I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   10 ,   No .   2 May   201 8 ,   p p .   4 6 9 ~4 7 9   I SS N:  2502 - 4752 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 1 0 . i2 . p p 469 - 4 7 9          469       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   F H ig Poten tial o M a g net  o the  P erfor m a nce of  Du a Pie z o elec tric Fa n s in Elec tronics  C o o ling  Sys te m       F a dh ila h   Abd ul Ra za k ,   Ro bia h   Ah m a d ,   Sh a m s ul   Sa rip   UT M   Ra z a k   S c h o o o f   En g in e e ri n g   a n d   A d v a n c e d   T e c h n o lo g y ,   U n iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay si a   Ku a la L u m p u r/Raz a k   S c h o o UT M KL   Ja lan   S u lt a n   Ya h y a   P e tra,  5 4 1 0 0   Ku a la L u m p u r,   M a lay sia   T e l:   + 6 (0 7 ) 5 5 3 7 5 9 9 /3 7 8 9 6 / 3 7 8 9 4 /S P S   Ra z a k   S c h o o UT M KL       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   D ec   4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   2 8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   F eb   19 ,   2 0 1 8       Re c e n tl y ,   p iez o e lec tri c   f a n   h a g a in e d   a tt e n ti o n   a p o ten ti a a c ti v e   c o o li n g   m e th o d   f o e lec tro n ics   d e v ice s.  Ev e n   th o u g h   th e   p iez o e lec tri c   re q u ires   h ig h   v o lt a g e ,   th e re   a r e   f in d in g to   o v e rc o m e   th e   sh o rtco m in g s.  A d d in g   o n   a   m a g n e a th e   ti p   o f   th e   p iez o e le c tri c   f a n   to   a c ti v a te  o th e m a g n e ti c   p a ss iv e   f a n is  o n e   o f   th e   m e th o d to   i n c re a se   th e   to tal  a m p li tu d e   g e n e ra ted   b y   th e   f a n s.  T h is  p a p e w il d isc u ss   o n   th e   p e rf o r m a n c e   o f   in teg ra t e d   p iez o e lec tri c   f a n   w it h   p a ss iv e   fa n (late re fe to   m a g n e ti c   f a n s)  to   e n h a n c e   th e   h e a tran sf e in   c o o li n g   sy ste m .   re p u lsiv e   f o rc e   p ro d u c e d   b y   th e   m a g n e ts  w il c a u se   th e   m a g n e ti c   b lad e s   to   o sc il late   to g e th e w it h   th e   p iez o e lec tri c   f a n .   T h e   p a p e w il f o c u o n   th e   o p ti m iza ti o n   p a ra m e ters   o f   th e   m a g n e ts  f o se lec ted   d im e n sio n   o f   p iez o e lec tri c   f a n .   T h e   p a ra m e ters   u n d e in v e stig a ti o n   a re   th e   p o siti o n   o f   th e   m a g n e o n   th e   p ie z o e lec tri c   f a n ,   n u m b e o f   m a g n e ts  o n   e a c h   b lad e a n d   o rie n tatio n   o f   b lad e w it h   re sp e c to   a d jac e n b lad e .   R e su lt sh o w   th a th e   m a g n e a m id d le  lo c a ti o n   o f   e x ten siv e   b lad e   w it h   d o u b le  m a g n e ts   g e n e ra te  th e   lar g e st  a m p li tu d e ,   8 0 %   b e tt e th a n   f a n   w it h o u m a g n e a n d   f o d u a in teg ra ted   p iez o e lec tri c   fa n   w it h   m a g n e ti c   f a n ,   ra d ial  o rien ta ti o n   g iv e b e tt e re su lt   b y   2 5 % .   B y   in c re a si n g   th e   to tal  a m p li tu d e   u si n g   m a g n e ti c   f o rc e ,   p o w e c o n su m p ti o n   c a n   b e   re d u c e d   w h il e   th e   h e a tran sf e p e rf o r m a n c e   c a n   b e   e n h a n c e d .   it   sh o w a   g o o d   a g re e m e n f o p o sit iv e   h e a tr a n sf e a n d   th e rm a re sista n c e   im p ro v e m e n c o m p a re d   to   n a t u ra c o n v e c ti o n .   K ey w o r d s :   A cti v co o lin g   m eth o d   Hea tr an s f er   co ef f icie n t   Ma g n e tic  f a n s   P iezo elec tr ic   R ep u l s iv f o r ce   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fad h ila h   A b d u l Raza k   UT R az ak   Sch o o l o f   E n g i n e er in g   a n d   A d v an ce d   T ec h n o lo g y ,   U n i v er s iti T e k n o lo g i M ala y s ia  K u ala  L u m p u r / R az a k   Sc h o o l U T MK L   J alan   Su lta n   Ya h y P etr a,   5 4 1 0 0   Ku ala  L u m p u r ,   Ma la y s ia.   T el:   +6 ( 0 7 ) 5 5 3 7 5 9 9 /3 7 8 9 6 /3 7 8 9 4 /SP S R az ak   Sch o o l U T M KL   E m ail:  n o o r d h ilah @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h in v en t io n   o f   p iezo elec tr ic  f an   is   to   r ep lace   cu r r en r ad ial/ax ial  f a n s   [ 1 ]   b y   r ed u c in g   p o w er   co n s u m p tio n   w it h   n o is f r ee   an d   lo n g   li f e.   I is   ca l led   f an   b ec au s t h m ai n   p u r p o s is   to   r ed u ce   te m p er atu r b y   i n cr ea s i n g   t h air   cir cu latio n   i n   th ar ea   ar o u n d   th f a n   tip   o f   t h b lad w h i ch   ar o th er w i s i n   s tag n a n s tate  [ 2 ] .   T h p iezo elec tr ic  f a n   i s   s aid   to   b lo n g   lif b ec a u s it  i s   n o u s i n g   b ea r in g   as  e x i s ted   i n   r ad ial/ax ial  f an s .   Usa g o f   b all  b ea r in g   w o u ld   d eg r ad f a n   e f f icien c y   d u to   f r ict io n   f o r ce   [ 3 ] .   C u r r en r ap id   th er m a m an a g e m en d ev elo p m en o f   m a n y   m ac h in e s   ca u s e s   air - co o li n g   n at u r al  co n v ec tio n   to   b i n s u f f ic ien t   to   en co u n ter   t h h ea t d is s ip ati o n   f r o m   t h elec tr o n ic  d ev ice s .     Hea tr an s f er   en h a n ce m en u s in g   p iezo elec tr ic  f a n   f a l ls   u n d er   h ig h   a m p li tu d v ib r ato r y   m o tio n   o f   co o lin g   tec h n iq u [ 4 ] .   T h m ain   co n ce p i s   t h o s cillat io n   o f   f le x ib le  p iezo elec tr ic  f an   w il ca u s m o tio n   o f   air   s u r r o u n d i n g   t h b lad e/f an   w h ic h   r esu lt s   in   i m p r o v in g   h e at  tr an s f er   co ef f icie n an d   h ea tr an s f er   r ates.  A n   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                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   2 Ma y   2 0 1 8   :    4 6 9     4 7 9   470   alter n ati n g   i n p u cu r r en ( AC )   ca u s es  th p iezo elec tr ic  f an   t o   co n tr ac an d   ex p an d   [ 5 ] .   T h o s cillatio n   o f   th e   f an   ca u s es t h n ea r est air   to   t h f a n   tip   to   m o v ar o u n d   w it h   d y n a m ic  m o v e m e n t,  d ep en d s   o n   th b e h av io u r   o f   th f lo w   f ie ld .   T h d is tu r b in g   air   h elp s   to   r ed u ce   th te m p e r atu r in   t h s y s te m   A   f u n d am en tal  p iezo elec tr ic  f an   is   s h o w n   i n   Fig .   5 .   T h o s cillatio n   o f   t h b lad w il b at  m a x i m u m   w h e n   t h f r eq u e n c y   is   at   r eso n a n ce   [ 6 ] - [ 1 0 ]   w h ic h   is   in f l u en ce d   b y   m u l tip le  f ac to r s .   T o   f u r th er   i m p r o v t h b lad o s cillatio n ,   ad d itio n al  b lad is   attac h ed   to   th p iezo elec tr ic  f a n ,   s o   th at  it i s   b en d in g   as a   b i m etallic  s tr ip   [ 1 1 ] .     A   s in g le  p iezo elec tr ic  f a n   w i ll  o n l y   a f f ec s m all  ar ea   ar o u n d   th f a n   tip   ap p r o p r iate  w it h   s m a ll   p o w er   co n s u m p tio n   f o r   ea ch   b lad o f   th p iezo elec tr ic  f a n .   Du al   f a n s   m ig h e n h an ce   th e   h ea tr a n s f er   b it   th u s   m u ltip le  p iezo elec tr ic  f a n s   m i g h e x p an d   th e   in f l u e n c to   g r ea ter   ar ea .   Ho w e v er ,   co n s u m in g   m a n y   p iezo elec tr ic  f an s   i n   a   s y s te m   r eq u ir m o r co s t   as  w ell.   T h f u n d a m en ta h ea tr an s f er   i m p r o v e m en t   u s i n g   p iezo elec tr ic  f an   d ep en d s   o n   th v elo cit y   a n d   d is p er s io n   o f   air   s tr ea m s   i n f lu e n ce d   b y   th p iezo elec tr ic  b lad e   [ 1 2 ] .   T h er ef o r e,   Yeo m   [ 1 3 ]   in   h i s   s tu d y   h as  u n d er g o n an   ex p er i m e n o n   m u ltip le  c ar b o n   f ib r b lad es   ar r an g ed   in   ar r a y   d r iv e n   b y   o v al  lo o p   s h ell  co n s i s o f   p iez o elec tr ic  s tack   ac tu ato r .   T h m ai n   ai m   i s   to   g ain   m ax i m u m   v e lo cit y   a n d   air   s tr ea m   in d u ce d   to   th s u r r o u n d i n g   air .   Dif f er en m ater ial  to   b attac h ed   to   th p iezo elec tr ic  b lad w o u ld   g i v d if f er en i n f l u e n ce   to   th o p er atin g   p ar a m eter s   s u ch   a s   r eso n an ce   f r eq u e n c y   a n d   a m p lit u d [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h er ef o r e,   ty p o f   m ater ial   attac h ed   to   th p iezo elec tr ic  b lad p lay s   i m p o r tan r o le  i n   f ab r icatin g   h ig h   q u a lit y   o f   p iezo elec tr ic  f an .   I n   th ea r l y   s ta g o f   i n v esti g ati o n ,   th i s   asp ec is   n o v ital   f o cu s   th u s   th t y p o f   m at er ial  w a s   s elec te d   an al y ticall y   s u c h   h ad   b ee n   d o n b y   A c ik al in   b y   s elec tin g   s tain le s s   s teel  [ 1 4 ] ,   p h o s p h o r   co p p er   b y   Su   et  al.   [ 1 5 ]   an d   Ma   et  al.   [ 1 6 ] .   Sele ctio n   o f   s u itab le  b lad e/b ea m   in v o l v es  f e w   cr iter ia  s u ch   a s   lig h an d   f le x ib le   w h ic h   r eq u ir s u itab le  d en s it y   an d   Yo u n g   Mo d u lu s   o f   th m ater ial.   B y   co m p ar is o n   d o n b y   Ki m b er   et  al.   [ 2 ] ,   M y lar   g i v es  t h b est  p er f o r m an ce   o f   f an   o s cilla tio n .   B y   u s in g   M y lar ,   th r esu lt  o b tain ed   f o r   o p er atin g   f r eq u en c y   i s   s m all  w it h   g r ea te r   av er ag a m p li tu d w h ich   r es u lts   i n   g o o d   air   cir cu latio n   w it h   m in i m u m   p o w er   co n s u m p tio n   [ 1 7 ] .   Ma   et  al. [ 1 6 ]   h as  co m o u w it h   a n   id ea   o f   in te g r atio n   b et w ee n   p iezo elec tr ic  f a n   an d   s ev er a l   m ag n etic  f a n s .   T h o p er atio n   o f   th b lad es  ar d r iv en   b y   t wo   f o r ce s th v ib r atio n   o f   th p iezo elec tr ic  f an   a n d   r ep u ls iv e   m ag n etic   f o r ce .   T h b lad es   w er ar r an g ed   i n   a n   ar r a y   o r ien tat io n   a n d   it  s h o w s   p o s iti v e   i m p r o v e m en t   i n   h ea tr an s f er   p er f o r m a n ce .   Ho w e v er ,   t h er i s   s t ill  less   s t u d y   o n   t h s ig n i f i ca n ce   o f   lo c atio n   o f   m ag n et  o n   p iezo elec tr ic  f an ,   n u m b er   o f   m a g n ets  f o r   ea ch   f a n   an d   o r ien tatio n   o f   m u l tip le  f an s   in   r ad ial  o r ien tatio n   h as b ee n   d is co v er ed .   T h er ef o r e,   th is   p ap er   w ill b d is cu s s in g   o n   t h s aid   p ar a m eter s .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 .1 T heo re t ica l   Ana ly s is   In   co o lin g   s y s te m   co n s is ted   o f   p iezo elec tr ic  f an ,   o n o f   t h e   p ar am eter s   t h at  n ee d   to   b o p ti m ized   is   th a m p lit u d o f   th f a n .   W ith   m a x i m u m   a m p lit u d ac h iev e d ,   th air   f lo w   v elo cit y   al s o   w i ll  b en h an ce d   th u s   d is tu r b s   th air   f lo w   s u r r o u n d in g   th f an   tip   t o   r ed u ce   th te m p er atu r an d   en h an ce   th h ea tr an s f er   co ef f icie n t.  p iezo elec tr ic  f a n   f r o m   p iezo . co m   h as  b ee n   u s ed   th r o u g h o u t h is   s t u d y   a n d   t h s p ec i f icatio n s   a s   s tated   in   T ab le  1 .   T ab le  2   s h o w n   ac c u m u lates  t h ad v an ta g e s   o f   p iezo elec tr ic  f a n .   Fi g u r 1   s h o w n   p iezo elec tr ic  f an   b y   www . p iez o . co m       T ab le  1 .   Fan   Sp ec if icatio n s   I t e m   D e scri p t i o n   I t e m   D e scri p t i o n   I n p u t   v o l t a g e   1 1 5   V A C ,   6 0 H z   C a p a c i t a n c e   1 5 n F   P o w e r   c o n su mp t i o n   3 0 mW   V o l u me   f l o w   r a t e   2 C F M   ( 0 . 9   l / s)   P e a k   a i r   v e l o c i t y   4 0 0 F P M ,   ( 2 . 0   m / s)   W e i g h t   2 . 8   g r a ms   M o u n t i n g   #2 - 5 6   c l r   h o l e s,  2   p l a c e s   T e mp e r a t u r e   r a n g e   - 2 0 ° C   t o   7 0 ° C       T ab le  2 .   Dif f er en C ase  A p p li ed   o n   P iezo elec tr ic  Fan   an d   Ma g n et ic  Fan s   C a se   N o . o f   f a n   N o   o f   mag n e t   D i st a n c e   b e t w e e n   mag n e t s, mm   1   1   0   0   2   1   1   0   3   1   2   0   3   2   1   15   4   2   1   30   5   2   1   40   6   2   2   15   7   2   2   30   8   2   2   40   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Hig h   P o ten tia l o f Ma g n et  o n   t h P erfo r ma n ce   o f D u a l P iezo elec tr ic  F a n s   in …  ( F a d h ila h   A b d u l R a z a k )   471       Fig u r 1 .   P iezo elec tr ic  Fan   b y   www . p iezo . co m       T h am p lit u d o f   t h p iezo elec tr ic  f an   ca n   b ca lcu lated   u s i n g   E q u a tio n 1     =   3 3                    ( 1 )     w h er ,  ,        ar d r iv in g   f o r ce ,   to tal  len g t h   o f   t h f an ,   Yo u n g   Mo d u lu s   o f   t h p iezo elec tr ic  f an   an d   m o m e n o f   i n er tia  r esp ec tiv e l y .   T h d r iv in g   f o r ce   o f   t h in t eg r ated   p iezo elec tr ic  f an   m a g n etic  f an s   o r ig i n ated   f r o m   t h v ib r atio n   o f   th p iezo elec tr ic  f an   a n d   r ep u ls i v e   m ag n etic  f o r ce .     = 3   31  2                  ( 2 )      ( ) = [ 0 2  2 (  2 +  2 ) 0  2 ] [ 1 2 + 1 ( + 2  ) 2 2 ( +  ) 2 ]     ( 3 )     w h er V ,   t pf  ,   d 31,   E,   L pf   an d   w pf   ar th ap p lied   v o lta g e,   t h ick n e s s   o f   th p iezo elec tr ic  f an ,   t h tr a n s v er s e   p iezo elec tr ic  co n s tan t,  th e   Yo u n g s   m o d u l u s   o f   t h p iezo ele ctr ic  f a n ,   le n g t h   a n d   w id t h   o f   t h f an   r e s p ec tiv el y .   T h m ax i m u m   a m p lit u d o cc u r r ed   at  ef f ec ti v r eso n an ce   f r eq u e n c y ,     o f   th p iezo ele ctr ic  f a n .   T h e   r eso n an ce   f r eq u en c y   ca n   b ca lcu lated   as i n   E q u atio n   4.     = 1 2  +  + 0 . 23                ( 4 )     w h er K_ p f   an d   K_ m ag   ar th s tiff n ess   f o r   p iezo elec tr ic  f an   an d   m a g n e tic  f a n s   r esp ec ti v el y .   T h s tiff n e s s   o f   th m a g n etic  f an   a n d   p iezo elec tr ic  f an   ca n   b f o u n d   in   E q u a tio n   3   an d   E q u atio n   4:      ( ) = ± [ 0 2  4 (  +  ) 2 0  2 ]   | ( 2 3 2 ( + 2  ) 3 + 4 ( +  ) 3 ) |   ( 5 )      =   3 4  3                   ( 6 )     w h er B 0 ,   t mag ,   r mag,   an d   µ 0   ar th m ag n etic  f l u x   d en s it y ,   th ic k n e s s   o f   t h m a g n et,   r a d iu s   o f   th m a g n et,   d is tan ce   b et w ee n   t w o   m a g n e ts   an d   p er m ea b ilit y   o f   th i n ter v e n i n g   m ed iu m   r esp ec tiv el y .   At  m a x i m u m   a m p lit u d e,   th e   in te g r ated   p ie zo elec tr ic  f a n   also   e n co u n ter ed   m ax i m u m   air   d i s tu r b a n ce   v elo cit y   w h ich   w ill   af f ec t h co o lin g   r ate  o f   t h e   co o lin g   s y s te m .   T h v elo cit y   o f   th e   b ea m   w it h   r esp ec t o   ti m i s   g i v en   in   E q u atio n     7   [ 1 8 ] :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   2 Ma y   2 0 1 8   :    4 6 9     4 7 9   472   ( , ) = [ (  ( )  ( ) ) ( (  )  (  ) ) + (  ( )  ( ) ) (  (  )  (  ) ) ]  ( )   ( 7 )     w h er β   v a lu e s   ca n   b o b tain e d   f r o m   f r eq u e n c y   eq u atio n   a s   s i m p li f ied   i n   E q u atio n   8:     c os ( )  ( ) = 1               ( 8 )     = 1 . 875                   ( 9 )     P o s itio n   o f   ad d itio n a m as s   s u ch   as  m a g n et  i s   v er y   i m p o r t an i n   o r d er   to   o b tain   lar g est   a m p lit u d w it h   s a m i n p u v o lta g e.   B as ed   o n   E q u atio n   1   m a x i m u m   a m p lit u d ca n   b ac h iev ed   at  p o in o f   m o m e n o f   in er tia  o f   t h b ea m ,   I ,   w h er il lu s tr atio n   is   i n   Fi g u r 2 .           Fig u r 2   Mo m en t o f   I n er tia  o f   B ea m   ( p iezo elec tr ic  f a n )       Mo m en t   o f   i n er tia  is   m ea s u r o f   h o w   d if f icu lt  it  is   to   r o t ate  p ar ticu lar   b o d y   ab o u g iv e n   ax i s .   Gr ea ter   th m as s   co n ce n tr ate d   a w a y   f r o m   t h ax is ,   g r ea t er   th m o m e n o f   in er tia   [ 1 8 ] .   I n   o th er   w o r d s ,   m o m e n t   o f   in er tia   is   at  t h lo w e s v al u at   th e   p o in t   o n   t h e   ax is   o f   r o tatio n   to   p r o d u ce   lar g est   a m p li tu d o f   t h e   b ea m .       2 .2 E x peri m ent a l   Set u p   T h ex p er i m en ta s et u p   to   f i n d   th m a x i m u m   a m p lit u d is   s tar ted   f ir s tl y   b y   tes tin g   p iezo elec tr ic  f a n   f o r   ca lib r atio n .   T h en   t h s in g le  f a n   i s   te s ted   to   g et   th e   b est  m ag n et  lo ca tio n   o n   t h e   p iezo elec tr ic  f a n .   Seco n d l y ,   t h n u m b er   o f   m a g n et s   attac h ed   to   t h f an   is   v ar ied ,   eith er   s in g le  m a g n et  o r   d o u b le  m a g n ets .   T h ir d ly ,   d u al  f an s   s y s te m   i s   te s ted   f o r   ar r ay   a n d   r ad ial  o r ien tatio n   b y   v ar y i n g   t h d is ta n ce   b et w ee n   m a g n ets.   B y   u s in g   s p ec if icatio n s   i n   T ab le  1   an d   Fi g u r 1 ,   f u n c t io n   g e n er ato r   is   u s ed   to   p o w er   u p   t h p iezo elec tr ic  f a n .   T h f u n cti o n   g e n er ato r   is   ab le  to   co n t r o th c u r r en t   f lo w   t h u s   ab le  to   o s cilla te  t h e   p iezo elec tr ic  at  its   r eso n a n f r eq u en c y .   T h p iezo elec tr ic  n e e d s   1 1 5 VA C   t h u s   s tep   d o w n   tr an s f o r m er   h a s   b ee n   u s ed   to   d r o p   th v o ltag e   f r o m   2 4 0   VA C   to   1 1 5   VA C .   Fo r   a   d u al  f an s   s y s te m ,   2   ca s in g s   ar p r o d u ce d   w h ic h   ar in   d if f er en t o r ien tati o n ,   ar r ay   a n d   r ad ial  r esp ec tiv e l y .   T h s ch e m atic s   ar s h o w n   in   Fi g u r 3 .               ( a)   ( b )   Fig u r 3 .   Or ien tatio n   o f   Du al  P iezo elec tr ic  Fan   in   ( a) R ad ial  an d   ( b ) A r r a y   Or ien tatio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Hig h   P o ten tia l o f Ma g n et  o n   t h P erfo r ma n ce   o f D u a l P iezo elec tr ic  F a n s   in …  ( F a d h ila h   A b d u l R a z a k )   473   2 . 3 E x peri m ent a l   P ro ce du re   T h o v er all  ex p er i m en i s   ab o u to   p r o v t h s i g n i f ica n t   o f   m a g n et   o n   p iezo elec tr ic  f a n ,   o p ti m u m   n u m b er   o f   m a g n et  lo ca ted   o n   ea ch   f a n s   an d   th o p ti m u m   d i s tan ce   b et w ee n   m ag n et s   o n   th p iezo elec tr ic  f an   an d   ad j ac en p ass iv f an .   T h r ad iu s   o f   th m a g n e is   k e p co n s tan as  t h p o s itio n   an d   d is tan ce   b et w ee n   m ag n et s   ar v ar ied .   T h b est  p o s itio n   o f   th m ag n et  w as  te s t ed   at  s in g le  f a n   o n l y   w it h   s in g le  m ag n et  an d   d u al   m ag n et  at  p o s itio n   I ,   I I   an d   I I I   as  s h o w n   i n   Fi g u r 4 .   T h p o s itio n   o f   m ag n et  w it h   la r g est  a m p li tu d is   s elec ted   f o r   n e x t e x p er i m en t.   T ab le  2   s h o w n   d if f er en ca s es   ap p lied   o n   p iezo elec tr ic  f an   an d   m a g n etic  f an s .           Fig u r 4 .   L o ca tio n   o f   Ma g n e o n   P iezo elec tr ic  Fan       T ab le  3 .   Dif f er en C ase  A p p li ed   o n   P iezo elec tr ic  Fan   an d   Ma g n et ic  Fan s   C a se   N o . o f   f a n   N o   o f   mag n e t   D i st a n c e   b e t w e e n   mag n e t s,mm   1   1   0   0   2   1   1   0   3   1   2   0   3   2   1   15   4   2   1   30   5   2   1   40   6   2   2   15   7   2   2   30   8   2   2   40       2 . 4 .   P er f o r m a nce   P a ra m et er s   T h p er f o r m a n ce   o f   th e   DP s y s te m   ca n   b a n al y ze d   b y   ca lc u lati n g   it s   e n h an ce m e n i n   h ea t   co n v ec tio n   co ef f icie n s in ce   it   is   r elate d   to   te m p er at u r ch a n g e.   T h h ea f l u x ,   ° = °  ,   w h er eq u iv ale n to   th r atio   o f   p o w er   in p u t a n d   h ea ted   s u r f ac ar ea .   T h h ea t c o n v ec tio n   co ef f icie n t c an   b m ea s u r ed   as,     = °                   ( 1 1 )     w h er   is   th av er ag te m p er atu r o f   h ea s o u r ce   an d     is   th a m b ien te m p er at u r e.   L o w   t h er m al   r esis ta n ce s   ar to   b f av o r ed   i n   n ea r l y   all  ca te g o r ies  o f   elec t r o n ic  p ac k ag i n g .   T h er ef o r e,   th er m al  r esis tan ce   o f   th DP F s y s te m   is ,     (  ) =                 ( 1 2 )     w h er A   is   t h ar ea   o f   th h ea s o u r ce .   T h en h an ce m e n r at io   o f   th s y s te m   f r o m   n at u r al  co n v ec tio n   to   DP co o lin g   ca n   b f o u n d   as     =                    ( 1 3 )     T h ty p air   f lo w   g en er ated   b y   DP F c o o lin g   ca n   b m ea s u r e d   u s in g   R e y n o ld s   n u m b er ,   R e.        =                   ( 1 4 )     T h r atio   o f   h ea tr an s f er   th r o u g h   co n v ec tio n   ca n   b d escr ib ed   b y   N u s s e lt n u m b er ,   N u ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   2 Ma y   2 0 1 8   :    4 6 9     4 7 9   474    =                   ( 1 5 )     w h er   is   t h er m al  co n d u cti v it y   o f   th air .     3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   3 . 1 .     Sig nifica nt  o f   M a g net   a nd   it s   L o ca t io n o n P iezo elec t ric  F a n   p iezo elec tr ic  f a n   o s cillated   w it h   lar g er   a m p li tu d w h e n   ad d itio n al  m a s s   is   lo ca ted   o n   th e   b lad e.   T h p o s itio n   o f   th e   m a s s   is   v ar ied   to   th r ee   p o s itio n s   an d   at  ea ch   p o s it io n ,   s in g le  a n d   d o u b le  m a g n et s   ar e   ap p lied .   A   tab le  o f   ca s es is   s u m m ar ized   as sh o w n   i n   T ab le  4 .       T ab le  4 .   Var iety   o f   C a s es  u n d er   Dif f er e n t P o s itio n   o f   Ma g n et  an d   Nu m b er   o f   Ma g n et   C a se   n u m b e r   M a g n e t   p o s i t i o n   f r e s   ( H z )   A mp l i t u d e ,   mm   N o   mag n e t   -   5 8 . 3 9   1 2 . 5   S i n g l e   mag n e t   I   1 6 . 2   11   II   3 1 . 3   2 0 . 5   III   5 9 . 8 5   11   D o u b l e   mag n e t   I   1 6 . 5   10   II   2 3 . 8   2 2 . 5   III   3 0 . 4   18       As  s h o w n   i n   Fig u r 5 ,   th h i g h est  a m p lit u d at  ea ch   m a g n e p o s itio n   o cc u r s   at  d if f er en f r eq u en c y .   P o s itio n   I ,   I I I   an d   n o   m ag n et  d e m o n s tr ate  q u ite  s i m ilar   a m p li tu d b u t n o t a t p o s itio n   I I .           Fig u r 5   Am p lit u d o f   Fa n   at  Dif f er en t M a g n et  P o s itio n       T h g r ea test   a m p lit u d ac h iev ed   at  p o s itio n   I I   i s   d u e   to   t h m o m e n o f   i n er tia  f o r   t h f an   is   ap p lied   at  th p o i n t.  Mo m e n o f   i n er ti is   at  lo w e s v al u at  a   p o in t   o n   t h a x is   o f   r o tatio n .   P o s it io n   I I   o s cillate s   at   lar g est   a m p li tu d at   2 0 . 5   m m   at  r eso n a n t   f r eq u e n c y   o f   3 1 . 3   Hz.   L ar g er   a m p lit u d m ea n s   m o r e   ar ea   is   co v er ed   u n d er   th p iezo elec tr ic  f a n   w h ile  f r eq u e n c y   w ill  d eter m i n th s p ee d   o f   th air f lo w   ca u s e d   b y   th o s cilla tio n   o f   th f an .       3. 2 .     Sin g le  M a g net   v s   Dua M a g net s   o n a   P iez o elec t ric  F a n   B y   ap p l y in g   lo ca tio n   I I   to   p u t   th m ag n et  as  ad d itio n al  m a s s ,   th a m p lit u d r ea d in g s   w er tak en   f o r   s in g le  m a g n et  a n d   d u al  m a g n et  at  o n p iezo elec tr ic  f a n   to   f ig u r o u w h ich   w i ll  g iv b ett er   a m p litu d e.   Fro m   Fig u r 6 ,   it c an   b s ee n   t h at  d u al  m ag n et s   ab le  to   o s c illate  th f an   lar g er   th a n   s i n g le  m a g n e t.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Hig h   P o ten tia l o f Ma g n et  o n   t h P erfo r ma n ce   o f D u a l P iezo elec tr ic  F a n s   in …  ( F a d h ila h   A b d u l R a z a k )   475       Fig u r 6 .   Var iatio n   o f   Am p l it u d w ith   E x is te n ce   o f   Ma g n et       I is   i m p o r tan to   f i g u r o u wh eth er   s i n g le  o r   d u al  m ag n et  w il g i v th b est  a m p lit u d r esu lt  s in ce   m o r m a g n e ts   m ea n s   m o r r e p u ls i v f o r ce   to   d r iv o th er   a d j ac en p ass iv f an   to   e n h a n c to tal  a m p lit u d in   th in teg r ated   m u lt ip le  p iezo elec tr ic  f an   a n d   m a g n e tic  f a n s .     3. 3   Arr a y   v s   Ra dia l O rient a t io n o f   Dua l F a ns   I n   o r d er   to   im p r o v to tal  a m p litu d o f   t h s y s te m ,   d u al  f a n s   h a v b ee n   u s ed   an d   ar r a n g e d   in   ar r ay   an d   r ad ial  o r ien ta tio n .   B y   p l ac in g   t w o   m a g n ets   o n   ea ch   f an ,   t h a m p lit u d o f   ea c h   p i ez o elec tr ic  f a n   a n d   p ass iv f a n   ar r ec o r d ed   at  d i f f er en d is ta n ce   b et w ee n   m ag n ets  w h ic h   ar 1 5 m m ,   3 0 m m   an d 4 0 m m .   A th e   s a m d is ta n ce   b et w ee n   m a g n e ts ,   th r es u lts   o f   d if f er en t o r ie n tatio n   ar r ec o r d ed   as sh o w n   in   Fi g u r 7 .               ( a)   ( b )   Fig u r 7 .   T o tal  Am p li tu d o f   Du al  Ma g n et ic  Fan s   at  Di f f er e n t D is tan ce   b et w ee n   Ma g n et s       E ac h   ca s s h o w s   th at  r ad ial  o r ien tatio n   g i v es  b etter   r es u lt  t h an   ar r a y   o r ien tatio n .   Dis ta n c b et w ee n   m ag n et s   s h o u ld   b s elec ted   in   s u c h   w a y   t h at  t h a m p lit u d p r o d u ce d   b y   m a g n etic  f a n   is   n o to o   f ar   f r o m   th e   d r iv in g   f a n .   Fi g u r 8   s h o w n   t h a m p litu d d i f f er e n ce   b et w ee n   p iezo elec tr ic  f an   a n d   p ass i v e   f an .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   2 Ma y   2 0 1 8   :    4 6 9     4 7 9   476       Fig u r 8 .   T h Am p lit u d Di f f er en ce   b et w ee n   P iezo elec tr ic  Fan   a n d   P ass iv Fa n       T h is   is   to   s tab ilize  th r ep u ls i v f o r ce   d eliv er ed   b et w ee n   th m ag n ets  a n d   th m ag n etic  f a n   o s cillate s   ev en l y   w it h   t h p ie zo elec tr ic  f an .   T h er ef o r e,   th m a g n ets  s h o u ld   b p lace d   at  a   r an g o f   d is tan ce   1 5 m m - 3 0 m m   to   g e n er ate  m a x i m u m   t o tal  a m p litu d f o r   d u al  f a n s   ( F ig u r 9 ).           Fig u r 9 .   T o tal  Am p li tu d Gai n ed   Dif f er en t Fan   Or ie n tatio n       I n   Fig u r 9 ,   at  an y   d is ta n ce   b et w ee n   m a g n ets,  r ad ial  o r ien t atio n   co n s i s te n tl y   g i v es  b etter   a m p litu d e   b y   2 5 % c o m p ar ed   to   ar r ay   o r ien tatio n .   E n h a n ce m en i n   to tal  a m p lit u d ap p lied   in   DP s h o w s   p o s itiv i m p r o v e m e n i n   to tal  h e at  r ej ec ted   d u to   t h d is t u r b an ce   o f   air   f l o w   ca u s ed   b y   t h o s cil latio n   o f   t h f a n .   Fi g u r 1 0   h as   s h o w n   th r ate   o f   co o li n g   at  n at u r al  co n v ec tio n   a n d   f o r ce d   co n v ec tio n   b y   p iezo elec tr ic  f a n .   S u d d en   d r o p   o f   te m p er atu r s h o w s   t h at   p iezo elec tr ic  f an   h a s   h i g h   p o ten tial to   en h a n ce   co o lin g   s y s te m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Hig h   P o ten tia l o f Ma g n et  o n   t h P erfo r ma n ce   o f D u a l P iezo elec tr ic  F a n s   in …  ( F a d h ila h   A b d u l R a z a k )   477           ( a)   ( b )   Fig u r 1 0 .   C o o lin g   R a te  o f   Na tu r al  C o n v ec tio n   an d   d u al  P ie zo elec tr ic  C o o lin g       T h is   k in d   o f   s y s te m   h a s   g o o d   en h an ce m en i n   r ed u cin g   p o w er   co n s u m p tio n   w h ile  in c r ea s in g   th e   to tal  a m p lit u d to   r ed u ce   t h h ea i n   t h ar ea .   A s   s h o w n   i n   Fig u r 1 1 ,   s in g le  f a n   w it h   d u a m a g n e lo ca ted   in   th m id d le  o f   th b lad co n s u m ed   t h leas p o w er   w h ile  p r o d u cin g   h ig h es to tal  a m p l i tu d e.   Du al  f a n s   w i ll  d ef in i tel y   en h a n ce   t h to tal   a m p lit u d w it h o u t   in cr ea s i n g   th e   p o w er   co n s u m p tio n   b ec au s n o   ad d ed   p iezo elec tr ic  r eq u ir ed   b u t   o n ly   p ass iv f an s   w it h   m ag n ets.           Fig u r 1 1 .   P ea k   to   P ea k   Dis p lace m en v s   P o w er   C o n s u m p ti o n   at  Dif f er en t N u m b er   o f   Ma g n et s       Fo r   m ea s u r e m e n t i n   h ea t tr a n s f er   co ef f icie n t a n d   th er m al  p er f o r m a n ce ,   th e   r esu lt is   n o s o   s ig n if ican t   d u to   th co m p ar is o n   is   m ad a m o n g   s i n g le  f an   o n l y .   Ho w e v er ,   b ased   o n   th g o o d   r esu lt  i n   to tal  a m p l itu d e   an d   te m p er atu r d r o p   r ec o r d ed ,   h ea tr an s f er   co ef f icien s h o u ld   b in cr ea s in g   a n d   th er m al  r esis ta n ce   is   r ed u cin g   as   p ar allel  to   th e   r es u lt  o b tai n ed   f o r   te m p er at u r d r o p .   Fig u r 1 2   s h o w n   th er m al  r esis ta n ce   v s   p o w er   co n s u m p tio n   at  d if f er e n m a g n et  lo ca tio n .   Fi g u r 1 3   s h o w n   th er m al  r esis ta n ce   v s   p o w er   co n s u m p tio n   at  d if f er e n m ag n et  lo ca tio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   2 Ma y   2 0 1 8   :    4 6 9     4 7 9   478           Fig u r 1 2 .   T h er m al  R e s is ta n ce   v s   P o w er   C o n s u m p tio n   at  Di f f er en t M a g n et  L o ca tio n   Fig u r 13 .   T h er m al  R e s is ta n ce   Vs P o w er   C o n s u m p tio n   A t D if f er en t M a g n et  L o ca tio n       4.   CO NCLU SI O N   R es u lts   s h o w   t h at  t h m ag n et   at  m id d le  lo ca tio n   o f   ex te n s i v b lad w it h   d o u b le  m ag n et s   g e n er ate   th lar g est   a m p lit u d e,   8 0 b etter   th a n   f a n   w it h o u m a g n e an d   f o r   d u a i n te g r ated   p ie zo elec tr ic  f a n   w i th   m ag n etic  f a n ,   r ad ial  o r ien tatio n   g i v es  b etter   r esu l b y   2 5 %.  B y   i n cr ea s i n g   t h to tal  a m p lit u d e,   it  s h o w s   g o o d   ag r ee m e n f o r   p o s itiv h ea t r an s f er   i m p r o v e m en co m p ar ed   to   n atu r al  co n v ec tio n .   Fo r   f u t u r w o r k s ,   th e   o p tim izatio n   o f   t h m ag n et  s h o u ld   b tr an s lated   i n to   en h a n ce m e n i n   h ea tr a n s f er   co ef f icie n an d   p o w er   co n s u m p tio n   to   b e   co m p ar ed   a m o n g   p iezo elec tr ic  f a n   w ith   an d   w it h o u t   m ag n et,   as  w ell  a s   b et w ee n   ar r a y   an d   r ad ial  o r ien tatio n .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r   w o u ld   lik to   ac k n o w led g Go v er n m en o f   Ma la y s ia  u n d er   Fu n d a m e n tal  R e s e ar ch   Gr an t   Sch e m ( FR G S)  Vo te  R . K. 1 3 0 0 0 0 . 7 8 4 0 . 4 F8 5 0   u n d er   Min is tr y   o f   Hi g h   E d u ca tio n   ( MO HE )   f o r   f in a n cial   s u p p o r an d   Un i v er s iti  T ek n o l o g Ma la y s ia  f o r   f ac ilit ie s   an d   tech n ica s u p p o r ts   th r o u g h o u t   th co u r s o f   t h i s   r esear ch .       RE F E R E NC E   [1 ]   T .   A ık a n ,   I.   S a u c i u c ,   a n d   S .   V.  G a ri m e ll a ,   P iez o e lec tri c   A c tu a to rs  f o L o w - F o rm - F a c to El e c tr o n ics   Co o li n g ,   He a T ra n s f .   S u m m e Co n f . ,   n o .   S a n   F ra n c isc o ,   Ca li f o rn ia,  USA ,   p p .   4 3 9 4 4 3 ,   2 0 0 5 .   [2 ]   M .   Kim b e r,   K.  S u z u k i,   N.  Kitsu n a i,   K.  S e k i,   a n d   S .   V.  G a ri m e ll a ,   P re ss u re   a n d   F l o w   Ra te  P e rf o rm a n c e   o P iez o e lec tri c   F a n s ,   IEE T ra n s.   Co mp o n e n ts P a c k a g .   T e c h n o l. ,   v o l.   3 2 ,   n o .   4 ,   p p .   7 6 6 7 7 5 ,   2 0 0 9 .   [3 ]   R.   K.  B.   S c h a c h t,   A .   H a u sd o rf ,   B.   W u n d e rle,  S .   Rz e p k a ,   a n d   B.   M ich e l,   Ef fi c ien c y   Op ti miza t io n   fo a   Frictio n les Ai r F lo Bl a d e   Fa n     De sig n   S t u d y ,   i n   1 4 t h   IEE E   IT HERM   Co n f e re n c e ,   2 0 1 4 ,   p p .   1 0 1 9 1 0 2 6 .   [4 ]   L .   L é a l,   M .   M isc e v ic,  P .   L a v ieill e ,   M .   Am o k ra n e ,   F .   P ig a c h e ,   F .   T o p in ,   a n d   B.   No g a d e ,   A n   o v e rv ie w   o f   h e a tran sf e e n h a n c e m e n m e th o d a n d   n e w   p e rsp e c ti v e s :  F o c u o n   a c t iv e   m e th o d u sin g   e lec tro a c ti v e   m a teria ls,”  In t.   J .   He a M a ss   T ra n sf . ,   v o l .   6 1 ,   p p .   5 0 5 5 2 4 ,   2 0 1 3 .   [5 ]   M .   T o d a ,   T h e o r y   o a ir  f lo g e n e ra ti o n   b y   a   r e so n a n ty p e   P V F 2   b im o rp h   c a n ti lev e v ib ra to r,   Fer ro e lec trics ,   v o l.   2 2 ,   n o .   1 ,   p p .   9 1 1 9 1 8 ,   1 9 7 8 .   [6 ]   J.  Ya n g ,   A n a l y sis o f   P iez o e lec tri c   De v ice s.  2 0 0 6 .   [7 ]   S .   Ka k a c ,   H.  Yu n c u ,   a n d   K.  Hiji k a ta,  Co o li n g   o f   El e c tro n ic  S y ste m s.  1 9 9 4 .   [8 ]   Y.  Ca o   a n d   X .   B.   Ch e n ,   A   S u r v e y   o f   M o d e li n g   a n d   Co n tro Is su e f o P iez o - e lec tri c   A c tu a to rs,”  J .   Dy n .   S y st.  M e a s.  Co n tro l ,   v o l .   1 3 7 ,   n o .   1 ,   p .   1 4 0 0 1 ,   2 0 1 4 .   [9 ]   R.   V.Du k k ip a ti ,   S o lv in g   V ib ra ti o n   A n a l y sis P ro b lem s Us in g   M a tl a b .   2 0 0 7 .   [1 0 ]   S .   Ca n f ield   a n d   M .   F re c k e r,   T o p o lo g y   o p ti m iza ti o n   o f   c o m p li a n m e c h a n ica a m p li f ier s f o p iez o e lec tri c   a c tu a to rs,”   S tru c t.   M u lt id isc i p .   Op ti m. ,   v o l.   2 0 ,   n o .   4 ,   p p .   2 6 9 2 7 9 ,   2 0 0 0 .   [1 1 ]   K.  T s e n g ,   M .   M o c h izu k i,   a n d   K .   M a sh ik o ,   P iez o   F a n   f o T h e r m a M a n a g e m e n o El e c tro n ics ,   F u ji k u ra   T e c h .   Re v . ,   p p .   3 9 4 3 ,   2 0 1 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.