Laporan Praktikum KR 01_Imas Mega Pratiwi

Laporan Praktikum

Fisika Dasar

Nama/NPM : Imas Mega Pratiwi / 1306370524

Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia

Grup : A6

No & Nama Percobaan : KR01 / Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Pekan 4

Tanggal Percobaan : 20 Maret 2014

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

Depok, 2014

KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire

I. TUJUAN

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. ALAT

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Camcorder

5. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. TEORI

Anemometer atau anemograf terdiri dari dua tipe yaitu anemometer yang

mengukur kecepatan angin (velocity anemometer) dan anemometer yang mengukur

tekanan angin (anemometer tekanan). Dari kedua type anemometer ini velocity

anemometer lebih banyak digunakan. Salah satu jenis dari velocity anemometer adalah

thermal anemometer lebih dikenal dengan hot wire anemometer (HWA) yaitu

anemometer yang mengkonversi perubahan suhu menjadi kecepatan angin.

Dalam mengukur kecepatan aliran udara, tipe Hot Wire Anemometer yang

biasanya digunakan adalah Single Normal Probe. Single normal probe adalah suatu tipe

hotwire yang paling banyak digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi

kecepatan aliran dalam arah axial saja. Probe seperti ini terdiri dari sebuah kawat logam

pendek yang halus yang disatukan pada dua kawat baja. Masing masing 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.

P = v i t

Bila probe dihembuskan udara maka akan merubah nilai resistansi kawat

sehingga merubah besarnya arus listrik yang mengalir. Semakin cepat udara yang

mengalir maka perubahan nilai resistansi juga semakin besar dan arus listrik yang

mengalir juga berubah. Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh

overheat ratio yang dirumuskan sebagai :

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

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

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.

E2=A+BU

n

A dan B : Konstanta kalibrasi

E : Tegangan Hotwire

n : Konstanta pangkat (n=0.5)

U : Komponen kecepatan aksial

Pada percobaan yang akan dilakukan yaitu mengukur tegangan kawat pada

temperatur ambient dan mengukur tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan

kecepatan yang hasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara oleh fan akan divariasikan

melalui daya yang diberikan ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal 230

m/s.

Gambar 6. Disipasi Kalor Hotwire

IV. CARA KERJA

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di

bagian bawah halaman ini.

1. Mengaktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan

drop down pada icon atur kecepatan aliran.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada

icon menghidupkan power supply kipas.

4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik

icon ukur.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230

m/s

V. TUGAS & EVALUASI

1. Berdasarkan data yang didapat, membuat grafik yang menggambarkan hubugan

tegangan hotwire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Berdasarkan pengolahan data diatas, membuat grafik yang menggambarkan

hubungan tegangan hotwire dengan kecepatan aliran angin.

3. Membuat persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire.

4. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan

hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?

5. Memberi analisis dari hasil percobaan ini.

VI. HASIL PENGAMATAN

Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan dengan menjadikan kecepatan

angin sebagai variabel bebas, maka didapatkan beberapa hasil pengamatan sebagai

berikut :

Tabel 1. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 0 m

/s .


/s .

Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 0 2.112 54.3

2 0 2.112 54.5

3 0 2.112 54.5

4 0 2.112 54.4

5 0 2.112 54.2

6 0 2.112 54.0

7 0 2.112 54.0

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 53.9

10 0 2.112 53.9


1 70 2.062 54.5

2 70 2.063 54.9

3 70 2.063 55.1

4 70 2.066 55.3

5 70 2.062 55.5

6 70 2.065 55.3

7 70 2.065 55.2


/s .


/s .


/s .

8 70 2.064 55.1

9 70 2.066 54.8

10 70 2.064 54.6


1 110 2.047 54.5

2 110 2.047 54.5

3 110 2.046 54.5

4 110 2.047 54.4

5 110 2.047 54.4

6 110 2.047 54.4

7 110 2.047 54.4

8 110 2.049 54.4

9 110 2.047 54.4

10 110 2.046 54.4


1 150 2.040 54.5

2 150 2.040 54.5

3 150 2.039 54.5

4 150 2.040 54.5

5 150 2.039 54.6

6 150 2.040 54.6

7 150 2.039 54.7

8 150 2.040 54.7

9 150 2.040 54.7

10 150 2.040 54.9


1 190 2.036 56.2

2 190 2.036 56.1

3 190 2.036 56.0

4 190 2.035 55.9

5 190 2.036 55.8

6 190 2.036 55.5

7 190 2.036 55.4

8 190 2.036 55.3

9 190 2.036 55.1

10 190 2.036 55.1


/s .

VII. PENGOLAHAN DATA

Setelah melakukan percobaan, praktikan mendapatkan hasil seperti yang telah

disajikan sebelumnya. Berikut ini adalah pengolahan data dari hasil percobaan.

y = 2112 R =0

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)

Grafik Hubungan Antara Waktu dan Tegangan Hot Wire pada Kecepatan

Angin 0 m/s

Tegangan Hotwire padaKecepatan 0 m/s

Linear (TeganganHotwire pada Kecepatan0 m/s )


1 230 2.034 55.2

2 230 2.034 55.3

3 230 2.034 55.3

4 230 2.034 55.3

5 230 2.034 55.3

6 230 2.034 55.2

7 230 2.034 55.2

8 230 2.034 55.1

9 230 2.034 55.1

10 230 2.034 55.0

y = 0,2667x + 2062,5 R = 0,2933

2.060

2.061

2.062

2.063

2.064

2.065

2.066

2.067

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (sekon)

Grafik Hubungan Antara Waktu dan Tegangan Hot Wire pada Kecepatan

Angin 70 m/s

Tegangan Hotwire padaKecepatan Angin 70 m/s

Linear (TeganganHotwire pada KecepatanAngin 70 m/s)

y = 0,0364x + 2046,8 R = 0,0182

2.045

2.045

2.046

2.046

2.047

2.047

2.048

2.048

2.049

2.049

2.050

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)

Grafik Hubungan Antara Waktu dan Tegangan Hotwire pada Kecepatan Angin

110 m/s


Linear (Tegangan Hotwirepada Kecepatan Angin110 m/s)

y = 0,0182x + 2039,6 R = 0,013

2.038

2.039

2.039

2.039

2.039

2.039

2.040

2.040

2.040

2.040

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)


150 m/s


Linear (Tegangan Hotwirepada Kecepatan Angin150 m/s)

y = 0,0182x + 2035,8 R = 0,0303

2.034

2.035

2.035

2.035

2.035

2.035

2.036

2.036

2.036

2.036

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)


190 m/s


Linear (Tegangan Hotwirepada Kecepatan Angin 190m/s)

y = 2034 R = 0

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)

Grafik Hubungan Waktu danTegangan Hotwire pada Kecepatan Angin 230 m/s


Linear (Tegangan Hotwirepada Kecepatan Angin 230m/s)

1.980

2.000

2.020

2.040

2.060

2.080

2.100

2.120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rat

a-ra

ta T

ega

nga

n H

otw

ire

(V

)

Waktu (Sekon)

Grafik Hubungan Rata-rata Tegangan Hotwire Dengan Waktu

Tegangan HW KecepatanAngin 0 m/s






1.980

2.000

2.020

2.040

2.060

2.080

2.100

2.120

0 70 110 150 190 230

Tega

nga

n H

otw

ire

Rat

a-r

ata

Kecepatan Angin

Grafik Hubungan Tegangan Hotwire Rata-rata terhadap Setiap Kecepatan Angin

Tegangan Hotwire Rata-rata terhadap KecepatanAngin

Berdasarkan data-data hasil pengamatan tersebut, maka didapatkan rata-rata

nilai tegangan hotwire terhadap waktu pada tiap-tiap perbedaan kecepatan angin yang

digunakan sebagai berikut.

Tabel 7. Rata-rata tegangan Hotwire terhadap Kecepatan Angin

Kecepatan Angin Rata-Rata Tegangan HotWire

0 m/s 2,112

70 m/s 2,064

110 m/s 2,047

150 m/s 2,040

190 m/s 2,036

230 m/s 2,034

Persamaan grafik di atas dapat dicari menggunakan metode least square

dengan rumus umum garis:

Metode least square diguanakan untuk mencari gradien (nilai m) serta nilai C

dari grafik tersebut.

Dalam pengolaha data kali ini, praktikan menggunakan variabel y sebagai

tegangan rata-rata, dan variabel x sebagai kecepatan angin.

Tabel 8. Least Square

x y x2 y2 xy

0 2.112 0 4460544 0

70 2.064 4900 4260096 144480

110 2.047 12100 4190209 225170

150 2.040 22500 4161600 306000

190 2.036 36100 4145296 386840

230 2.034 52900 4137156 467820

750 12333 128500 25354901 1530310

Berdasarkan data pada tabel diatas, maka didapatkan nilai persamaan garis

sebagai berikut.

Jadi persamaan linear garis yang didapatkan adalah:

y = -0.00033x + 2.09620

Dan untuk persamaan kecepatan aliran angin adalah:

Kesalahan Relatif = |

|

Kesalahan Relatif = |

|

|

|

VIII. ANALISIS

1) Analisis Percobaan

Percobaan KR 01 Disipasi Kalor Hot Wire ini dilakukan praktikan

secara online dengan cara masuk pada website http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01.

Hal ini dilakukan dengan syarat dimana praktikan harus terhubung dengan

jaringan internet. Percobaan berjenis Radio-Lab ini juga menyarankan

pengguna untuk memiliki aplikasi Java agar bisa mengaktifkan video yang

ada. Karena video tersebut sangat membantu khususnya bagi praktikan untuk

melihat perubahan tegangan pada kawat hotwire ketika diberi aliran arus

listrik. Percobaan KR 01 ini bertujuan untuk menggunakan hot wire sebagai

sensor kecepatan aliran udara. Dari percobaan ini pula dapat diketahui

hubungan antara kecepatan udara yang bervariasi dengan tegangan.

Percobaan ini dimulai dengan cara praktikan login ke dalam situs R-lab

tersebut. Ketika memasuki jendela percobaan, praktikan akan menemui daftar

rangkaian alat-alatyang akan digunakan pada percobaan kali ini. Alat-alat yang

dibutuhkan yaitu kawat pijar, voltmeter & amperemeter, adjustable power

supply, fan, camcorder, fan, unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali

otomatis. Rangkaian yang ditampilkan berupa tabung tembus pandang yang

dilintasi oleh sebuah kawat tipis. Pada ujung tabung terdapat kipas angin (fan)

yang berguna untuk memvariasi kecepatan aliran udara dengan memvariasi

arus listrik yang diberikan. Kawat tersebut terintegrasi dengan voltmeter yang

menjadi indikator untuk menunjukan harga dari sebuah tegangan.

Kecepatan angin pada fan menjadi variabel bebas dalam praktikum ini.

Dalam percobaan ini kecepatan angin dapat diatur dengan mengklik menu

dropdown pada ikon atur kecepatan angin. Kecepatan yang digunakan

bervariasi dari mulai 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s dan 230 m/s.

Lalu setelah mengatur kecepatan fan, praktikan menghidupkan power supply

fan dengan mengklik radio buttom nya. Untuk masing-masing kecepatan dilakukan pengukuran setiap detiknya

sebanyak sepuluh data. Tujuannya agar didapatkan hubungan antara kecepatan

angin dengan tegangan. Karena tegangan disini menjadi variabel terikat

terhadap masing-masing kecepatan angin. Tegangan di dalam kawat akan menghasilkan energi listrik yang akan

didisipasi menjadi energi kalor oleh kawat yang nantinya akan digunakan

untuk mempertahankan suhu pada sensor agar konstan yang bertujuan untuk

menghitung kecepatan angin. Ketika angin telah dihembuskan pada hotwire,

maka angin tersebut akan menerpa kawat pijar dengan kecepatan dan gaya.

Adanya terpaan angin yang terjadi pada kawat ini akan menyebabkan

terjadinya perubahan resistansi pada kawat yang hubungannya berbanding

lurus dengan kecepatan angin yang mengalir.

2) Analisis Hasil

Setelah melakukan percobaan, data percobaan yang didapatkan pada

masing-masing kecepatan berupa tegangan Hot wire (V-HW), arus listrik Hot

wire (I-HW) di setiap detiknya. Pada kecepatan 0 m/s dihasilkan tegangan

yang bernilai konstan yaitu 2,112 V. Namun pada saat fan dinyalakan

dengang kecepatan yang bervariasi terjadi perubahan tegangan yang tidak

beraturan. Hal ini disebabkan adanya aliran fluida yang bertipe aliran

turbulen yang melalui kawat sehingga mempengaruhi besar tegangan yang

dihasilkan. Aliran turbulen tersebut yang dihasilkan berawal dari fan yang

menghasilkan aliran radial lalu mengenai penghalang berupa kawat hotwire

yang membuat aliran menjadi bertipe turbulen.

Aliran yang dihembuskan dengan kecepatan tinggi tersebut

menhasilkan sebuat tumbukan pada pipa. Tumbukan-tumbukan tersebut juga

terjadi antar partikel sehingga menimbukan gerak brown. Gerak brown

merupakan ciri dari aliran turbulen. Sehingga ketika hotwire dialiri dengan

fluida yang turbulen, maka akan terjadi perpindahan panas secara konveksi

yang sedikit tidak teratur. Hal ini direpresentasikan dengan nilai tegangan

yang fluktuatif terhaadap waktu untuk masing-masing kecepatan aliran udara.

Pada hasil perbandingan antara kecepatan aliran angin terhadap tegangan

ditunjukkan bahwa semakin besar kecepatan angin yang melalui kawat

hotwire, maka semakin kecil tegangan yang melalui kawat hotwire tersebut.

Hal ini juga terlihat dari data hubungan kecepatan angin dengan rata-rata

tegangan yang dihasilkan.

Penyebab adanya penurunan tegangan tersebut adalah karena adanya

perpindahan energi kalor secara konveksi yang terjadi saat fluida melalui kawat. Semakin tinggi kecepatan fluida, maka akan banyak panas yang terdisipasi dengan fluida yang mengalir tersebut. Panas yang terdisipasi dengan terserapnya panas oleh fluida. Perpindahan panas ini kemudian akan menghasilkan perubahan suhu yang semakin besar dengan nilai minus. Sehingga ketika dikonversi ke dalam persamaan energi listrik akan menghasilkan tegangan yang semakin kecil. Dengan sifat hotwire yang sangat sensitif terhadap kecepatan angin, baik laminer maupun turbulen, maka kawat hotwire ini sangat baik untuk menentukan kecepatan angin yang terjadi. Karena alat tersebut menghasilkan respons yang cepat pada voltmeter dan dapat dipantau untuk pendataan setiap detiknya.

3) Analisis Grafik

Dalam praktikum ini terdapat dua jenis grafik yaitu grafik dari tiap-tiap

kecepatan yang menampilkan hubungan dari waktu dan tegangan yang

dihasilkan oleh tiap-tiap kecepatan tersebut. Kemudian terdapat grafik dari

gabungan kecepatan dengan rata-rata tegangan di tiap kecepatan angin.

Kecepatan Angin Rata-Rata Tegangan HotWire

0 m/s 2,112

70 m/s 2,064

110 m/s 2,047

150 m/s 2,040

190 m/s 2,036

230 m/s 2,034

Pada grafik untuk kecepatan angin 0 m/s terlihat bahwa tegangan yang

dihasilkan konstan yaitu bernilai sama 2,112 V. Hal ini disebabkan karena

tidak adanya aliran udara yang mengalir menyebabkan tidak adanya

perpindahan kalor secara konveksi antara kawat hotwire dengan fluida.

Pada grafik antara waktu dengan tegangan yang diberi kecepatan aliran

udaara seharusnya tetap konstan atau setidaknya berbanding terbalik. Konstan

jika aliran yang terjadi laminer dengan kecepatan aliran udara juga konstan,

sehingga perpindahan kalor terjadi secara merata terhadap setiap partikel

fluida yang mengalir. Berbanding terbalik jika fluida yang dialirkan memiliki

intensitas waktu yang cukup lama untuk mengalir melalui kawat hotwire.

Karena semakin lama waktu fluida mengalir, maka semakin banyak kalor yang

terdisipasi oleh fluida tersebut.

Persamaan yang didapatkan dari grafik hubungan antara kecepatan angin dengan rata-rata tegangan melalui metode least square. Dari metode ini didapati persamaan hubungan tegangan rata-rata dengan kecepatan angin yaitu

y = -0.00033x + 2.09620

Dari persamaan ini, x bernilai (-) yang berarti hubungan antara

kecepatan angin dengan tegangan berbanding terbalik.

4) Analisis Kesalahan

Dalam mengkalibrasikan kecepatan aliran udara menggunakan sistem

persamaan simple power law akan menghasilkan persamaan polinomial. Karena

yang praktikan ketahui dengan menggunakan metode least square, maka untuk

mengkalibrasi kecepatan aliran tidak cukup dengan metode tersebut sebab metode

tersebut hanya menghasilkan persamaan linear.

Dalam setiap data yang dihasilkan, praktikan mendapatkan data tegangan

yang fluktuatif pada kecepatan aliran yang sama. Terlihat dari tegangan pada

kecepatan 70 m/s hingga 230 m/s. Dari data yang diperoleh pada setiap detiknya,

dengan kecepatan yang sama pada kecepatan 70 m/s 190 m/s, tegangan yang

dihasilkan tidak konstan. Namun pada kecepatan 230 m/s, tegangan yang

dihasilkan kembali konstan. Praktikum ini juga memiliki kesalahan relatif sebesar

22.12%.

Pada saat melakukan percobaan terdapat kesalahan yang terjadi yang

disebabkan oleh koneksi internet yang tidak stabil. Hal ini ditandai dengan

munculnya tulisan Komunikasi bermasalah, kontak administrator sehingga

praktikan terhambat dalam memperoleh data percobaan.

IX. KESIMPULAN

Dengan mengolah data tersebut, maka dapt disimpulkan bahwa:

Kawat hot wire dapat digunakan untuk alat pengukur kecepatan angin dengan sensornya yang sensitif yang langsung mengkonversikan

kecepatan angin ke dalam bentuk tegangan.

Kecepatan angin yang berbeda membuat tegangan yang dihasilkan berbeda dan hubungan antara keduanya adalah berbanding terbalik.

Kecepatan aliran fluida terhadap waktu dapat konstan atau berbanding terbalik. Konstan jika kecepatan aliran v = 0 m/s dan berbanding terbalik

jika waktu saat fluida mengalir sangat lama, sehingga mendisipasikan

kalor lebih banyak.

Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire adalah

X. DAFTAR PUSTAKA Anonymous. Disispasi Kalor Hot wire, [Online], Dari: http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php?id=10565&exp=48 [23 Maret 2014] Anonymous (2006) . Rancang Bangun Hot Wire Anemometer Single Normal Probe, [Online], Dari : http://digilib.its.ac.id/ITS-Undergraduate-3100011042311/13906 [23 Maret 2014]

Laporan Praktikum KR 01_Imas Mega Pratiwi

Documents

Transcript of Laporan Praktikum KR 01_Imas Mega Pratiwi