KR01-Disipasi Kalor Hot Wire

5/27/2018 KR01-Disipasi Kalor Hot Wire

1/18

LAPORAN R-LAB

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Faris Muhtadi

NPM : 1306392411

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Elektro

Program Studi : Teknik Elektro

Kode Praktikum : KR 01

Tanggal praktikum : 18 Maret 2014

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan

Dasar

( UPP IPD )

Universitas Indonesia

Depok


2/18

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampmeter4. Adjustable power supply5. Camcorder6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori

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 .........( 1 )

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.

Faris Muhtadi

2014


3/18

Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh

overheat ratio yang dirumuskan sebagai :

Overheat ratio = Rw/Ra

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasia (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.

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.

Faris Muhtadi

2014


4/18

Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab

di bagian bawah halaman ini.

1. Aktifkan Web cam ! (klik icon videopada halaman web r-Lab) !

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

down pada icon atur kecepatan aliran.

3. Hidupkan motor pengerak kipas denganmengklik radio button pada icon

menghidupkan power supply kipas.

4. Ukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan caramengklik icon ukur.

5. Ulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190dan 230 m/s !

Tugas

1. Berdasarkan data yang didapat , buatlah grafik yangmenggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu

untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Berdasarkan pengolahan data di atas, buatlah grafik yangmenggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Kecepatan

aliran angin.

3. Buatlah persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari teganganhotwire.

4. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapatmenggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?

5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

Faris Muhtadi

2014


5/18

6. Hasil dan EvaluasiData dan hasil percobaan

Tabel 1 Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 0 m/s

Waktu( s )

Kecepatan

Angin

( m / s )

Tegangan

( Volt )

Kuat

Arus

( Ampere )

1 0 2.112 54.7

2 0 2.112 54.2

3 0 2.112 53.94 0 2.112 55.0

5 0 2.112 53.9

6 0 2.112 54.5

7 0 2.112 54.2

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 55.0

10 0 2.112 53.9


Waktu ( s

)

Kecepatan

Angin ( m/s )

Tegangan

( Volt )

Kuat

Arus

( Ampere)

1 70 2.065 56.5

2 70 2.067 54.13 70 2.066 54.8

4 70 2.066 55.8

5 70 2.066 54.0

6 70 2.065 55.2

7 70 2.065 55.5

8 70 2.065 54.0

9 70 2.065 55.7

10 70 2.066 54.7

Faris Muhtadi

2014


6/18


Waktu ( s )Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

( Volt)

Kuat Arus

( Ampere )

1 110 2.045 56.2

2 110 2.045 54.4

3 110 2.045 54.5

4 110 2.045 56.3

5 110 2.044 56.2

6 110 2.045 54.4

7 110 2.045 54.5

8 110 2.045 56.4

9 110 2.046 56.010 110 2.046 54.3



Waktu (

s )

Kecepatan

Angin( m/s )

Tegangan

( Volt )

Kuat

Arus

( Ampere )

1 190 2.034 57.1

2 190 2.034 55.9

3 190 2.034 54.4

4 190 2.034 56.55 190 2.034 56.1

Waktu ( s )

Kecepatan

Angin

( m/s )

Tegangan ( Volt )

Kuat Arus

( Ampere)

1 150 2.037 54.6

2 150 2.037 56.83 150 2.037 56.2

4 150 2.037 54.4

5 150 2.037 54.9

6 150 2.037 57.1

7 150 2.037 55.4

8 150 2.038 54.3

9 150 2.037 55.9

10 150 2.037 56.7

Faris Muhtadi

2014


7/18

6 190 2.034 54.4

7 190 2.034 56.5

8 190 2.034 56.0

9 190 2.033 54.4

10 190 2.034 56.6


Waktu (

s )

Kecepatan

Angin ( m/s )

Tegangan

( Volt )

Kuat Arus

( Ampere )

1 230 2.032 56.2

2 230 2.032 57.03 230 2.032 54.6

4 230 2.032 55.1

5 230 2.032 57.5

6 230 2.032 55.1

7 230 2.032 54.5

8 230 2.032 56.7

9 230 2.032 56.6

10 230 2.032 54.4

Dari hasil percobaan di di atas, dapat kita gunakan untuk membuat

grafik hubungan antara tegangan hot wire dengan waktu.

A. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Waktu )Grafik 1

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan

Angin v = 0

!

!#$

%

%#$

&

$

% & ' ( $ ) * + , %!

!"#$%#$%'(

)

*$+,- ' . )

/0$12+ 3

-./01/01

Faris Muhtadi

2014


8/18

Grafik 2Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan

Angin v = 70

Grafik 3

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada KecepatanAngin v = 110

Grafik 4Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan

Angin v = 150

!)(

!)$

!))

!)*

!)+

% & ' ( $ ) * + , %!

!4#$%#$%'(

)

*$+,- ' . )

/0$12+ 5

-./01/01

!('

!((

!($

!()!(*

% & ' ( $ ) * + , %!

!4#$%#$%'()

*$+,- ' . )

/0$12+ 6

-./01/01

Faris Muhtadi

2014


9/18

Grafik 5

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada KecepatanAngin v = 190

Grafik 6

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan

Angin v = 230

!')$

!'*

!'*$

!'+

!'+$

% & ' ( $ ) * + , %!

!4#$%#$%'

(

)

*$+,- ' . )

/0$12+ 7

-./01/01

!'&$

!''

!''$

!'(

!'($

% & ' ( $ ) * + , %!

!4#$%#$%'(

)

*$+,- ' . )

/0$12+ 8

-./01/01

!

!#$

%

%#$

&

$

% & ' ( $ ) * + , %!

!4#$%#$%'(

)

*$+,- ' . )

/0$12+ 9

-./01/01

Faris Muhtadi

2014


10/18

B. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Kecepatan Aliran Angin)Dalam mencari hubungan antara tegangan dengan kecepatan

aliran angin sebaiknya kita harus terlebih dahulu mencari rata-rata

tegangan dari setiap kecepatan angin.

Tabel Kecapatan Aliran Angin & Rata Rata Tegangan

Kecepatan Angin Rata Rata Tegangan ( Volt )

0 2.1120

70 2.0656

110 2.0451

150 2.0371

190 2.0339

230 2.0320

Dari tabel tersebut, dapat dibuat grafik yang menyatakan

hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan.

C. Persamaan kecepatan angin sebagai Fungsi dari TeganganHotwirePersamaan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan

hotwire diperoleh menggunakan metode least square yang terdapat

pada tabel berikut :

Kecepatan Angin

( m/s )Tegangan ( Volt ) X

2 Y

2 xy

0 2.112 0 4.460544 070 2.0656 4900 4.26670336 144.592

%#,$

&

!$

%

%$

! *! %%! %$! %,! &'!:$,$;:$,$!4#$%#$%

'(4?4@$,$% A%#2% ' BC. )

/0$12+

2030 4 2030 -./01/01

Faris Muhtadi

2014


11/18

110 2.0451 12100 4.18243401 224.961

150 2.0371 22500 4.14977641 305.565

190 2.0339 36100 4.13674921 386.441

230 2.032 52900 4.129024 467.36

! !"# !"!!"#$ !"#$%% !"!!"#"!$%% !"#$!!"!Dengan menggunakan software regresi linear, perhitungan least

square dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Pada perhitungan tersebut, nilai b adalah nilai m atau gradien

sementara nilai a adalah faktor penambah. Maka persamaan least square

dari hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan adalah :

Faris Muhtadi

2014


12/18

y = - 0,00033938x + 2.0967

y 2.0967 = - 0.00033938x

x = 6178.03 2946.54 y

dengan x = kecepatan angin dan y = tegangan, maka

kecepatan angin (m/s) = 6178.03 2946.54 ( volt )

Analisa

A.Analisa Percobaan dan HasilPada percobaan kali ini, terdapat 6 kali percobaan mengukur

tegangan dengan diberikannya enam kecepatan aliran angin yaitu 0

m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Data untuk

percobaan ini dilakukan sebanyak 10 kali setiap satu kecepatan aliran

angin. Dalam 10 kali pengambilan data , kegiatan tersebut bertujuan

untuk menggambarkan tegangan yang dihasilkan tiap detiknya.

Setelah data dianalisa maka dibawah ini adalah persamaan-persamaan

garis dari masing-masing hubungan antara kecepatan aliran angin

tegangan :

1) 0 m/s : y = 2.1122) 70 m/s : y = - 0.00008x + 2.0663)

110 m/s : y = 0.000103 + 2.044

4) 150 m/s : y = 0.00003x + 2.0365) 190 m/s : y = -0.000042x + 2.3046) 230 m/s : y =2.032

Dari percobaan ini, data yang diolah menggunakan metode

least square menunjukkan persamaan antara kecepatan aliran angin

Faris Muhtadi

2014


13/18

dengan tegangan secara umum dari percobaan ini. Persamaan tersebut

adalah :

Kecepatan angin (m/s) = 6178.03 2946.54 ( volt )

Setelah melakukan percobaan ini, dari keenam data dapat

disimpulkan bahwa kecepatan aliran angin terbukti memengaruhi

tegangan yang dihasilkan. Hal ini terlihat pada perhitungan tabel,

grafik, maupun least square dimana semakin tinggi aliran angin yang

diberikan maka akan semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Hal ini

membuktikan bahwa kawat hot wireternyata cocok untuk mengukur

panas tegangan dan kecepatan aliran angin.

B.Analisa Grafik! Grafik Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu

Melalui grafik ini dapat kita lihat bahwa terdapat variasi data

dalam pengukuran ini. Untuk beberapa kecepatan aliran angin

tertentu, selama rentang waktu 10 detik percobaan tegangannya

stabil. Namun, untuk kecepatan aliran angin yang lainnya, terdapat

tegangan yang konstan naik, konstan turun, dan juga fluktuatif.

Namun naik dan turunnya angka tegangan tidak terlalu jauh dan

masih berada dalam range tegangan yang pertama kali. Hal inimenyatakan bahwa untuk meningkatkan atau menurunkan suatu

tegangan maka dibutuhkan waktu yang lebih lama dari 10 detik.

! Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Angin denganTegangan

Seperti yang telah dinyatakan dalam bagian analisis

percobaan dan hasil. Grafik ini menyatakan bahwa semakin besar

aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan

Faris Muhtadi

2014


14/18

yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena aliran angin akan

mengurangi jumlah panas yang akan diterima oleh hot wire. Dan

karena hot wire hanya akan bereaksi jika dipicu oleh panas atau

kalor maka diperlukan kecepatan aliran angin tidak boleh dalam

kecepatan yang besar

C.Analisa KesalahanDalam praktikum ini, terdapat beberapa kesalahan yang

dapat menyebabkan kesalahan atau ketidakakuratan dalam

pengukuran kesalahan itu antara lain :

" Pengkalibrasian alat ukur (hot wire) yang belum optimalsehingga sensor penangkap panasnya tidak bekerja secara

maksimal

" Fasilitas R-Lab yaitu camcorder yang memperlihatkanvideo streaming percobaan tersebut. Camcorder yang

menampilkan gambar yang tidak jelas akan menyebabkan

kesulitan dalam melihat apa yang sebenarnya terjadi di

ruang praktikum

" Kesalahan dalam menghitung dan dalam penulisan angkapenting.

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa

:

Hot Wire Single Probe merupakan jenis sensor hot wire yangpaling sering digunakan karena kemampuannya untuk

menyampaikan data pengukuran secara optimal

SensorHot Wire sering digunakan untuk mengukur fluida

Faris Muhtadi

2014


15/18

Semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan yangdihasilkan akan semakin kecil karena kalor/panas yang diserap

oleh hot wireakan berkurang karena adanya angin

Referensi

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, ThirdEdition, Prentice Hall, NJ, 2000.

o Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7thEdition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Faris Muhtadi

2014


16/18

LAMPIRAN

Praktikum dilakukan pada hari Kamis tanggal 18 Maret 2014

Lampiran 1 (Tabel Data rLab)

NoWakt

u

Kec

AnginV-HW

I-

HW

1 1 0 2.112 54.7

2 2 0 2.112 54.2

3 3 0 2.112 53.9

4 4 0 2.112 55.0

5 5 0 2.112 53.96 6 0 2.112 54.5

7 7 0 2.112 54.2

8 8 0 2.112 53.9

9 9 0 2.112 55.0

10 10 0 2.112 53.9

11 1 70 2.065 56.5

12 2 70 2.067 54.1

13 3 70 2.066 54.8

14 4 70 2.066 55.8

15 5 70 2.066 54.0

16 6 70 2.065 55.2

17 7 70 2.065 55.5

18 8 70 2.065 54.0

19 9 70 2.065 55.7

20 10 70 2.066 54.7

21 1 110 2.045 56.2

22 2 110 2.045 54.423 3 110 2.045 54.5

24 4 110 2.045 56.3

25 5 110 2.044 56.2

26 6 110 2.045 54.4

27 7 110 2.045 54.5

28 8 110 2.045 56.4

29 9 110 2.046 56.0

30 10 110 2.046 54.3

31 1 150 2.037 54.632 2 150 2.037 56.8

Faris Muhtadi

2014


17/18

33 3 150 2.037 56.2

34 4 150 2.037 54.4

35 5 150 2.037 54.9

36 6 150 2.037 57.1

37 7 150 2.037 55.438 8 150 2.038 54.3

39 9 150 2.037 55.9

40 10 150 2.037 56.7

41 1 190 2.034 57.1

42 2 190 2.034 55.9

43 3 190 2.034 54.4

44 4 190 2.034 56.5

45 5 190 2.034 56.1

46 6 190 2.034 54.4

47 7 190 2.034 56.5

48 8 190 2.034 56.0

49 9 190 2.033 54.4

50 10 190 2.034 56.6

51 1 230 2.032 56.2

52 2 230 2.032 57.0

53 3 230 2.032 54.6

54 4 230 2.032 55.155 5 230 2.032 57.5

56 6 230 2.032 55.1

57 7 230 2.032 54.5

58 8 230 2.032 56.7

59 9 230 2.032 56.6

60 10 230 2.032 54.4

Faris Muhtadi

2014


18/18

Faris Muhtadi

2014

KR01-Disipasi Kalor Hot Wire

Documents

Transcript of KR01-Disipasi Kalor Hot Wire