Download - KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
1/22
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
NAMA : FELIX CAHYO KUNCORO JAKTI
NPM : 0906511763
GRUP : A-5
FAKULTAS/DEPARTEMEN : TEKNIK/TEKNIK SIPIL
NO PERCOBAAN : KR 01
NAMA PERCOBAAN : DISIPASI KALOR HOT WIRE
TANGGAL PERCOBAAN : 11 MARET 2010
KAWAN KERJA : -
ASISTEN : ALI
UNIT PELAKSANA PENDIDIKANILMU PENGETAHUAN DASAR
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2010
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
2/22
1 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
DISIPASI KALOR HOTWIRE
I. TUJUAN PERCOBAANMenggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. PERALATAN1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Amperemeter4.Adjustable power supply5. Camcorder6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
3/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 2
III. LANDASAN TEORI
a) Disipasi EnergiEnergi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat
ke tempat lain disebut kalor. (Syukri S, 1999).
Hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut termodinamika.
Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani
hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi
kimia dan dalam perubahan keadaan (Keenan, 1980).
Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu
proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah
kalor yang dipindahkan ke sistem (Petrucci, 1987).
Hukum kedua termodinamika, yaitu membahas tentang reaksi spontan dan tidak
spontan. Proses spontan yaitu reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar.
Sedangkan reaksi tidak spontan tidak terjadi tanpa bantuan luar.
Energi disipasi dapat berarti energi yang hilang dari suatu sistem. Hilang dalam arti
berubah menjadi energi lain yang tidak menjadi tujuan suatu sistem (dalam
percobaan, energi listrik berubah menjadi energi kalor). Timbulnya energi disipasi
secara alamiah tidak dapat dihindari. Contohnya:
1) Energi panas yang timbul akibat gesekan. Dalam hal ini, timbulnya gesekandianggap merugikan.
2) Energi listrik yang terbuang akibat adanya hambatan pada kawat penghantar.3) Energi panas pada transformator (trafo). Trafo dikehendaki untuk mengubah
tegangan. Namun, pada kenyataan, timbul panas pada trafo. Panas inilah yang
dianggap sebagai energi disipasi.
Dalam fisika, disipasi mewujudkan konsep sistem dinamis di mana modus mekanis
yang penting, seperti gelombang atau osilasi, kehilangan energi selama waktu,
biasanya karena tindakan gesekan atau turbulensi. Energi yang hilang diubah
http://blogkita.info/tag/termodinamikahttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Physics&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjgGty2gtVmv-PtXOqe9Q7MktENXghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamical_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhElyEfz_Ji4fB3m-7SNEvQIEkjEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Wave&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjjsoma2Bhe7i_JJVPTIsUtYThxxQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Oscillation&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhh9ghZSWgMye5K8v4LJfNlW51Sv4whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Energy&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhFM5-FJaSH9G0Duvx_Yw-PdlcRtAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Time&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgUvsUtaeyCLS59PWei6ApMu1NGJwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Friction&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhggnWx8Hgwqv93vWTMXyDUxp340oAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Turbulence&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhnZ1M5Qi98kQ9tcnQWxfuJx768Dwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Turbulence&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhnZ1M5Qi98kQ9tcnQWxfuJx768Dwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Friction&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhggnWx8Hgwqv93vWTMXyDUxp340oAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Time&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgUvsUtaeyCLS59PWei6ApMu1NGJwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Energy&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhFM5-FJaSH9G0Duvx_Yw-PdlcRtAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Oscillation&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhh9ghZSWgMye5K8v4LJfNlW51Sv4whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Wave&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjjsoma2Bhe7i_JJVPTIsUtYThxxQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamical_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhElyEfz_Ji4fB3m-7SNEvQIEkjEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Physics&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjgGty2gtVmv-PtXOqe9Q7MktENXghttp://blogkita.info/tag/termodinamika -
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
4/22
3 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
menjadi panas, menaikkan temperatur dari sistem. Sistem seperti ini disebut sistem
disipasi.
b) Hotwire sebagai Sensor Kecepatan Aliran UdaraPerkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran telah
memungkinkan berbagai pengukuran aliran fluida dilakukan dengan berbagai
sensor yang memberikan hasil-hasil pengukuran yang akurat. Untuk pengukuran
berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor yang banyak digunakan adalah
hotwire anemometer.
Single normal probe adalah suatu tipe hotwire yang paling banyak digunakan
sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah aksial
saja. Probe seperti ini terdiri dari sebuah kawat logam pendek yang halus (delicate)
yang disatukan pada dua kawat baja dengan arus listrik dan bekerja berdasarkan
prinsip perpindahan panas konveksi. Masing masing 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.
= . . . . . . . . . ( )
Bilaprobe 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 :
Overheat ratio = (2)
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjkerWST3J_DLy9UqMQDK1GS77bywhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Temperature&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhrmawIUMiiIUeC3vN_mr3y2TpYeghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dissipative_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhixzB06lANNzrnxv2bOLapSP5h2pghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dissipative_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhixzB06lANNzrnxv2bOLapSP5h2pghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dissipative_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhixzB06lANNzrnxv2bOLapSP5h2pghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Dissipative_system&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhixzB06lANNzrnxv2bOLapSP5h2pghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Temperature&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhrmawIUMiiIUeC3vN_mr3y2TpYeghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjkerWST3J_DLy9UqMQDK1GS77byw -
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
5/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 4
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient(ruangan).
Sistem hot-wire anemometer yang digunakan meliputi sebuah single normal
hotwire probe, DISA 55M01 main unit, 55M11 CTA booster adapter, dan 55M05
power pack. Probe yang digunakan dioperasikan dalam suatu mode temperatur
konstan untuk menyediakan respon frekuensi yang lebih tinggi. Dalam mode
temperatur konstan, resistansi kawat, Rw dipertahankan konstan untuk
memfasilitasi respon instantaneous dari inersia termal sensor terhadap berbagai
perubahan dalam kondisi aliran.
Single normal probe
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.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
6/22
5 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
Beberapa persamaan yang dapat digunakan antara lain:
1) Persamaan Simple Power-lawPersamaan ini diperkenalkan oleh L.V. King dan dirumuskan sebagai berikut:
=+ (3)dimana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E merupakantegangan kawat, n merupakan konstanta pangkat, dan U merupakan komponen
kecepatan aksial.
2) PersamaanExtended Power-lawPersamaan ini diperkenalkan oleh R.G. Siddal dan T.W. Davies yang
diformulasikan sebagai berikut:
=+ + (4)dimana A, B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n = 0.5.
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.
c) KonveksiKonveksi adalah proses di mana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul dari
satu tempat ke tempat yang lain. Sementara konduksi hanya melibatkan molekul
(dan/atau elektron) yang hanya bergerak dalam jarak yang kecil dan bertumbukan,
konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam jarak yang besar.
Tungku dengan udara yang dipaksa, di mana udara dipanaskan, dan kemudian
ditiup oleh kipas angin ke dalam ruangan, merupakan satu contoh konveksi yang
dipaksakan. Konveksi alami juga terjadi, dan satu contoh yang banyak dikenal
adalah bahwa udara panas akan naik. Misalnya, udara di atas radiator (atau
pemanas jenis lainnya) memuai pada saat dipanaskan, dan kerapatannya akan
berkurang; karena kerapatan menurun, udara tersebut naik, sama seperti sebatang
kayu yang diceburkan ke dalam air akan terapung ke atas karena massa jenisnya
lebih kecil dari massa jenis air. Air samudra yang hangat atau dingin, seperti Gulf
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
7/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 6
Stream yang sejuk, menunjukkan konveksi alami dalam skala besar. Angin
merupakan contoh konveksi yang lain, dan cuaca pada umumnya merupakan hasil
dari arus udara yang konvektif.
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mengaktifkan Web cam dengan mengklikicon video pada halaman web r-Lab.2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan
drop down pada iconatur kecepatan aliran.
3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengklik radio button pada iconmenghidupkan power supply kipas.
4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hotwire dengan cara mengklikiconukur.
5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s.
V. DATA PENGAMATAN
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 0 2,112 56,52 0 2,112 54,8
3 0 2,112 53,9
4 0 2,112 54,3
5 0 2,112 56,2
6 0 2,112 53,9
7 0 2,112 53,9
8 0 2,112 55,6
9 0 2,112 54,9
10 0 2,112 53,9
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 70 2,056 58,7
2 70 2,058 54,7
3 70 2,059 54,3
4 70 2,057 58,0
5 70 2,057 54,6
6 70 2,058 54,4
7 70 2,056 58,0
8 70 2,057 54,5
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
8/22
7 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
9 70 2,058 54,6
10 70 2,056 58,0
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 110 2,041 59,52 110 2,041 54,3
3 110 2,040 58,1
4 110 2,042 54,7
5 110 2,039 56,3
6 110 2,039 56,1
7 110 2,040 55,0
8 110 2,040 57,5
9 110 2,039 54,4
10 110 2,040 58,5
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 150 2,033 55,4
2 150 2,033 56,9
3 150 2,032 55,0
4 150 2,032 57,8
5 150 2,032 54,6
6 150 2,032 58,6
7 150 2,032 54,4
8 150 2,032 59,19 150 2,033 54,4
10 150 2,032 59,2
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 190 2,028 54,5
2 190 2,028 59,4
3 190 2,027 54,5
4 190 2,028 59,4
5 190 2,027 54,56 190 2,027 59,4
7 190 2,027 54,5
8 190 2,027 59,2
9 190 2,027 54,5
10 190 2,027 59,0
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 230 2,024 56,8
2 230 2,025 55,93 230 2,025 56,8
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
9/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 8
4 230 2,025 55,7
5 230 2,025 57,0
6 230 2,025 55,5
7 230 2,024 57,3
8 230 2,024 55,4
9 230 2,025 57,4
10 230 2,025 55,3
VI. PENGOLAHAN DATA
Berdasarkan data pengamatan di atas, maka bisa didapat grafik Tegangan Hotwire
terhadap Waktu seperti ditampilkan di bawah ini,
Sementara, dari data pengamatan tersebut, kita dapatkan
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)
1 0 2,112
2 0 2,112
3 0 2,112
4 0 2,112
5 0 2,112
6 0 2,1127 0 2,112
2,010
2,020
2,030
2,040
2,050
2,060
2,070
2,080
2,090
2,100
2,110
2,120
0 2 4 6 8 10 12
Tegangan
Hotwire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan Hotwire terhadap Waktu
0 m/s
70m/s
110m/s
150 m/s
190 m/s
230 m/s
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
10/22
9 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
8 0 2,112
9 0 2,112
10 0 2,112
1 = 0 1 = 2,112
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)
1 70 2,056
2 70 2,058
3 70 2,059
4 70 2,0575 70 2,057
6 70 2,058
7 70 2,056
8 70 2,057
9 70 2,058
10 70 2,056
2 = 70 2 = 2,057
y = 2,112
R = 0
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 2 4 6 8 10 12
Tegangan
(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 0 m/s)
0 m/s
Linear (0 m/s)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
11/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 10
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)1 110 2,041
2 110 2,041
3 110 2,040
4 110 2,042
5 110 2,039
6 110 2,039
7 110 2,040
8 110 2,040
9 110 2,039
10 110 2,040
3 = 110 3 = 2,040
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)
1 150 2,0332 150 2,033
y = -7E-05x + 2,0576R = 0,0455
2,055
2,056
2,057
2,058
2,059
2,060
0 5 10 15
Tegangan(
V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 70 m/s)
Tegangan
Linear (Tegangan)
y = -0,0002x + 2,0411
R = 0,2863
2,038
2,039
2,040
2,041
2,042
2,043
0 5 10 15
Tegang
an
(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 110 m/s)
110 m/s
Linear (110 m/s)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
12/22
11 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
3 150 2,032
4 150 2,032
5 150 2,032
6 150 2,032
7 150 2,032
8 150 2,032
9 150 2,033
10 150 2,032
4 = 150 4 = 2,032
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)
1 190 2,028
2 190 2,028
3 190 2,027
4 190 2,028
5 190 2,027
6 190 2,027
7 190 2,027
8 190 2,027
9 190 2,027
10 190 2,027
5 = 190 5 = 2,027
y = -0,00005x + 2,0326
R = 0,11692,032
2,032
2,033
2,033
2,034
0 5 10 15
Tegangan
(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 150 m/s)
150 m/s
Linear (150 m/s)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
13/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 12
Waktu Kec Angin (m/s) (v) V-HW (V)1 230 2,024
2 230 2,025
3 230 2,025
4 230 2,025
5 230 2,025
6 230 2,025
7 230 2,024
8 230 2,024
9 230 2,025
10 230 2,025
6 = 230 6 = 2,025
Dalam penggambaran grafik, akan dicari persamaan garis lurus terbaik yang
merepresentasikan data pengamatan di atas.
y = -0,0001x + 2,0279
R = 0,52092,027
2,027
2,027
2,027
2,027
2,028
2,028
2,028
2,028
0 2 4 6 8 10 12
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 190 m/s)
190 m/s
Linear (190 m/s)
y = 6E-06x + 2,0247
R = 0,0014
2,024
2,024
2,024
2,024
2,025
2,025
2,025
2,025
0 2 4 6 8 10 12
Grafik Tegangan terhadapWaktu (Kecepatan Angin 230 m/s)
230 m/s
Linear (230 m/s)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
14/22
13 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
Garis lurus yang akan dicari adalah = +
Menggunakan Metode Kuadrat Terkecil (Least Square),
Pengukuran
ke-
Kec.Angin
(m/s) (xi)
V-HW (V) (yi) 1 0 2,112 0 0 0
2 70 2,057 4900 4,231 143,99
3 110 2,040 12100 4,162 224,40
4 150 2,032 22500 4,129 304,80
5 190 2,027 36100 4,109 385,13
6 230 2,025 52900 4,101 465,75
=
=750 =12,293 2
= 128500
2
= 20,732 = 1524,07
= ()()2 2
=61524,07 75012,293
6128500 7502
= 9144,42 9219,75771000 562500
=75,33208500
= 0,0003613= 0,0004
=2() ()()
2 2
=12850012,293 7501524,07
6128500 7502
=1579650,5 1143052,5
771000 562500
=436598
208500
= 2,094
Persamaan garis yang dimaksud adalah = ,+ ,.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
15/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 14
VII. ANALISIS DATA
Pada praktikum kali ini, kita melakukan percobaan disipasi kalor hotwire. Praktikum ini
bertujuan untuk menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
Praktikum ini tidak dilaksanakan secara manual, melainkan streaming melalui internet,
yaitu situs r-Lab. Langkah yang dilakukan adalah menghembuskan angin dengan
kecepatan yang berbeda-beda pada single normal probe hotwire. Sumber angin adalah
fan/kipas angin. Sedangkan, hotwire yang digunakan adalah sebuah kawat logam
pendek yang halus yang disatukan pada dua kawat baja dengan arus listrik, yang
masing-masing ujungnya dihubungkan ke sebuah sumber tegangan. Besarnya energi
listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe
tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.
=
Percobaan dilakukan dengan menghembuskan angin dengan kecepatan berbeda-beda,
yaitu 0 m/s (tidak dihembuskan udara), 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230
m/s. Ketika angin dihembuskan pada hotwire, akan mengubah nilai resistansi kawat,
sehingga akan merubah besarnya arus listrik yang mengalir. Hal ini, juga akan
berpengaruh terhadap tegangan listrik yang mengalir pada kawat. Dengan kecepatanangin yang sama, pengukuran dilakukan setiap sekon sebanyak 10 kali. Hal ini
y = -0,0004x + 2,094
R = 0,83032,000
2,020
2,040
2,060
2,080
2,100
2,120
0 50 100 150 200 250
Tegangan
(V)
Kecepatan Angin (m/s)
Grafik Tegangan Hotwire terhadapKecepatan Angin
Tegangan
Linear (Tegangan)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
16/22
15 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
dilakukan untuk mendapatkan variasi data dan untuk mendapatkan data yang akurat
hingga hasil pengukuran akan memiliki pendekatan yang baik terhadap nilai yang
sesungguhnya.
Dengan kecepatan angin yang sama, walaupun diukur setiap sekon sebanyak 10 kali,
tidak tercatat perubahan tegangan hotwire yang signifikan. Tercatat beberapa fluktuasi,
namun tidak terlalu jauh dari nilai tegangan rata-rata. Dapat dinyatakan, bahwa waktu
tidak berpengaruh terhadap tegangan hotwire bila kecepatan angin yang dihembuskan
sama.
Namun, bila melihat data pengamatan serta membuat hubungan antara tegangan dan
kecepatan angin, maka didapat bahwa perubahan kecepatan angin akan berpengaruh
signifikan terhadap tegangan hotwire.
Pengukuran ke- Kec.Angin Rata-Rata (m/s) V-HW Rata-Rata (V)
1 0 2,112
2 70 2,057
3 110 2,040
4 150 2,032
5 190 2,027
6 230 2,025
Ketika fan belum dinyalakan (angin belum dihembuskan), tegangan hotwire berkisar
2,112 volt. Penambahan kecepatan angin berbanding terbalik dengan tegangan hotwire.
Adanya hembusan angin pada kawat pijar akan menyebabkan terjadinya perubahan
resistansi pada kawat di mana perubahan tersebut berbanding lurus dengan kecepatan
udara yang mengalir maka tegangan yang terjadi pada sistem semakin kecil dan arus
semakin besar.
= .
Semakin besar kecepatan angin, maka semakin kecil tegangan hotwire, yang
sebenarnya tidak terlalu signifikan apabila tidak diukur dengan peralatan digital atau
bila diukur manual, karena nilai tegangan kawat berkisar 2 volt dan hanya berbeda
ketelitian 3 angka di belakang koma.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
17/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 16
Meningkatnya resistansi kawat juga akan meningkatkan overheat ratio, yaitu jumlah
perpindahan panas yang diterima olehprobe, seperti dinyatakan dalam persamaan (2),
Overheat ratio =Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient(ruangan).
Hal ini ketika kecepatan bertambah, resistansi bertambah dan tegangan berkurang,
maka energi listrik yang terdisipasi menjadi energi kalor akan berkurang.
Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Misalnya pada
peristiwa gesekan energi mekanik berubah menjadi panas. Pada mesin uap panas
diubah menjadi energi mekanik. Demikian pula energi listrik dapat diubah menjadi
panas atau sebaliknya. Sehingga dikenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi
mekanik/listrik, secara kuantitatif hal ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-
energi listrik/mekanik. Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule
dengan mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter
sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan cara
mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada
dalam kalorimeter. Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:
= . .
di mana :
V= beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan [volt]
i = kuat arus listrik [ampere]
t= lamanya mengalirkan arus listrik [detik]
Energi listrik sebesar V.i.t joule ini merupakan energi mekanik yang hilang dari
elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung yang
berpotensial tinggi.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
18/22
17 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
Hal tersebut juga terlihat pada grafik-grafik di atas. Pada grafik pertama, grafik
tegangan terhadap waktu untuk setiap kecepatan angin yang dihembuskan, terlihat
bahwa waktu tidak terlalu banyak berpengaruh terhadap perubahan tegangan. Yang
berpengaruh banyak terhadap perubahan tegangan dan perubahan arus adalah kecepatan
angin. Karena kecepatan angin konstan, maka hanya terjadi fluktuasi yang tidak terlalu
berarti dalam selang waktu percobaan.
Hal berbeda kita dapatkan pada grafik kedua, grafik tegangan terhadap kecepatan
angin. Bila kecepatan angin tidak konstan, maka hal ini akan berpengaruh signifikan
2,0102,0202,0302,0402,0502,0602,0702,0802,0902,100
2,1102,120
0 2 4 6 8 10 12
Tegangan
Hotwire(V
)
Waktu (s)
Grafik Tegangan Hotwire terhadapWaktu
0 m/s
70m/s
110m/s
150 m/s
190 m/s
230 m/s
y = -0,0004x + 2,094
R = 0,83032,000
2,020
2,040
2,060
2,080
2,100
2,120
0 50 100 150 200 250
Tegan
gan
(V)
Kecepatan Angin (m/s)
Grafik Tegangan Hotwire terhadapKecepatan Angin
Tegangan
Linear (Tegangan)
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
19/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 18
terhadap perubahan tegangan kawat. Karena penambahan kecepatan akan
meningkatkan nilai resistansi kawat, yang berarti meningkatkan nilai arus listrik dan
mengurangi nilai tegangan hotwire, maka hubungan tegangan dengan kecepatan angin
berbanding terbalik. Dapat dilihat, gerakan kurva pada grafik kedua menurun seiring
dengan pertambahan kecepatan angin.
Adapun, dari data pengamatan, dapat diamati bahwa plot titik masing-masing data
dalam grafik masih tersebar. Oleh sebab itu, berusaha ditarik suatu garis lurus terbaik
yang mewakili data-data tersebut. Menggunakan Metode Kuadrat Terkecil (Least
Square), maka didapatlah persamaan seperti yang terdapat dalam grafik.
Persamaan ini, y= -0,0004x + 2,904, adalah persamaan kecepatan angin sebagai
fungsi dari tegangan hotwire.y adalah tegangan hotwire danx adalah kecepatan aliran
angin.
Persebaran data bisa disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu faktor internal (praktikan)
dan faktor eksternal (alat dan lingkungan). Namun, mengingat percobaan ini hanya
dilaksanakan secara online, maka sesungguhnya tidak ada faktor-faktor yang jelas
dalam menjelaskan adanya variasi data. Kondisi ruangan, terutama tekanan dalam
ruang tempat percobaan bisa sangat mempengaruhi hasil pengukuran.
Anemometer adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
angin, merupakan salah satu instrumen yang sering digunakan oleh balai cuaca seperti
Badan Metereologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG).
Secara umum ada dua jenis anemometer, yaitu anemometer yang mengukur kecepatan
angin (velocity anemometer) dan anemometer yang mengukur tekanan angin
(anemometer tekanan). Dari kedua tipe anemometer ini, velocity anemometer lebih
banyak digunakan. Salah satu jenis dari velocity anemometer adalah thermal
anemometer lebih dikenal dengan hotwire anemometer yaitu anemometer yang
mengkonversi perubahan suhu menjadi kecepatan angin. Hotwire anemometer
menggunakan kawat yang sangat kecil dialiri panas hingga suhu di atas temperatur
Ambient. Bila ada udara/angin yang mengalir melewati kawat, maka akan terjadi efek
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
20/22
19 DISIPASI KALOR HOTWIRE| KR 01
pendinginan pada kawat, perubahan temperatur dari kawat sebagai indikasi perubahan
dari kecepatan angin yang diukur.
Dapat dikatakan, bahwa hotwire adalah salah satu sensor yang cukup diandalkan dalam
mengukur kecepatan aliran angin. Sensor hotwire ini menggunakan prinsip disipasi
kalor.
Seperti yang didapatkan dalam data percobaan, semakin besar kecepatan aliran angin,
semakin kecil pula nilai tegangan yang didapatkan. Dapat disimpulkan bahwa hotwire
dapat membedakan antara kecepatan angin yang kencang dan juga yang lemah, yaitu
dengan adanya perbedaan dalam tegangan hotwire.
Selain itu, hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin, karena:
1. Hambatan kawat dijaga tetap dengan mengatur aliran arus yang melewati dankecepatan fluida ditentukan dari pengukuran arus menggunakan instrumen yang
telah dikalibrasi.
2. Aliran arus melewati kawat dijaga tetap dan perubahan hambatan kawat akibatpendinginan konveksi diukur menurut penurunan tegangan antara ujung-ujungnya.
Fluktuasi kecepatan dideteksi dengan rangkaian elektronik yang dirancang untuk
keperluan ini.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
21/22
KR 01 | DISIPASI KALOR HOTWIRE 20
VIII. KESIMPULAN
1. Kecepatan angin berpengaruh dalam nilai resistansi hotwire dan juga arus sertategangan hotwire.
2. Bila kecepatan angin konstan, maka tegangan hotwire akan konstan dalam selangwaktu tertentu.
3. Bila kecepatan angin tidak konstan, maka tegangan hotwire akan berubah, di manahubungan antar keduanya adalah berbanding terbalik. Sehingga bila kecepatan
angin bertambah, maka tegangan hotwire akan berkurang.
4. Kecepatan angin dari fan yang dipakai dalam praktikum ini adalah 0 m/s, 70 m/s,110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s, dengan tegangan hotwire rata-rata yang
tercatat masing-masing adalah 2,112 V, 2,057 V, 2,040 V, 2,032 V, 2,027 V, dan
2,025 V.
5. Persamaan kecepatan aliran angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire adalah = ,+ ,
dengany adalah tegangan hotwire sedangkanx adalah kecepatan aliran angin.
6. Hotwire anemometeradalah salah satu sensor yang paling sering digunakan dalampengukuran berbagai aliran turbulen, salah satunya adalah aliran angin. Single
normal probe adalah suatu tipe hotwire yang paling banyak digunakan sebagai
sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah aksial saja. Bila
ada udara/angin yang mengalir melewati kawat, maka akan terjadi efek pendinginan
pada kawat, perubahan temperatur dari kawat sebagai indikasi perubahan dari
kecepatan angin yang diukur.
-
8/3/2019 KR01-FelixCahyoKuncoroJakti
22/22
21 DISIPASI KALOR HOTWIRE | KR 01
IX. REFERENSI
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. New
York: Prentice Hall.
Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended
Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.
Pratomo, Hariyo Priambudi Setyo dan Klaus Bemhorst. 2006. Kalibrasi Single-
Normal Hot-Wire Probe Sigmond Cohn Alloy 851 Untuk Aliran Jet Terpulsasi
dalamJurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 1, April 2006, halaman 14-21.
www.eepis-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=954
www.mahasiswa-sibuk.co.cc
www.wikipedia.com/disipasi-energi
http://www.eepis-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=954http://www.wikipedia.com/disipasi-energihttp://www.wikipedia.com/disipasi-energihttp://www.eepis-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=954