Monitor System
Rafif Rafikhansa, Dr. Benidiktus Tulung Prayoga, S.T., M.T.
2024 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN
Transportasi umum
memiliki peran penting bagi pembangunan dan perekonomian. Salah satu moda
transportasi yang ada di Indonesia yaitu kereta api. Faktor yang mendapatkan
pertimbangan pemilihan moda transportasi teratas yaitu faktor keamanan dan
kenyamanan. Salah satu cara untuk meningkatkan faktor tersebut berupa
memastikan kondisi rel kereta api dalam kondisi baik. Untuk mengetahui kondisi
rel kereta api maka dibuatlah sistem bernama IRV-MS. Perangkat keras IRV-MS
saat ini masih dalam tahap pengembangan dan masih terdapat permasalahan yang
harus diperbaiki. Salah satu permasalahannya yaitu kerusakan komponen karena
aliran panas. Data suhu komponen akan diambil melalui uji eksperimental dimana
perangkat keras IRV-MS akan diletakkan pada tempat yang terpapar sinar matahari
secara langsung selama satu jam dan data diambil dengan interval 5 menit. Data
akan diolah dan digunakan sebagai komparasi dengan simulasi Computational Fluid
Dynamics (CFD). Pembuatan model existing perangkat IRV-MS secara 3D
menggunakan aplikasi Autodesk Inventor. Model existing tersebut
disimplifikasi untuk memudahkan proses simulasi menggunakan aplikasi ANSYS
SpaceClaim. Simulasi CFD akan dilakukan
menggunakan aplikasi ANSYS Electronic Dekstop (AEDT). Komponen elektronik
tersebut akan diberikan thermal input berupa power dan fixed
temperature. Hasil simulasi CFD pada model existing menunjukkan
adanya beberapa komponen yang mencapai suhu lebih dari 50 oC. Hasil simulasi juga dianalisis dengan bantuan temperature
contour dan velocity vector
untuk memudahkan dalam proses modifikasi. Nilai temperatur pada hasil simulasi
dikomparasi dengan menggunakan nilai temperatur pada pengujian eksperimental
menggunakan Root Mean Square Error (RMSE). Hasil RMSE menunjukkan error
pada hasil simulasi CFD diangka 5,3. Modifikasi berupa menyamakan, menambah
lubang eksposure dan menambah heatsink pada beberapa komponen. Hasil iterasi
terbaik menunjukkan adanya pengurangan suhu pada komponen hingga 10?n juga
aliran panas yang terjadi didalam perangkat keras IRV-MS membaik dibandingkan
dengan model existing.
Public transportation
plays a crucial role in development and the economy. One such mode of
transportation in Indonesia is the railway system. Travelers consider several
factors when choosing a mode of transportation, with safety and comfort being
two primary considerations. Ensuring the good condition of railway tracks is a
means to enhance safety and comfort. To assess the condition of railway tracks,
a system named IRV-MS has been developed. The hardware of IRV-MS is currently
in the developmental stage, and there are issues that need to be addressed. One
such issue is component damage due to heat flow. Experimental temperature data
for components are gathered by activating the IRV-MS hardware and placing it in
direct sunlight. The testing lasts for one hour, with data collected at
5-minute intervals. The collected data is processed and used to validate
Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The 3D model of the existing
IRV-MS hardware is created using Autodesk Inventor, then simplified in ANSYS
SpaceClaim for simulation purposes. CFD simulations are conducted using ANSYS
Electronic Desktop (AEDT). Electronic components are subjected to thermal
inputs in the form of power and fixed temperature. CFD simulation results for
the existing model indicate that some components reach temperatures exceeding
50 °C. The simulation results are analyzed using temperature contour and
velocity vector aids to facilitate the modification process. Before
modifications, simulation temperature values are validated against experimental
values using the Root Mean Square Error (RMSE). The RMSE results indicate an
error of 5.3 in the CFD simulation. Modifications to the existing model involve
aligning, adding exposure holes, and incorporating heatsinks for certain
components. The modification process is iterated five times. The best iteration
results in a temperature reduction of 10% for components and improved heat flow
within the IRV-MS hardware compared to the existing model.
Kata Kunci : IRV-MS, thermal model, analisis CFD, thermal design, RMSE