LAPORAN PRAKTIKUM Remote Laboratory Disipasi Kalor HotWire

Nama

: Eki Noerfitriyani

NPM

: 1306368053

Fakultas/Prodi

: Teknik/Teknik Lingkungan

No&Nama Percobaan

:KR01, Disipasi Kalor HotWire

Minggu Percobaan

: Ke-1

Tanggal Percobaan

: 21 September 2013

LABORATORIUM FISIKA DASAR UPP IPD UNIVERSITAS INDONESIA 2013

I.

Tujuan Praktikum

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II.
1. 2. 3. 4. 5. 6.

Alat
Kawat pijar (hotwire) Fan Voltmeter dan Ampmeter Adjustable power supply Camcorder Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III.

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 Δ 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.

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). Hotwire 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.

IV.

Cara Kerja

1. Mengaktifkan Web Cam; 2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”; 3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas”; 4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hotwire dengan cara mengklik icon “ukur”; 5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70, 10, 150, 190, dan 230 m/s.

V.

Data Percobaan
1. Kecepatan Angin 0 m/s

Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kec Angin 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

V-HW 2.112 2.104 2.110 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112

I-HW 53.9 53.9 53.9 53.9 53.9 54.0 54.2 54.3 54.5 54.5

60 50 40 Kec Angin 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V-HW I-HW

Tabel 1.1

Grafik 1.1

2.
Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 70 m/s

Kec Angin 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70

V-HW 2.047 2.047 2.047 2.048 2.047 2.047 2.048 2.047 2.046 2.047

I-HW
80

54.5 54.6 54.6 54.7 54.8 54.9 55.1 55.3 55.6 55.7

70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Kec Angin V-HW I-HW

Tabel 1.2

Grafik 1.2

3. Kecepatan Angin 110 m/s

Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kec Angin 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110

V-HW 2.032 2.031 2.031 2.031 2.030 2.031 2.030 2.030 2.030 2.029

I-HW
120

56.0 55.6 55.4 55.2 55.0 54.8 54.7 54.8 54.8 54.9

100 80 Kec Angin 60 40 20 0 1 3 5 7 9 V-HW I-HW

Tabel 1.3

Grafik 1.3

4. Kecepatan Angin 150 m/s
Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Kec Angin 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 V-HW 2.021 2.021 2.022 2.022 2.021 2.021 2.022 2.021 2.022 2.023 I-HW 56.2 55.5 55.2 54.9 55.0 55.1 55.6 56.2 56.6 56.5
160 140 120 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 Kec Angin V-HW I-HW

Tabel 1.4

Grafik 1.4

5. Kecepatan Angin 190 m/s
200

Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kec Angin 190 190 190 190 190 190 190 190 190 190

VHW 2.017 2.017 2.018 2.017 2.018 2.018 2.017 2.017 2.017 2.017

I-HW 55.8 55.5 55.2 55.0 55.1 55.2 55.6 56.1 56.6 56.8
150 Kec Angin 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V-HW I-HW

Tabel 1.5

Grafik 1.5

6. Kecepatan Angin 230 m/s
Waktu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Kec Angin 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 VHW 2.014 2.014 2.014 2.014 2.014 2.014 2.014 2.014 2.014 2.013 IHW 57.0 56.3 55.5 55.0 55.4 56.3 56.9 56.5 55.5 55.1
250 200 150 100 50 0 1 3 5 7 9 Kec Angin V-HW I-HW

Tabel 1.6

Grafik 1.6

VI.

Tugas dan Evaluasi
1. Tugas a. Berdasarkan data yang didapat , buatlah grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara. b. Berdasarkan pengolahan data di atas, buatlah grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Kecepatan aliran angin. c. Buatlah persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire. d. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin? e. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

2. Evaluasi a. Grafik hubungan tegangan hotwire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara

Grafik Tegangan (v) terhadap Waktu (t)
2.12 2.1 2.08 Tegangan (v) 2.06 2.04 2.02 2 1.98 1.96 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Waktu (t) 0 m/s 70 m/s 110 m/s 150 m/s 190 m/s 230 m/s

Grafik 2.1

b. Grafik hubungan tegangan hotwire dengan kecepatan aliran angin 1) Tabel Hubungan antara Tegangan (V) dengan Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Tegangan Rata-rata (v) 2.111 2.0471 2.0305 2.0216 2.0173 2.0139
Tabel 2.1

Kec. Aliran Angin (m/s) 0 70 110 150 190 230

2) Grafik Hubungan antara Tegangan (V) dengan Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Grafik Tegangan (v) terhadap Kec. Aliran Angin (m/s)
2.12 tegangan rata-rata (v) 2.1 2.08 2.06 2.04 2.02 2 1.98 1.96 0 70 110 150 190 230 Kec. Aliran Angin (m/s) Series 1

c. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire 1) Metode Least Square

x 0 70

y 2.111 2.0471 0 4900

xy 0 143.297

total

110 2.0305 150 2.0216 190 2.0173 230 2.0139 750 12.2414

12100 223.355 22500 303.24 36100 383.287 52900 463.197 128500 1516.376

X= kecepatan aliran angin Y= tegangan Y=bx±a m=b ∑( ) ∑ ∑ ∑ (∑

b=

)

= (6*1516.376)-(750*12.2414)/(6*128500)-(562500) = -3.97

∑ ∑( ) ∑ a= ∑ ∑ (∑ ) =(128500*12.2414)-(750*1516.376)/(6*128500)-(562500) = 2.08 Maka didapatkan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire yaitu y=-3.97x+2.08

d. Apakah kita dapat menggunakan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?
Jawab: ya, kawat Hotwire dapat sebagai pengukur kecepatan angin .

e. Analisis hasil percobaan
1) Analisis Percobaan

Pada percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” ini tentu saja perlu diperhatikan bahwa peralatan yang digunakan selama percobaan tersedia.

Percobaan ini dilakukan via online dengan mengakses link r-Lab, untuk itu diperlukannya jaringan internet untuk dapat mengakses link tersebut. Dalam percobaan ini, sumber udara yang digunakan adalah kipas angin (fan). Kecepatan angin yang digunakan divariasikan, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Pada percobaan yang pertama, digunakan kecepatan angin sebesar 0 m/s. Pada keadaan tersebut, kecepatan angin belum mempengaruhi tegangan dan arus listrik. Kemudian kipas angin dinyalakan kembali dengan variasi kecepatan aliran angin yang telah ditentukan sebelumnya. Ketika kipas angin dinyalakan, kecepatan angin mempengaruhi besar tegangan dan arus listrik yang mengalir. Semakin besar kecepatan angin, semakin besar pula arus listriknya. Sedangkan tegangan yang mengalir semakin kecil dikarenakan udara yang dihembuskan oleh kipas angin mempengaruhi resistensi pada kawat yang selanjutnya mempengaruhi tegangan dan arus listriknya. Besar kecilnya perubahan resistensi inilah yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada probe. Energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut, dan lamanya waktu arus listrik mengalir. Besarnya sesuai dengan persamaan (1). 2) Analisis Data
Berdasarkan data yang diperoleh saat percobaan, dapat diketahui hasilnya untuk percobaan saat kecepatan aliran angin sebesar yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Dari data, didapatkan hasil bahwa semakin besar kecepatan angin yang digunakan, maka akan semakin besar pula nilai arus listriknya dan semakin kecil nilai dari tegangan yang mengalir pada kawat hotwire. Dari data pula dapat dibuatnya grafik 1 sampai 6 yang menjelaskan mengenai hubungan antara Tegangan Hotwire dengan Waktu. Berdasarkan grafik tersebut, dapat dilihat bahwa tegangan yang mengalir memiliki sedikit perubahan namun relatif stabil. Hal ini terjadi karena udara dari kipas angin tidak secara langsung berubah kecepatannya. Misalnya dari kecepatan angin 0 m/s yang diubah menjadi 70 m/s, tentu saja ketika kipas angin dinyalakan, kecepatan angin tidak langsung 70 m/s. Angin mengalami percepatan terlebih dahulu sehingga pada akhirnya mencapai kecepatan 70 m/s. Selain grafik tersebut, ada pula grafik yang menjelaskan hubungan antara Tegangan dan Kecepatan Aliran Angin, terlihat bahwa tegangan yang mengalir pada hotwire berbanding terbalik dengan kecepatan angin yang dilepaskan oleh kipas angin. Semakin besar kecepatan angin yang diberikan kipas angin, maka nilai tegangan yang mengalir pada kawat hotwire semakin kecil. Grafik yang

dihasilkan menunjukkan adanya keterkaitan antara data hasil percobaan dengan kondisi yang seharusnya terjadi, yaitu kecepatan angin dari kipas angin berbanding terbalik dengan tegangan yang dihasilkan oleh probe tersebut.

VII. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa besarnya energi listrik yang terdisipasi berbanding lurus dengan tegangan, arus listrik yang mengalir, dan lamanya waktu arus listrik mengalir. Kemudian, semakin besar kecepatan angin yang diberikan, maka semakin besar nilai resistensi yang dihasilkan, dan semakin besar pula arus listrik yang mengalir. Penurunan tegangan yang mengalir pada kawat berlangsung seiring dengan meningkatnya kecepatan angin yang berlangsung. Dari percobaan yang telah dilakukan, maka didapatkan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire yaitu y=-3.97x+2.08 . Dapat disimpulkan pula bahwa hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara.