Download - KR01-Horison Ningsih Tamzil
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
1/32
LAPORAN R-LAB
Disipasi Kalor Hot Wire
Nama : Horison Ningsih Tamzil
NPM : 0906556931
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Kimia
Kode Praktikum : KR01
Tanggal Praktikum : 18 Februari 2010
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Depok
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
2/32
Disipasi Kalor Hot Wire
I. Tujuan
Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Peralatan
1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampmeter4. Adjustable power supply5. Camcorder6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Prinsip Dasar
Anemometer hotwire telah digunakan untuk penelitian sejak lama sebagai
peralatan dalam mekanika fluida. Pada percobaan ini anemometer hotwire merupakan
elemen kecil yang dipanaskan sceara elektrik yang berada pada medium fluida (dalam hal
ini angin atau udara terbuka). Pada umumnya yang diukur oleh alat ini adalah kecepatan,
karena alat ini sangat sensitif terhadap transfer kalor yang terjadi antara elemen dengan
lingkungan, temperatur serta komposisinya juga dapat diteliti. Ini adalh tipe hotwire yang
sering digunakan untuk mengukur tingkat turbulen dari angin yang terdapat pada
terowongan, pola aliran di sekitar alat dan kipas mengalir dengan kompresor radial.
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
3/32
Hot Wire Sensors
Probe dengan tipe sensor hotwire harus memiliki dua karateristik agar dapat
menjadi alat yang berguna:
koefisien resistansi pada temperatur yang tinggi
sebuah resistansi elektrik yang dapat dengan mudah dipanaskan oleh arus elektrik pada
tegangan dan arus tertentu
Material yang paling umum adalah tungsten, pencampuran platinum-iridium.
Perkembangan 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. Hot
wire anemometers menggunakan kawat yang sangat halus (beberapa mikrometer)
dipanaskan hingga beberapa suhu di atas ambient. Udara yang mengalir melewati kawat
memberikan efek pendinginan pada kawat. Karena hambatan listrik pada kebanyakan
logam bergantung pada suhu logam tersebut, dapat diperoleh hubungan antara hambatan
listrik dari kawat dan kecepatan arus.
Single normal probe juga merupakan suatu tipe hotwire yang paling banyak
digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah axial
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
4/32
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.
Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat ratio yang
dirumuskan sebagai :
Overheat ratio =
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.
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
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
5/32
melalui daya yang diberikan ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal 230
m/s.
Dalam percobaan ini juga dapat digunakan beberapa teori sebagai berikut:
A. Daya ListrikEnergi listrik yang diberikan oleh baterai V adalah W=Vit, sehingga daya listrik,P, yang
diberikan oleh baterai V adalah:
P= = = VI = I2 =
Pada saat muatan listrik bergerak melalui resistor r, mak daya tersebut hilang dalam
bentuk panas pada resistor R, disebut daya disipasi.
B. Hukum OhmHukum Ohm pada mulanya terdiri dari dua bagian. Bagian pertamanya hanya
merumuskan persamaan hambatan, V= IR. Kita seringkali merujuk pada persamaan ini
sebagai Hukum Ohm. Akan tetapi, Ohm juga menyatakan bahwa R adalah sebuah
konstanta yang independen terhadap V dan I. Bagian terakhir dari hukum ini tidak
sepenuhnya benar. Hubungan V= IR dapat diterapkan pada resistor apapun dalam
rangkaian tertutup, dimana V dalah beda potensial antara kedua jujung resistor tersebut, I
adalah arus yang melewati resistor tersebut, dan R adalah hambatan resistor pada
kondisikondisi tersebut.
IV. Prosedur Percobaan
1. Aktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !2. Berikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan drop down
pada icon atur kecepatan aliran.
3. Hidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada iconmenghidupkan powersupply kipas.
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
6/32
4. Ukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik iconukur.
5. Ulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s !Gambar Prosedur Percobaan Disipasi Kalor Hot Wire
V. Pengolahan Data
Percobaan kali ini, yaitu mengenai Disipasi Kalor Hotwire, dimulai dengan
mengalirkan kawat dengan arus listrik dan tegangan tertentu kemudian meletakkannya di
tengah tabung yang dialiri angin dari kipas dengan kecepatan tertentu pula. Kecepatan
angin yang dipakai adalah 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Kecepatan
angin yang berubah ini akan menyebabkan perubahan pada arus dan tegangan listrik yang
diukur dengan amperemeter dan voltmeter. Berdasarkan persamaan (1) di atas
menyatakan bahwa besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan,
arus listrik yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.
W = V. I. t
Kemudian energi listrik tersebut sebanding juga dengan gaya dan jarak,
W = F.sSedangkan jarak nilainya bergantung pada kecepatan dan waktu, jadi energi listrik
bergantung pada gaya, kecepatan dan waktu.
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
7/32
V.1 Grafik hubungan antara tegangan hotwiredengan waktu
Untuk v = 0 m/s
Tabel 1
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW
1 0 2.112
2 0 2.112
3 0 2.112
4 0 2.112
5 0 2.112
6 0 2.112
7 0 2.112
8 0 2.112
9 0 2.112
10 0 2.112
Grafik 1. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 0 m/s
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v= 0m/s)
Grafik 1
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
8/32
Untuk v = 70 m/sTabel 2
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW1 70 2.051
2 70 2.05
3 70 2.05
4 70 2.049
5 70 2.049
6 70 2.05
7 70 2.05
8 70 2.052
9 70 2.052
10 70 2.052
Grafik 2. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 70 m/s
2.0485
2.049
2.0495
2.05
2.0505
2.051
2.0515
2.052
2.0525
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v= 70m/s)
Grafik 2
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
9/32
Untuk v = 110 m/sTabel 3
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW1 110 2.031
2 110 2.032
3 110 2.031
4 110 2.032
5 110 2.032
6 110 2.03
7 110 2.033
8 110 2.032
9 110 2.033
10 110 2.032
Grafik 3. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 110 m/s
2.02952.03
2.0305
2.031
2.0315
2.032
2.0325
2.033
2.0335
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v= 110m/s)
Grafik 3
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
10/32
Untuk v = 150 m/sTabel 4
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW1 150 2.026
2 150 2.025
3 150 2.024
4 150 2.025
5 150 2.024
6 150 2.024
7 150 2.024
8 150 2.024
9 150 2.024
10 150 2.024
Grafik 4. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 150 m/s
2.0235
2.024
2.0245
2.025
2.0255
2.026
2.0265
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v= 150m/s)
Grafik 4
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
11/32
Untuk v = 190 m/sTabel 5
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW1 190 2.02
2 190 2.02
3 190 2.02
4 190 2.019
5 190 2.02
6 190 2.019
7 190 2.019
8 190 2.019
9 190 2.019
10 190 2.019
Grafik 5. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 190 m/s
2.0188
2.019
2.0192
2.0194
2.0196
2.0198
2.02
2.0202
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v=190m/s)
Grafik 5
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
12/32
Untuk v = 230 m/sTabel 6
Waktu (s) Kec Angin (m/s) V-HW1 230 2.017
2 230 2.017
3 230 2.017
4 230 2.017
5 230 2.016
6 230 2.017
7 230 2.017
8 230 2.017
9 230 2.017
10 230 2.017
Grafik 6. Hubungan tegangan terhadap waktu saat v = 230 m/s
2.0158
2.016
2.0162
2.0164
2.0166
2.0168
2.017
2.0172
0 2 4 6 8 10 12
TeganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu(v= 230m/s)
Grafik 6
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
13/32
Bila keenam data tersebut digabung maka akan terlihat perbandingan, dimana semakin
tinggi kecepatan udara yang dialirkan tegangan dari hotwire semakin kecil.
Grafik 7. Grafik yang menggambarkan hubungan tegangan hot wire dengan waktuuntuk tiap kecepatan aliran udara.
2
2.02
2.04
2.06
2.08
2.1
2.12
0 2 4 6 8 10 12
T
eganganHotWire(V)
Waktu (s)
Grafik Tegangan vs Waktu
0 m/s
70 m/s
110 m/s
150 m/s
190 m/s
230 m/s
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
14/32
V.2 Grafik yang menggambarkan Tegangan hotwire dengan Kecepatan aliran angindan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan.
Hubungan antara tegangan hotwire dengan kecepatan angin dapat ditentukan
dengan dua cara, yaitu meggunakan rataan tegangan tiap kecepatan aliran angin yang
dihubungkan dengan kecepatan aliran angin atau melihat hubungan tegangan hotwire
dengan kecepatan angin per satuan detik. Persamaan dapat dibuat dengan hubungan y =
f(x) dimana y adalah kecepatan angin yang merupakan fungsifdari tegangan (x)
Cara 1
Tabel 7. Rataan tegangan yang diukur pada kecepatan angin tertentu
No. Tegangan
(Volt)
Kec angin (m/s)
1 2.112 0
2 2.0505 70
3 2.0318 110
4 2.0244 150
5 2.0194 1906 2.0169 230
No. x y xi2
yi2
xi . yi
1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.0505 70 4.20455 4900 143.535
3 2.0318 110 4.128211 12100 223.4984 2.0244 150 4.098195 22500 303.66
5 2.0194 190 4.077976 36100 383.686
6 2.0169 230 4.067886 52900 463.887
12.255 750 25.03736 128500 1518.266
Tabel 8. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
15/32
Grafik 8. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b=
6
1518.266
(12.255
750)
625.03736 12.255 a=
25.03736
750
(12.255
1518.266)
625.03736 12.255 b = -2085.6 a = 4384.8
Maka persamaan garisnya adalah y = -2085,6x + 4384,8
y = -2085.6x + 4384.8
-50
0
50
100
150
200
250
2 2.05 2.1 2.15Kecepatanaliranangun(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliran
angin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran angin
dengan tegangan
Linear (Grafik
hubungan kecepatan
aliran angin dengan
tegangan)
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
16/32
Cara 2
Pada detik pertama
Tabel 9. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi
1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.051 70 4.206601 4900 143.57
3 2.031 110 4.124961 12100 223.41
4 2.026 150 4.104676 22500 303.9
5 2.02 190 4.0804 36100 383.8
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.257 750 25.04547 128500 1518.59
Grafik 9. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.59 (12.257 750)
625.04547 12.257 a = 25.04547 750(12.257 1518.59)625.04547 12.257
b = -2094.3 a = 4403.3
Maka persamaan garisnya adalah y = -2094,3x + 4403,3
y = -2094.3x + 4403.3
-200
0
200
400
2 2.05 2.1 2.15Kecepatanaliranangun
(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliran
angin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
17/32
Pada detik kedua
Tabel 10. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi
1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.05 70 4.2025 4900 143.5
3 2.032 110 4.129024 12100 223.52
4 2.025 150 4.100625 22500 303.75
5 2.02 190 4.0804 36100 383.8
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.256 750 25.04138 128500 1518.48
Grafik 10. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y =
bx + a dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b = 61518.48 (12.256 750)625.04138 12.256 a =25.04138 750(12.256 1518.48)625.04138 12.256
b = -2093.1 a = 4400.5
Maka persamaan garisnya adalah y = -2093,1x + 4400,5
y = -2093.1x + 4400.5
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
atanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
18/32
Pada detik ketiga
Tabel 11. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.05 70 4.2025 4900 143.5
3 2.031 110 4.124961 12100 223.41
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.02 190 4.0804 36100 383.8
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.254 750 25.03327 128500 1518.22
Grafik 11. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.22 (12.254 750)
625.03327 12.254 a = 25.03327 750(12.254 1518.22)625.03327 12.254
b = -2076 a = 4364.9
Maka persamaan garisnya adalah y = -2076x + 4364,9
y = -2076x + 4364.9
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
cepatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
19/32
Pada detik keempat
Tabel 12. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.049 70 4.198401 4900 143.43
3 2.032 110 4.129024 12100 223.52
4 2.025 150 4.100625 22500 303.75
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.254 750 25.033244 128500 1518.22
Grafik 12. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.22 (12.254 750)
625.033244 12.254 a = 25.033244 750(12.254 1518.22)625.033244 12.254
b = -2084.3 a = 4381.9
Maka persamaan garisnya adalah y = -2084,3x + 4381,9
y = -2084.3x + 4381.9
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
ce
patanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatanaliran angin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
20/32
Pada detik kelima
Tabel 13. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi
1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.049 70 4.198401 4900 143.43
3 2.032 110 4.129024 12100 223.52
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.02 190 4.0804 36100 383.8
6 2.016 230 4.064256 52900 463.68
12.253 750 25.029201 128500 1518.03
Grafik 13. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyi
xi 2
(
xi)2
a =xi 2yixi(xiyi )
xi2
(
xi)2
b =61518.03 (12.253 750)
625.029201 12.253 a = 25.029201 750(12.253 1518.03)625.029201 12.253
b = -2081 a = 4374.8
Maka persamaan garisnya adalah y = -2081x + 4374,8
y = -2081x + 4374.8
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
ecepatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
21/32
Pada detik keenam
Tabel 14. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.05 70 4.2025 4900 143.5
3 2.03 110 4.1209 12100 223.3
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.252 750 25.02517 128500 1517.92
Grafik 14. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyi
xi 2
(
xi)2
a =xi 2yixi(xiyi )
xi2
(
xi)2
b =61517.92 (12.252 750)
625.02517 12.252 a = 25.02517 750(12.252 1517.92)625.02517 12.252
b = -2061.9 a = 4335.5
Maka persamaan garisnya adalah y = -2061,9x + 4335,5
y = -2061.9x + 4335.5
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
Kecepatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
22/32
Pada detik ketujuh
Tabel 15. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.05 70 4.2025 4900 143.5
3 2.033 110 4.133089 12100 223.63
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.255 750 25.037359 128500 1518.25
Grafik 15. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.25 (12.255 750)
625.037359 12.255 a = 25.037359 750(12.255 1518.25)625.037359 12.255
b = -2089.2 a = 4392.3
Maka persamaan garisnya adalah y = -2089,2x + 4392,3
y = -2089.2x + 4392.3
-50
0
50
100
150
200
250
2 2.05 2.1 2.15
Ke
cepatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatanaliran angin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
23/32
Pada detik kedelapan
Tabel 16. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.052 70 4.210704 4900 143.64
3 2.032 110 4.129024 12100 223.52
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.256 750 25.041498 128500 1518.28
Grafik 16. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.28 (12.256 750)
625.041498 12.256 a = 25.041498 750(12.256 1518.25)625.041498 12.256
b = -2086.6 a = 4387.2
Maka persamaan garisnya adalah y = -2086,6x + 4387,2
y = -2086.6x + 4387.2
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
cepatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
24/32
Pada detik kesembilan
Tabel 17. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.052 70 4.210704 4900 143.64
3 2.033 110 4.133089 12100 223.63
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.257 750 25.045563 128500 1518.39
Grafik 17. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyi
xi 2
(
xi)2
a =xi 2yixi(xiyi )
xi2
(
xi)2
b =61518.39 (12.257 750)
625.045563 12.257 a = 25.045563 750(12.257 1518.39)625.045563 12.257
b = -2095.4 a = 4405.6
Maka persamaan garisnya adalah y = -2095,4x + 4405,6
y = -2095.4x + 4405.6
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
ece
patanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatanaliran angin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
25/32
Pada detik kesepuluh
Tabel 18. Nilai least square hubungan kecepatan aliran angin dan tegangan
No. x y xi2
yi2
xi . yi1 2.112 0 4.460544 0 0
2 2.052 70 4.210704 4900 143.64
3 2.032 110 4.129024 12100 223.52
4 2.024 150 4.096576 22500 303.6
5 2.019 190 4.076361 36100 383.61
6 2.017 230 4.068289 52900 463.91
12.256 750 25.041498 128500 1518.28
Grafik 18. Hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan
Dengan menggunakan least square, persamaan pada grafik tersebut dimana y = bx + a
dapat dihitung dengan:
b =xiyi xiyixi 2(xi)2 a = xi 2yixi(xiyi )xi2(xi)2
b =61518.28 (12.256 750)
625.041498 12.256 a = 25.041498 750(12.256 1518.28)625.041498 12.256
b = -2086.6 a = 4387.2
Maka persamaan garisnya adalah y = -2086,6x + 4387,2
y = -2086.6x + 4387.2
-100
0
100
200
300
2 2.05 2.1 2.15
c
epatanaliranangin(m/s)
Tegangan (Volt)
Grafik hubungan kecepatan aliranangin dengan tegangan
Grafik hubungan
kecepatan aliran
angin dengan
tegangan
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
26/32
Pada cara kedua, model matematis persamaan garis untuk setiap detiknya memiliki model
persamaan yang hampir sama, begitu pula untuk cara pertama dan kedua memiliki model
matematis persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan yang hampir sama.
Dapat disimpulkan bahwa persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan
adalah:
y = -2085,6x + 4384,8
Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan
kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?
Pada percobaan ini, terdapat beberapa data yang yang diperoleh, yakni salah
satunya adalah tegangan. Seperti yang telah kita ketahui bahwa pada kawat hotwire,
setiap ujung probe akan dihubungkan dengan tegangan. Energi listrik yang dialirkan 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. Pada grafik yang menyatakan hubungan kecepatan aliran
angin dan tegangan, dapat dilihat bahwa penurunan nilai tegangan seiring dengan
penambahan kecepatan aliran angin atau besarnya nilai tegangan berbanding terbalik
dengan besarnya kecepatan aliran angin.
Melalui persamaan kecepatan aliran angin sebagai fungsi dari tegangan yang
diperoleh dari perhitungan sebelumnya, dengan memasukkan nilai tegangan yang
dipakai, kita dapat mengukur kecepatan aliran angin (pada kawat hotwire).Persamaan
tersebut tidak dapat dijadikan referensi untuk setiap tegangan yang diberikan karena
resistensi kawat kemungkinan besar dapat berbeda. Kawat hotwire dapat digunakan
sebagai pengukur kecepatan angin dengan cara mengetahui tegangan yang dihasilkan.
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
27/32
VI. ANALISIS
VI.1 Analisis Percobaan dan Hasil
Percobaan mengenai disipasi kalor hotwire merupakan percobaan denganremote laboratory yang dilakukan secara online, dimana praktikan dapat
melakukan percobaan tanpa perlu melakukannya secara langsung. Percobaan ini
didiukung dengan fasilitas webcam untuk mendukung jalannya percobaan
(terutama untuk melihat video yang ditersedia). Praktikan dapat memberikan
aliran angin pada hotwire dengan menggunakan kecepatan yang telah ditentukan
yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s (masing-masing 10
detik). Percobaan dilakukan hingga praktikan merasa mendapatkan data yang
bagus dan data yang ada dapat diunduh beserta dengan grafiknya. Besarnya
tegangan dan arus listrik yang diperoleh dapat dilihat pada table pengamatan yang
diletakkan pada bagian lampiran. Berdasarkan data-data (tegangan dan kecepatan
angin) yang kita peroleh, dapat diinterpretasikan dalam bentuk grafik. Grafik
mengenai hubungan kecepatan angin dan tegangan dapat menjelaskan bahwa
hubungan keduanya berbanding terbalik, dimana penurunan nilai tegangan
berlangsung bersamaan dengan kenaikan kecepatan angin yang akan memberikan
resistensi energy listrik yang semakin besar sehingga daya listrik dan energy kalor
yang dihasilkan juga semakin kecil.
Hasil dari percobaan membuktikan penambahan kecepatan angin seiring
dengan penurunan tegangan. Melalui data-data yang diperoleh yaitu nilai
tegangan dan besarnya kecepatan angin, kita dapat mengetahui hubungan
keduanya dengan menggunakan persamaan linier atau persamaan polinomial.
Pada pengolahan data, praktikan menggunakan persamaan linier. Berdasarkan
perhitungan, untuk menentukkan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari
tegangan dengan menggunakan dua cara yang berbeda, maka praktikan
memperoleh persamaan yang hampir sama dari kedua cara tersebut, yakni berkisar
y = -2085,6x + 4384,8. Namun persamaan ini tidak relevan untuk seluruh
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
28/32
kecepatan angin yang dihembuskan karena semakin besar perubahan kecepatan
angin, semakin besar pula perubahan nilai resistensinya.
VI.2 Analisis Grafik
A. Grafik Hubungan Tegangan dan Waktu
Dalam grafik ini menjelaskan hubungan antara tegangan dan waktu. Variabel x
didefinisikan sebagai fungsi dari waktu dan variable y sebagai fungsi dari tegangan.
Pada grafik ini terlihat hubungan antara kecepatan angin, tegangan, dan lama angin
bertiup. Semakin lama angin bertiup, semakin banyak energi listrik yang terdisipasi
sehingga energi kalor semakin banyak namun energi listrik semakin sedikit. Semakin
kecilnya energi listrik berpengaruh pada besarnya tegangan, dimana nilai tegangan
akan semakin kecil. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa semakin lama angin
bertiup terjadilah penurunan tegangan.
B. Grafik Hubungan Kecepatan Angin dan Tegangan
Grafik ini menjelaskan hubungan antara kecepatan aliran angin dan tegangan.
Dalam mencari persamaan kecepatan sebagai fungsi dari tegangan, praktikan
mengartikannya dalam model matematis y = f(x) atau persamaan liniernya adalah y =
bx + a, dimana y adalah kecepatan aliran angin dan x adalah tegangan. Untuk
menggambar grafik, praktikan menggunakan dua cara. Cara pertama adalah mencari
rataan tegangan pada tiap kecepatan aliran angin. Dengan cara ini diperoleh satu
grafik.
Cara kedua, praktikan melihat hubungan tegangan hotwire dengan masing-masing
kecepatan angin per satuan detik. Dengan ini praktikan memperoleh 10 grafik (diukur
tiap detik) yang memiliki persamaan kecepatan sebagai fungsi dari tegangan dengan
kisaran yang hampir mendekati satu sama lain. Model persamaan matematis yang
digambarkan oleh kedua cara tersebut memiliki model yang hampir mendekati satu
sama lain. Melalui kedua grafik ini praktikan dapat menyimpulkan adanya hubungan
yang berbanding terbalik antara tegangan dan kecepatan aliran angin. Hal ini dapat
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
29/32
dilihat pada grafik 8 18, dimana nilai b bernilai negatif menandakan bahwa nilai y
akan semakin kecil seiring penambahan nilai x atau dengan kata lain, yaitu terjadi
penurunan kecepatan aliran angin seiring dengan penambahan nilai tegangannya.
C. Analisis Kesalahan
Dalam praktikum hotwire ini, ketika alat diberikan angin dengan kecepatan
konstan, idealnya nilai tegangan yang didapat seharusnya menampilkan nilai yang
sama tetapi dalam percobaan ini hasil yang didapat mengalami sedikit interval yang
berkisar sekitar 0,001. Hal ini mungkin disebabkan karena beberapa hal yaitu kondisi
ruangan dimana ruangan tidak tertutup rapat (vakum) sehingga masih ada aliran udara
yang tidak diinginkan dan hal itu tentu saja dapat mempengaruhi hasil pengukuran
tegangan karena kecepatan angin memiliki kemungkinan untuk bertambah sedikit dan
tidak tepat dengan kecepatan angin yang seharusnya digunakan. Selain itu nilai
resistansi dari kawat yang digunakan juga memiliki daya hambat yang membuat alat
tidak dapat mengukur besar tegangan yang mengalir.
Selain kesalahan di atas, kita juga dapat menghitung kesalahan relatif dari hasil
perhitungan pada pengolahan data sebelumnya guna mengetahui tingkat kebeneran
percobaan kali ini. Berikut adalah proses penghitungannya:
= 16 2 25.03736 128500(12.255)
2 27501518.26612.255 + 61518.26626128500 7502
= 0.017268922 0.0173
= 0.0173 66128500 (750)2 = 0.0000928
Sehingga untuk kesalahan relatif didapat dengan rumus
= = 0.00009280.000479478 100% = 19.35%
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
30/32
dimana Kr adalah kesalahan relatif pada percobaan ini yang didapat dengan perbandingan
kesesalahan pehitungan gradien garis linear yang merupakan hubungan antara tegangan
dengan kecepatan angin.
VII. Kesimpulan
1. Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan , arus listrik yangmengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.
2. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga semakinbesar dan arus listrik yang mengalir juga berubah.
3. Penurunan tegangan berlangsung seiring dengan penambahan kecepatan aliran udara.4. Persamaan linier kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan adalah y = -2085,6x +
4384,8.
5. Hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara.VIII. Referensi
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ,2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, JohnWiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
31/32
LAMPIRAN
Data Pengamatan
No. Waktu (s) Kec angin (m/s) Tegangan (V) Kuat arus (A)
1 1 0 2.112 53.9
2 2 0 2.112 53.9
3 3 0 2.112 53.9
4 4 0 2.112 53.9
5 5 0 2.112 53.9
6 6 0 2.112 53.9
7 7 0 2.112 53.9
8 8 0 2.112 53.9
9 9 0 2.112 53.9
10 10 0 2.112 54
11 1 70 2.051 54.4
12 2 70 2.05 54.6
13 3 70 2.05 54.9
14 4 70 2.049 55.3
15 5 70 2.049 55.9
16 6 70 2.05 56.3
17 7 70 2.05 56.918 8 70 2.052 57.3
19 9 70 2.052 58
20 10 70 2.052 58.4
21 1 110 2.031 59.9
22 2 110 2.032 58.9
23 3 110 2.031 58.8
24 4 110 2.032 58.8
25 5 110 2.032 58.726 6 110 2.03 58.7
27 7 110 2.033 58.6
28 8 110 2.032 58.6
29 9 110 2.033 58.5
30 10 110 2.032 58.6
-
8/8/2019 KR01-Horison Ningsih Tamzil
32/32
31 1 150 2.026 59
32 2 150 2.025 57.7
33 3 150 2.024 57.3
34 4 150 2.025 56.9
35 5 150 2.024 56.5
36 6 150 2.024 56.2
37 7 150 2.024 56
38 8 150 2.024 55.7
39 9 150 2.024 55.6
40 10 150 2.024 55.4
41 1 190 2.02 59.6
42 2 190 2.02 58.6
43 3 190 2.02 58.5
44 4 190 2.019 58.5
45 5 190 2.02 58.5
46 6 190 2.019 58.6
47 7 190 2.019 58.6
48 8 190 2.019 58.6
49 9 190 2.019 58.7
50 10 190 2.019 58.7
51 1 230 2.017 56.9
52 2 230 2.017 56.1
53 3 230 2.017 55.6
54 4 230 2.017 55.2
55 5 230 2.016 55
56 6 230 2.017 54.8
57 7 230 2.017 54.7
58 8 230 2.017 54.7
59 9 230 2.017 54.760 10 230 2.017 54.7