LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Briman Sitorus

Fakultas : Teknik

Departemen/ Program Studi : Teknik Sipil / Teknik Sipil

Group : B10

No. & Nama Percobaan : KR01-Disipasi Kalor Hot Wire

Tanggal Perocobaan : 25 September 2013

Nama Asisten : Mochammad Adam Pratama

Laboratorium Fisika Dasar

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

Universitas Indonesia

DISIPASI KALOR HOT WIRE

Tujuan

Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

Kawat Pijar (hot wire)

Fan

Voltmeter dan Amperemeter

Adjustable Power Supply

Camcorder

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori

Single Normal Probe adalah suatu tipe hot wire yang paling banyak digunakan

sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah aksial saja.

Probe seperti ini terdiri atas sebuah kawat logam pendek yang halus yang disatukan

pada dua kawat baja. Tiap-tiap ujung probe dihubungkan ke sebuah sumber tegangan.

Energi listrik yang mengalir pada probe tersebut akan didisipasi 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 Δ t .........( 1 )

Bila probe diembuskan udara maka akan mengubah nilai resistansi kawat

sehingga mengubah 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:

Overheat ratio =

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (diembuskan 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.

Cara Kerja

Eksperimen RLab ini dapat dilakukan dengan mengeklik tombol rLab di bagian

bawah halaman ini.

Mengaktifkan webcam.

Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengeklik pilihan

drop down pada ikon “atur kecepatan aliran”.

Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengeklik radio button pada ikon

“menghidupkan power supply kipas”.

Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengeklik

ikon “ukur”.

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

Pengolahan Data

Pada percobaan yang pengamat lakukan, kecepatan angina diubah-ubah sebanyak enam kali. Kecepatan

angin yang diujikan adalah sebesar 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, hingga 230 m/s. Data

berikut adalah hasil percobaan yang diperoleh.

t v1 V I v2 V I v3 V I v4 V I v5 V I v6 V I

1

0

2.112 54.3

70

2.063 55.3

110

2.046 55.5

150

2.041 55.5

190

2.035 55.3

230

2.032 55.1

2 2.112 54.1 2.065 54.9 2.047 55.7 2.040 55.9 2.036 55.5 2.032 55.1

3 2.112 54.0 2.064 54.6 2.047 55.6 2.040 55.9 2.035 55.5 2.032 55.2

4 2.112 53.9 2.063 54.3 2.047 55.4 2.040 55.7 2.035 55.6 2.032 55.2

5 2.112 53.9 2.064 54.4 2.046 55.0 2.040 55.3 2.035 55.7 2.032 55.3

6 2.112 54.1 2.064 54.6 2.046 54.8 2.040 55.0 2.036 55.8 2.033 55.3

7 2.112 54.2 2.065 54.9 2.046 54.6 2.041 54.7 2.036 55.8 2.033 55.4

8 2.112 54.4 2.066 55.2 2.046 54.6 2.040 54.7 2.036 55.9 2.033 55.5

9 2.112 54.3 2.065 55.2 2.046 54.9 2.039 54.8 2.036 55.9 2.032 55.7

10 2.112 54.1 2.066 54.8 2.047 55.2 2.039 55.1 2.036 56.0 2.033 55.9

Dari data diatas, telah diperoleh grafik hubungan antara “Tegangan Hotwire dan Waktu” untuk setiap

kecepatan aliran udara dan hubungan antara “Rata-rata Tegangan Hotwire dan Kecepatan Aliran Angin”

pada masing masing percobaan.

TUGAS DAN EVALUASI

1. Berdasarkan data yang pengamat dapat, grafik yang menggambarkan hubungan

antara tegangan hot wire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2.02

2.03

2.04

2.05

2.06

2.07

2.08

2.09

2.1

2.11

2.12

0 2 4 6 8 10 12

Tegangan Hot Wire

Waktu

Tegangan Hot Wire versus Waktu

0

70

110

150

190

230

2. Berdasarkan pengolahan data di atas, grafik yang menggambarkan hubungan

antara tegangan hot wire dan kecepatan aliran angin.

Kecepatan

Angin

Tegangan

Rata-Rata

0 2.112

70 2.0645

110 2.0464

150 2.04

190 2.0356

230 2.0324

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 50 100 150 200 250

Tegangan Rata-Rata

Kecepatan Angin

Tegangan Rata-Rata

Tegangan Rata-Rata

3. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wire.

Pengolahan data least square

X y x2 y2

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.112 0 4.460544 0

2.063 70 4.460544 4900

2.065 70 4.460544 4900

2.064 70 4.460544 4900

2.063 70 4.460544 4900

2.064 70 4.460544 4900

2.064 70 4.460544 4900

2.065 70 4.255969 4900

2.066 70 4.264225 4900

2.112 70 4.260096 4900

2.112 70 4.255969 4900

2.112 110 4.260096 12100

2.112 110 4.260096 12100

2.112 110 4.264225 12100

2.112 110 4.268356 12100

2.112 110 4.264225 12100

2.112 110 4.268356 12100

2.112 110 4.186116 12100

2.112 110 4.190209 12100

2.112 110 4.190209 12100

2.112 110 4.190209 12100

2.112 150 4.186116 22500

2.112 150 4.186116 22500

2.112 150 4.460544 22500

2.112 150 4.460544 22500

2.063 150 4.460544 22500

2.065 150 4.460544 22500

2.064 150 4.460544 22500

2.063 150 4.460544 22500

2.064 150 4.460544 22500

2.064 150 4.460544 22500

2.065 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 190 4.460544 36100

2.112 230 4.255969 52900

2.112 230 4.264225 52900

2.112 230 4.260096 52900

2.112 230 4.255969 52900

2.112 230 4.260096 52900

2.112 230 4.260096 52900

2.112 230 4.264225 52900

2.112 230 4.268356 52900

2.112 230 4.264225 52900

2.112 230 4.268356 52900

126.002 7500 262.0307 1285000

15876.50

4

5625000

0

68660.0877

4

1.651E+1

2

y = mx + b

[( )( ]

( )

(

)( ) ( )( )

( )

( ) ( )( )

( )

( )( ) ( )( )

( )

Berdasarkan penghitungan yang telah dilakukan diperoleh persamaan kecepatan angin

sebagai fungsi hot wire yaitu,

dengan x adalah tegangan hot wire dan y adalah kecepatan angin.

dengan kesalahan.

√(

) [

( ) ( ) ( )

( )

]

√(

) [

( ) ( )( )( ) ( )

( ) ]

√

[

]

√

[

]

√

[ ] √

[ ] √

√

( ) √

( )

|

|

Setelah dilakukan penghitungan didapatkan hasil dengan tingkat kesalahan 0.105%. Hal

ini menunjukkan bahwa kawat hot wire bisa digunakan sebagai pengukur kecepatan

angin.

4. Evaluasi Percobaan

4.1. Analisis data

Percobaan disipasi kalor hotwire bertujuan untuk mengetahui apakah hot wire

dapat digunakan sebagai sensor pengukur kecepatan angin. Pada percobaan kali ini,

pengamat menggunakan RLab sebagai media praktikum secara remote. Hot wire atau

kawat pijar diberikan serangkaian tes untuk melihat bagaimana pengaruh waktu

terhadap tegangan pada hot wire pada kecepatan tertentu dan bagaimana pengaruh

waktu terhadap tegangan rata. Alat-alat yang digunakan untuk percobaan ini adalah

fan untuk sumber tenaga, kawat pijar sebagai alat percobaan untuk mengetahui

pengaruh kecepatan angin terhadap tegangan, Voltmeter dan Amperemeter untuk

mengukur tegangan dan arus listrik, Powersupply untuk memulai percobaan, Camcorder

untuk meninjau perubahan suhu pada saat praktik, dan unit PC beserta DAQ dan

perangkat pengendali untuk melakukan percobaan dengan system online.

4.2. Analisis percobaan

Variabel yang terlibat adalah tegangandan waktu yang dibutuhkan di tiap-tiap

kecepatan angin yang bervariasi.,mulai dari 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s

hingga 230 m/s. Perbedaan kecepatan yang ada ditujukan agar praktikan

mengetahuiperbedaan pada masing-masing percobaan.Untuk setiap kecepatan,

percobaan dilakukan dengan selang waktu 10detik dimana setiap 1 detik komputer

telah mencatat tegangan dan kuat arus.Jadi, data yang didapat praktikan adalah 60

data.

Sumber angin dalam percobaan ini adalah sebuah kipas. Percobaan ini juga dapat

digunakan untuk menganalisis hubungan antara kecepatan aliran udara dengan arus

listrik. Pada saat kipas diam (0m/s) besar arus listrik dan tegangan pada kawat belum

terpengaruh. Ketika kecepatan angin dinaikkan, arus listrik dan tegangan pun menjadi

terpengaruh. Arus listrik menjadi semakin besar, berbanding lurus dengan kecepatan

angin yang diberikan oleh kipas. Berkebalikan dengan arus listrik, semakin cepat angin

berembus maka tegangan listrik pada kawat semakin kecil. Ketika udara diembuskan

kepada probe, maka nilai resistensi pada kawat akan berubah yang selanjutnya

memengaruhi tegangan dan arus tersebut. Terpaan angin tersebut menyebabkan

terjadinya perubahan nilai resistensi pada kawat yang sebanding dengan kecepatan

angin. Besar kecilnya perubahan resistensi inilah yang memengaruhi perubahan kalor

yang terjadi pada probe.

Dalam percobaan, tegangan di dalam kawat akan menghasilkan energi listrik

yang akan didisipasi oleh kawat menjadi energi kalor sehingga kawat akan menjadi

panas. Kalor tersebut nantinya digunakan untuk mempertahankan suhu sensor agar

konstan guna menghitung kecepatan angin. Pada kecepatan angin yang tetap, semakin

lama angin berembus maka energi kalor yang dihasilkan semakin kecil. Disipasi oleh

kawat menjadi energi kalor menyebabkan penurunan tegangan listrik yang terjadi

seiring dengan penambahan waktu yang ada.

Semakin besar kecepatan angin yang dihembuskan maka semakin besar arus lirstrik

yang mengalir dan semakin kecil tegangan pada kawat. Setelah didapatkan data hasil

percobaan dan dilakukan pengolahan data, didapatkan persamaan kecepatan angin

sebagai fungsi hot wire yaitu .

4.3. Analisis kesalahan

Pada percobaan ini kesalahan yang terjadi sangatlah kecil,dengan kesalahan yang

sangat kecil, yaitu sebesar 0.105%. Hal ini menunjukkan bahwa percobaan telah

dilakukan dengan baik atau berhasil menghindari faktor-faktor kesalahan yang

membuat hasil pengolahan data tidak mendekati nilai sebenarnya. Walaupun pada

kenyataannya percobaan secara remote menggunakan RLab ini cukup berpotensi

menimbulkan kesalahan-kesalahan seperti kekurangakuratan data yang diperoleh

karena percobaan dilakukan pada sistem (lingkungan) yang berbeda dan terkadang

putusnya koneksi internet saat berlangsungnya percobaan. Sebaran nilai data

percobaan tidakseluruhnya sesuai dengan literatur, tetapi sebaran nilai data perolehan

tidak terlalu jauh dari garis literatur atau acuan. Kesalahan-kesalahan yang terjadi

tidak dapat seluruhnya diidentifikasi, sebab eksperimen inidilakukan dengan

menggunakan jaringan internet yang terhubung pada alat praktikum elektronik.

5. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan:

Aliran udara berbanding lurus dengan perubahan nilai resistan. Semakin cepat

aliran udara yang mengalir, maka perubahan nilai resistansi juga semakin besar dan

arus listrik yang mengalir juga berubah.

Hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin, didukung dengan

kesalahan yang sangat kecil.

Tegangan listrik berbanding terbalik dengan kecepatan angin. Semakin cepat angin

berhembus, semakin kecil tegangan listriknya.

Resistensi hot wire yang digunakan akan semakin besar sesuai dengan penambahan

kecepatan angin yang ada.

6. Referensi

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition,

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

Link Rlab

http://sitrampil.ui.ac.id/kr01