Laporan Praktikum KR-01

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR

NAMA : RACHMAH RIZKY

NPM : 1306368785

FAKULTAS/PROGRAM STUDI : TEKNIK/TEKNIK MESIN

NAMA & NOMOR PRAKTIKUM : KR-01 & DISIPASI KALOR HOT WIRE

MINGGU PRAKTIKUM : PEKAN 5

TANGGAL PRAKTIKUM : 14 OKTOBER 2013

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP-IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

DISIPASI KALOR HOT WIRE

I. TUJUAN

Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. ALAT

1. Kawat pijar (hot wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. LANDASAN TEORI

Tipe hotwire yang paling banyak digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi

kecepatan aliran hanya dalam arah axial adalah tipe single normal probe. Probe tipe ini terdiri

dari sebuah kawat logam pendek halus yang disatukan pada dua kawat baja yang kemudian

masing-masing dari ujung probe dihubungkan ke sebuah sumber tegangan. Energi listrik yang

mengalir pada probe tersebut akan didispasi oleh kawat menjadi energi kalor. Besarnya energi

listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut

dan lamanya waktu arus listrik mengalir; seperti yang dapat dilihat pada persamaan berikut:

Nilai resistensi kawat dapat berubah apabila probe dihembuskan udara sehingga mengubah

arus listrik yang dialirkan. Semakin cepat udara yang dialirkan maka perubahan nilai resistensi

pun akan semakin besar dan alur listrik yang mengalir akan berubah.

Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat ratio (rasio overheat)

yang dirumuskan pada persamaan berikut:

Keterangan:

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

P = v i t

Untuk menentukan persamaan antara tegangan kawat (wire voltage, E), hot wire probe harus

dikalibrasi dengan kecepatan referensi (reference velocity, U). Berikutnya setelah mendapat

persamaan yang dicari, informasi kecepatan dalam setiap percobaan dapat dievaluasi

menggunakan persamaan tersebut.

Hot wire probe harus dikalibrasi untuk menentukan persamaan yang menyatakan hubungan

antara tegangan kawat (wire voltage , E) dengan kecepatan referensi (reference velocity , U)

setelah persamaan diperoleh, kemudian informasi kecepatan dalam setiap percobaan dapat

dievaluasi menggunakan persamaan tersebut. Persamaan yang didapat berbentuk persamaan

linear atau persamaan polinomial.

Percobaan yang akan dilakukan adalah mengukur tegangan kawat pada temperatur ambient

dan mengukur tegangan kawat saat dialiri arus udara dengan kecepatan yang dihasilkan oleh

fan. Kecepatan udara yang dialirkan oleh fan akan divariasikan melalui daya yang diberikan ke

fan yaitu 0, 70 , 110 , 150, 190, dan daya maksimal 230 m/s.

IV. CARA KERJA

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan melakukan prosedur sebagai berikut:

1. Melakukan log in terlebih dahulu pada halaman e-Laboratory menggunakan username dan password pribadi.

2. Meng-klik link percobaan KR-01 pada my courses. 3. Menuju halaman rLab yang alamatnya tertera di bagian bawah halaman modul

percobaan: http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01/

4. Mengaktifkan Webcam dengan meng-klik ikon video pada halaman rLab.

5. Mengalirkan udara berkecepatan 0 m/s dengan meng-klik pilihan drop down pada ikon

atur kecepatan aliran

Rangkaian Hot wire

6. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng-klik radio button pada ikon

menghidupkan power supply kipas

7. Mengukur tegangan dan arus listrik pada kawat hot wire dengan meng-klik ikon ukur.

8. Mengulang kembali langkah 5 hingga 7 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230

m/s.

Susunan sistem pada percobaan hot wire.

V. HASIL DAN EVALUASI

A. Data Pengamatan

Grafik Kecepatan Angin 0 m/s

Tabel Kecepatan 0 m/s

Waktu Kec. Angin V-HW I-HW

1 0 2.112 53.9

2 0 2.112 53.9

3 0 2.112 53.9

4 0 2.112 54.0

5 0 2.112 54.1

6 0 2.112 54.4

7 0 2.112 54.5

8 0 2.112 54.5

9 0 2.112 54.3

10 0 2.112 54.0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 0 m/s

V-HW



Waktu Kec.Angin V-HW I-HW

1 70 2.070 54.1

2 70 2.070 54.2

3 70 2.070 54.4

4 70 2.070 54.8

5 70 2.070 55.2

6 70 2.069 55.4

7 70 2.070 55.1

8 70 2.069 54.6

9 70 2.070 54.2

10 70 2.071 54.2

2.068

2.0685

2.069

2.0695

2.07

2.0705

2.071

2.0715

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 70 m/s

V-HW




1 110 2.054 54.4

2 110 2.055 54.4

3 110 2.054 54.3

4 110 2.054 54.4

5 110 2.054 54.5

6 110 2.054 54.6

7 110 2.054 54.8

8 110 2.055 55.1

9 110 2.055 55.4

10 110 2.054 55.6

2.0534

2.0536

2.0538

2.054

2.0542

2.0544

2.0546

2.0548

2.055

2.0552

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 110 m/s

V-HW




1 150 2.050 55.0

2 150 2.051 54.7

3 150 2.049 54.4

4 150 2.049 54.2

5 150 2.050 54.1

6 150 2.050 54.2

7 150 2.049 54.4

8 150 2.050 54.6

9 150 2.050 55.0

10 150 2.050 55.1

2.048

2.0485

2.049

2.0495

2.05

2.0505

2.051

2.0515

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 150 m/s

V-HW




1 190 2.046 55.3

2 190 2.047 54.9

3 190 2.047 54.4

4 190 2.046 54.2

5 190 2.046 54.4

6 190 2.045 54.9

7 190 2.045 55.3

8 190 2.045 55.0

9 190 2.044 54.5

10 190 2.044 54.2

2.0425

2.043

2.0435

2.044

2.0445

2.045

2.0455

2.046

2.0465

2.047

2.0475

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 190 m/s

V-HW




1 230 2.043 54.6

2 230 2.043 55.2

3 230 2.043 55.4

4 230 2.043 55.1

5 230 2.043 54.7

6 230 2.043 54.3

7 230 2.042 54.2

8 230 2.043 54.4

9 230 2.043 54.7

10 230 2.043 55.2

2.0414

2.0416

2.0418

2.042

2.0422

2.0424

2.0426

2.0428

2.043

2.0432

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ke

cep

atan

Waktu

Kecepatan 230 m/s

V-HW

B. Pengolahan Data

Untuk mengetahui hubungan tegangan hot wire dengan kecepatan angin, maka kita harus

mencari tegangan rata-rata pada setiap kecepatan.

Hubungan Tegangan Hot Wire dengan Kecepatan Aliran Angin

i Xi Yi Xi Yi Xi Yi

1 0 2.112 0 4.460544 0

2 70 2.0699 4900 4.284486 144.893

3 110 2.0543 12100 4.220148 225.973

4 150 2.0498 22500 4.20168 307.47

5 190 2.0455 36100 4.18407 388.645

6 230 2.0429 52900 4.17344 469.867

750 12.3744 128500 25.52437 1536.848

Dari data tersebut, dapat dicari hubungan antara kecepatan dan tegangan dengan metode least square, dengan rumus:

a=

a= 2.098199

b=

b= -0.00029

0 70 110 150 190 230

Tegangan (V) 2.112 2.0699 2.0543 2.0498 2.0455 2.0429

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

Tegangan rata-rata terhadap kecepatan angin

y = bxa

()

2 ()

n(XiYi) XiYi

()

(128500 12.3744) (750 1536.848)

(6 128500 ) (750)

(6 1536.848) (750 12.3744)

(6 128500) (750)

Sehingga persamaannya adalah:

y = bx a

y = -0.00029 x 2.098199

VI. ANALISIS

1. Analisis Percobaan

Pada percobaan KR-01 ini adalah jenis praktikum yang dilakukan secara online sepenuhnya

dengan mengakses rLab (remote laboratory). Tujuan praktikum kali ini adalah menggunakan

hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Alat-alat yang dibutuhkan pada percobaan ini

adalah sebagai berikut:

1. Kawat pijar (hot wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.

Alat-alat tersebut tidak kita persiapkan secara langsung namun telah tersedia secara virtual

dalam situs rLab. Yang kita butuhkan dan harus dipersiapkan adalah perangkat komputer dan

koneksi internet.

Langkah pertama yang harus dilakukan adalah log in pada akun sitrampil kita dengan

mengakses e-Laboratory. Kemudian setelah membaca modul percobaan, berlanjut dengan

menuju halaman rLab yang telah dicantumkan. Langkah-langkah kerja untuk praktikum virtual

ini juga diberitahukan kembali: mengatur kecepatan angin dengan variasi yang telah ditentukan

0, 70, 110, 150, 190, dan 230 m/s; berikutnya, kita harus meng-klik ikon tombol radio di bagian

menghidupkan power supply kipas untuk mengaktifkan kipas virtual; untuk mengetahui data

tegangan yang akan diukur kita harus meng-klik tulisan ukur. Langkah-langkah kerja tersebut

diulangi sesuai dengan variasi kecepatan angn yang tekah ditentukan, dan data yang telah kita

kumpulkan dapat diunduh dalam bentuk data atau pun grafik.

Namun pada praktikum virtual ini, praktikan membutuhkan perangkat komputer dan koneksi

internet yang cepat. Jika koneksi yang dimiliki tidak memadai maka waktu percobaan yang

tekah disediakan akan habis sebelum praktikum selesai dan pratikan harus mengulang kembali

percobaan untuk mendapatkan data. Praktikan juga tidak mengetahui kinerja sistem dari

percobaan tersebut, atau pun bagaimana merangkai susunan sistem. Kelebihannya adalah

percobaan dapat dilakukan kapan saja waktu dengan peralatan yang kita butuhkan tersebut .

Percobaan pun dapat dilakukan berulang kali meskipun diberikan batasan waktu. Praktikan juga

tidak perlu menyediakan atau pun mencari peralatan yang telah diadakan secara virtual oleh

rLab.

2. Analisis Hasil

Percobaan kali ini dilakukan enam kali percobaan dengan varian kecepatan fan yang

digunakan. Hal ini dilakukan untuk membandingkan tegangan hotwire pada kecepatan udara

yang dihasilkan oleh fan. Nilai resistensi kawat akan berubah saat udara dialirkan sehingga

mengubah besarnya aliran listrik di dalam kawat. Semakin cepat udara yang dialirkan,

perubahan nilai arus listrik yang mengalir berubah dan nilai resistansi menjadi semakin besar.

Pada data pengamatan untuk kecepatan angin 0 m/s memiliki tegangan paling besar, maka

bisa disimpulkan semakin besar kecepatan angin yang dialirkan semakin kecil tegangan yang

dihasilkan.

3. Analisis Grafik

Grafik menunjukkan hubungan antara tegangan pada variable y dan waktu di variable x yang

untuk varian kecepatan angin yang berbeda sesuai modul percobaan. Kecepatan udara tidak

mengalami perubahan pada sumbu, sehingga semakin lama angin bertiup maka energy kalor

menjadi semakin kecil. Dengan kata lain tegangan listrik akan menjadi lebih kecil seiring

dengan bertambahnya waktu. Penurunan tersebut terjadi karena peristiwa disipasi dari kalor

hotwire yang terjadi pada kecepatan angin tertentu. Grafik memperlihatkan bahwa

semakin besar kecepatan aliran angin,maka semakin menurun tegangan listrik.

C. Tugas Akhir

a. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wire adalah :

P = V I

W = V I T

F V = V I T

b. Kita dapat menggunakan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin.

VII. KESIMPULAN

1. Hot wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara. Kinerjanya adalah dengan menghubungkan masing-masing ujung hotwire dengan sumber tegangan agar energi listrik mengalir pada hotwire tersebut. Energi listrik ini akan didisipasi menjadi kalor yang kemudian digunakan untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan guna menghitung kecepatan angin.

2. Grafik menunjukkan hubungan yang berbanding terbalik antara nilai tegangan dengan kecepatan angin.

VIII. REFERENSI 1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall,

NJ, 2000. 2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Laporan Praktikum KR-01

Documents

Transcript of Laporan Praktikum KR-01