LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

DISIPASI KALOR HOT WIRE

Nama Praktikan : Nuradityatama

NPM : 1306448400

Faklultas/ Program Studi : Teknik / Teknik Metalurgi & Material

Kelompok Praktikum : B8

Kode Praktikum : KR-01

Minggu Praktikum : 1

Koordinator asisten : Rizal Ferdiansyah

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASAR

UNIVERSITAS INDONESIA

2014

I. TUJUAN Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. ALAT 1. Kawat pijar (hotwire) 2. Fan 3. Voltmeter dan amperemeter 4. Adjustable power suplly 5. Camcorder 6. 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 terdriri 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 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 yang 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/Ra

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara ).

Ra = resistansi kawat pada temperature ambient (ruangan)

Hotwire probe harus dikalibrasikan untuk menentukan persamaan yang

menyatakan hubungan antara tegangan kawat (wirevoltage, 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 daliri udara dengan

kecepatan yang dihasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara oleh fan akan

divariasikan melalui daya yang diberikan ke fan yaitu 70, 110, 150, 190, dan

230 m/s

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan menge-klik tombol RLab di

bagian bawah halaman. 1. Mengaktifkan Web cam (meng-klik icon video pada halaman web r-

Lab 2. Memberikan aliran udara dengn kecepatan 0 m/s, dengan mengklik

pilihan drop down pada icon atur kecepatan aliran 3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengklik 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 ke 2 hingga ke 4untuk kecepatan 70, 110, 150,

190, dan 230 m/s.

V. TUGAS DAN EVALUASI

1. Berdasarkan data yang didapat, buatlah grafik yang menggambarkan

hubungan tegangan Hotwire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran

udara. 2. Berdasarkan pengolah data diatas, buatlah grafik yang menggambarkan

hubungan tegangan Hotwire dengan kecepatan aliran angin. 3. Buatlah persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire. 4. Berdasarkan percobaan dan data didapat, apakah kita dapat menggunakan

kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin? 5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

VI. PENGOLAHAN DATA

1) Grafik hubungan tegangan dengan waktu dengan kecepatan angin :

A. 0 m/s

B.70 m/s

2.062

2.063

2.064

2.065

2.066

2.067

2.068

2.069

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan

Tegangan

Waktu V-HW

1 2.112

2 2.112

3 2.112

4 2.112

5 2.112

6 2.112

7 2.112

8 2.112

9 2.112

10 2.112

Waktu V-HW

1 2.065

2 2.065

3 2.066

4 2.066

5 2.068

6 2.065

7 2.064

8 2.066

9 2.064

10 2.065

C.110 m/s

D.150 m/s

2.046

2.0465

2.047

2.0475

2.048

2.0485

2.049

2.0495

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Series6

2.038

2.0385

2.039

2.0395

2.04

2.0405

2.041

2.0415

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan

Tegangan

Waktu V-HW

1 2.048

2 2.047

3 2.048

4 2.048

5 2.048

6 2.049

7 2.048

8 2.048

9 2.048

10 2.048

Waktu V-HW

1 2.04

2 2.041

3 2.04

4 2.04

5 2.04

6 2.041

7 2.039

8 2.04

9 2.04

10 2.041

E.190 m/s

F. 230 m/s

2.0354

2.0356

2.0358

2.036

2.0362

2.0364

2.0366

2.0368

2.037

2.0372

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan

Tegangan

2.0324

2.0326

2.0328

2.033

2.0332

2.0334

2.0336

2.0338

2.034

2.0342

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan

Tegangan

Waktu V-HW

1 2.036

2 2.036

3 2.037

4 2.036

5 2.036

6 2.036

7 2.036

8 2.036

9 2.036

10 2.036

Waktu V-HW

1 2.034

2 2.033

3 2.033

4 2.033

5 2.033

6 2.033

7 2.033

8 2.033

9 2.033

10 2.033

Grafik gabungan

Dari grafik diatas, dapat kita ketahui besar nilai tegangan rata-rata dan hubungan tegangan

dengan kecepatan udara dari fan pada hotwire

Kec. Angin (m/s)

Tegangan rata-rata (v)

0 2.112

70 2.0654

110 2.048

150 2.0402

190 2.0361

230 2.0331

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 m/s 70 m/s 110 m/s 150 m/s 190 m/s 230 m/s

2.Grafik hubungan tegangan dengan kecepatan udara

Dari grafik hubungan tegangan dengan kecepatan diatas, dapat kita anggap / andaikan bahwa

tegangan sebagai variable bebas. Sehingga kita dapat menentukan besarnya kecepatan angin.

Garis diatas adalah pendekatan least square.

3.persamaan kecepatan angin sebagai fungsi turunan dari tegangan hotwire adalah :

Y=-0.0049x + 2.09

4. Ya, Kita dapat menggunakan Hotwire sebagai alat untuk mengukur kecepatan angin.

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Tega

nan

(vo

lt)

Kecepatan udara(m/s)

Grafik tegangan terhadap kecepatan udara

tegangan

1.96

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Tega

nan

(vo

lt)

Kecepatan udara(m/s)

Grafik tegangan terhadap kecepatan udara

tegangan

Linear (tegangan)

VII. Analisis Data

I. Analisis Percobaan

Percobaan Disipasi Kalor Hotwire kali ini mempunyai tujuan untuk mencari kecepatan

aliran udara. Hotwire difungsikan sebagi sebuah sensor yang mendeteksi kecepatan aliran,

namun dalam arah axial saja. Mula-mula, ketika kipas belum dihidupkan kecepatan aliran udara

0 m/s, maka akan didapatkan hasil tegangan dan arus yang konstan. Mekanismenya sebagai

berikut, tegangan pada hotwire berasal dari kedua ujung probe yang terhubung dengan sumber

tegangan, sementara arus yang mengalir terjadi karena resistansi atau hambatan dari kawat

pijar. Energi listrik yang mengalir pada probe, akan didisipasi oleh kawat pijar menjadi energy

kalor. Energy kalor ini sebanding dengan besarnya tegangan, kuat arus yang mengalir dan

lamanya waktu arus listrik mengalir. Namun ketika dialiri udara, maka terjadi perubahan

terhadap besar tegangan, dan kuat arus listrik yang mengalir.

Perubahan ini terjadi karena gejala-gejala fisis yang bekerja pada hotwire. Saat kipas angin

dihidupkan, angina mengalir pada probe dan menuju pada kawat pijar dengan kecepatan (v)

dan gaya (F). adanya aliran angin pada kawat pijar menyebabkan terjadinya perubahan nilai

resistansi kawat, dimana sifatnya berbanding lurus dengan kecepatan angin yang mengalir pada

probe. Apabila kecepatan aliran angin semakin kencang maka tegangan akan semakin kecil,

sementara kuat arus akan semakin besar. Begitupun sebaliknya. Besar atau kecilnya perubahan

resistansi akan mempengaruhi besar-kecilnya perpindahan/transfer kalor pada probe.

II. Analisis Hasil

Percobaan telah dilakukan sesuai prosedur langkah kerja yang diberikan. Hasil yang saya

dapatkan sesuai rumusan yang ada. Ketika kawat dihembuskan angin dengan keceepatan

tertentu, akan mengakibatkan perubahan pada nilai resistansi. Perubahan nilai resistansi

berbanding lurus dengan perubahan nilai tegangan pada probe, dan berbanding terbalik dengan

kuat arus yang mengalir. Sesuai dengan rumus dasar :

V = I R

sehingga nilai R : R= V/I

Kesalahan saat percobaan juga terjadi, walaupun praktikum dilakukan secara

komputerisasi online. Besarnya kesalahan dapat dibuktikan dengan cara mensbstitusikan

tegangan hotwire ke dalam persamaan yang menyatakan kecepatan angin sebagai fungsi

tegangan hotwire. Namun apabila dibandingkan dengan praktikum yang dilakukan secara

manual, kesalahan akan lebih besar. Karena dalam praktikum manual akan lebih banyak faktor

yang menyebabkan terjadinya kesalahan, seperti lingkungan sekitar dan kesalahan yang

bersifat human error. Kesalahan tersebut dapat diminimalisasi apabila kita praktikum secara

komputerisasi.

III. Analisis Grafik

Grafik yang saya peroleh menunjukan adanya keterkaitan antara data yang diperoleh

dengan kondisi yang sebenarnya terjadi, yang mana kecepatan angin pada probe berbanding

terbalik dengan besar tegangan pada kawat pijar. Dapat kita lihat juga bahwa data yang

diperoleh sesuai dengan pola pada grafik hubungan antara kecepatan dengan tegangan pada

hotwire. Selanjutnya, grafik hubungan antar tegangan dengan waktu, menunjukan fluktuasi

naik turun. Hal ini dikarenakan ketika angin berhembus, probe menjadi tidak stabil, sehingga

datapun mengalami fluktuasi.

VIII. Kesimpulan

1. Hotwire dapat digunakan sebagai alat pendeteksi dan pengukur kecepatan angin yang berhembus, namun hasilnya tidak akurat.

2. Kecepatan angin yang mengalir berbanding terbalik dengan besar tegangan pada hotwire.

3. Energi listrik berbanding lurus dengan tegangan, kuat arus, dan waktu. 4. Kawat Hot wire digunakan dalam menghitung kecepatan aliran fluida. 5. Tegangan hot wire konstan terhadap waktu.

IX. Referensi

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.

2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamental of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

3. Link R-Lab ; http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01