LAPORAN R-LABDisipasi Kalor Hot Wire

Nama : Danastri Parimitha RuziqnaNPM : 1406605004Kelompok: 01Fakultas : TeknikProgram Studi : Teknik LingkunganNama Percobaan: KR01- Disipasi Kalor Hot WireTanggal praktikum: 29 Oktober 2014

LABORATORIUM FISIKA DASARUNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASARUNIVERSITAS INDONESIA2014I. Tujuan PraktikumMenggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara. II. Peralatan1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampmeter4. Adjustable power supply5. Camcorder 6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatisIII. Landasan TeoriSingle 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 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 melalui daya yang diberikan ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal 230 m/s. Teori TambahanAnemometer termal adalah salah satu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan fluida (angin) sesaat. Cara kerja dari sensor ini berdasarkan pada jumlah panas yang hilang secara konvektif dari sensor ke lingkungan sekeliling sensor. Besarnya panas yang dipindahkan dari sensor secara langsung berhubungan dengan kecepatan fluida yang melewati sensor. Jika hanya kecepatan fluida yang berubah, maka panas yang hilang bisa diinterpretasikan sebagai kecepatan fluida tersebut.Bentuk anemometer termal yang secara umum digunakan adalah jenis Silinder (hot-film dan hot-wire). Hot-wire adalah kawat yang berukuran sangat kecil dan diberi panas, jenis ini paling banyak digunakan untuk mengukur kecepatan fluida. Selain untuk sensor kecepatan, hot-wire juga digunakan untuk mendeteksi suhu. Sensor hot-wire terdiri dari lapisan tipis yang bersifat konduktor dan ditempelkan pada substrat yang bersifat isolator. Sedangkan sensor flush (hot-film) digunakan untuk mengukur tegangan gesek (shear stress). Sensor hot-wire dan hot-film memiliki respon frekuensi yang tinggi dalam mendeteksi kecepatan angin sesaat ataupun kecepatan angin rata-rata. Bahan yang digunakan dalam sensor ini adalah tungsten dan platina, platina-iridium dan platina rodium. Ada tiga jenis metode yang dapat digunakan dalam pengoperasian termal anemometer ini yaitu constant current anemometer (CCA), constant temperature anemometer (CTA), dan constant voltage anemometer (CVA). Prinsip CTA adalah mempertahankan suhu yang konstan di atas suhu lingkungan. Daya atau panas yang dibutuhkan untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan digunakan untuk menghitung kecepatan angin.Pemberian daya (pemanasan) pada sensor angin yang semakin besar akan menyebabkan semakin besar pula panas yang hilang ke lingkungan sehingga akan memperbesar sinyal pembacaan alat.Hot-wire AnemometersAnemometers kawat panas menggunakan kawat yang sangat halus yang dipanaskan. Udara mengalir melewati kawat memiliki efek pendinginan pada kawat. Hot-wire Anemometer sangat halus, memiliki frekuensi-respon yang sangat tinggi dan resolusi spasial baik dibandingkan dengan metode pengukuran lainnya, dan dengan demikian hampir secara universal digunakan untuk studi rinci arus turbulen.IV. Cara Kerja1. Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman jadwal praktikum.2. Mengaktifkan Webcam!3. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan mengklik pilihan drop down pada icon atur kecepatan aliran.4. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada ikon menghidupkan power supply kipas.5. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik ikon ukur.6. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70, 110, 150, 190, dan 230 m/s!V. Hasil dan Evaluasi

Data Hasil PercobaanNoWaktuKec AnginV-HWI-HW

1102.11254.5

2202.11354.2

3302.11253.9

4402.11253.9

5502.11254.2

6602.11354.5

7702.11354.1

8802.11253.9

9902.11253.9

101002.11254.3

111702.08055.0

122702.08154.6

133702.08154.1

144702.08154.3

155702.08354.9

166702.08154.6

177702.08154.1

188702.08254.3

199702.08155.0

2010702.08054.5

2111102.06554.3

2221102.06454.5

2331102.06455.4

2441102.06554.4

2551102.06454.4

2661102.06555.4

2771102.06454.4

2881102.06554.5

2991102.06455.4

30101102.06454.3

3111502.05754.3

3221502.05855.3

3331502.05755.0

3441502.05754.4

3551502.05855.4

3661502.05754.6

3771502.05854.5

3881502.05755.5

3991502.05854.5

40101502.05754.6

4111902.05254.5

4221902.05355.4

4331902.05355.4

4441902.05254.5

4551902.05354.5

4661902.05355.4

4771902.05355.4

4881902.05354.5

4991902.05354.4

50101902.05355.2

5112302.05154.7

5222302.05155.3

5332302.05155.8

5442302.05155.2

5552302.05054.6

5662302.05054.4

5772302.05154.8

5882302.05155.5

5992302.05055.7

60102302.05955.1

Grafik yang menggambarkan hubungan tegangan hotwire terhadap waktu untuk tiap kecepatan udara.

Berdasarkan data yang didapat, kita dapat memperoleh tegangan rata-rata untuk tiap kecepatan. Sehingga, kita dapat menggambarkan hubungan tegangan rata-rata terhadap kecepatan udara. Dengan menganggap tegangan adalah suatu variabel bebas dari pengukur kecepatan. Kita dapat mencari kecepatan berdasarkan tegangan.

Kec. Angin (m/s)Tegangan Rata-rata (V)

02.1123

702.0811

1102.0644

1502.0574

1902.0528

2302.0506

Fungsi tersebut dapat diperoleh menggunakan metode Least Square.

Sehingga gradiennya (m) = -0,000267165

b = m = 0,000046y = mx + aJadi persamaan fungsi kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire adalahy= -0,000267x + 2,013162Kesalahan relatif = Berdasarkan percobaan dan data yang kita dapat, kita dapat menggunakan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin.VI. Analisis Data

I. Analisis PercobaanPercobaan KR01 bertujuan untuk menentukan kecepatan angin dengan menggunakan hotwire sebagai sensor. Ketika ujung probe dihubungkan ke sebuah sumber tegangan, energi listrik yang mengalir pada probe tersebut akan didispasi oleh kawat menjadi energi kalor. Tegangan yang ada pada hotwire berasal dari kedua ujung probe yang dihubungkan ke suatu sumber tegangan, sedangkan arus yang mengalir disebabkan karena adanya resistansi atau hambatan yang berasal dari kawat pijar. Mula-mula, ketika kipas belum dihidupkan kecepatan aliran udara 0 m/s, maka akan didapatkan hasil tegangan dan arus yang konstan. Jika kecepatan udara diubah maka nilai resistansi kawat akan ikut berubah. Variasi kecepatan udara yang digunakan yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Semakin kencang aliran udara yang mengalir pada probe maka tegangan yang terjadi pada sistem akan semakil kecil, sedangankan arus yang mengalir akan semakin besar. Perubahan resistansi ini yang akan menentukan besar kecilnya perpindahan kalor pada probe. Energi listrik yang didisipasi besarnya sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut, serta lamanya waktu arus listrik mengalir.

II. Analisis Hasil Percobaan dilakukan sesuai dengan prosedur. Dari setiap variabel kecepatan angin, diambil data tegangan dan arus per detik selama 10 detik. Sehingga terdapat 60 data dari 6 variabel. Hal ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara waktu dan tegangan pada hotwire pada kecepatan angin tertentu dan pengaruh waktu terhadap tegangan rata-ratanya. Selama percobaan terdapat perubahan resistansi yang berbanding lurus dengan tegangan pada probe dan berbanding terbalik dengan arus yang mengalir, sesuai dengan rumus V= I.R.Saat kecepatan angin 0 m/s, tegangan relatif stabil, yaitu 2,1123 V Namun, ketika kecepatan udara diubah menjadi 70 m/s, tegangan rata-rata menjadi 2,0811 V. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan kuat arus. Saat kecepatan dinaikan menjadi 110 m/s, rata-rata tegangan yang dihasilkan sebesar 2,0574 V, saat kecepatan 150 m/s, rata-rata tegangan menjadi 2,0644 V. Semakin besar kecepatan angin, semakin kecil tegangan yang terukur. Terbukti ketika kecepatan dinaikkan kembali menjadi 190 m/s, rata-rata tegangan menjadi 2.0528 V dan ketika kecepatan 230 m/s, rata-rata tegangan menjadi 2.0506 V.Dalam percobaan masih terdapat kesalahan relatif yaitu sebesar 17,2179%. Namun, karena percobaan dilakukan secara online tidak terjadi kesalahan sistematik. Sehingga tidak terjadi kesalahan dalam pembacaan data meskipun ada beberapa data yang kurang akurat.

III. Analisis GrafikGrafik yang diperoleh menunjukan hubungan antara kecepatan angin yang dialirkan pada probe dengan tegangan yang terjadi pada kawat pijar. Semakin besar kecepatan angin, akan semakin kecil tegangan pada kawat. Sehinnga dapat diketahui bahwa kecepatan angin dan tegangan berbanding terbalik. Meski terjadi sedikit peyimpangan pada grafik, tetapi secara keseluruhan grafik searah (linear). Dari sini dapat terlihat bahwa data yang diperoleh sudah cukup sesuai dengan terlihatnya hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan yang dihasilkan oleh kawat pijar.Pada grafik yang menunjukan hubungan antara tegangan hotwire dengan waktu, terlihat adanya sedikit perubahan naik dan turun ketika probe dialiri angin. Hal ini berbeda dengan kawat pijar sebelum tidak dialiri angin karena ketika dialiri angin probe menjadi sedikit tidak stabil, sehingga data yang dihasilkan akan mengalami fluktuasi. Namun, secara keseluruhan range perubahan datanya sangat kecil, seperti pada grafik campuran di mana terdapat grafik dari beberapa kecepatan, grafik akan relatif stabil atau cenderung membentuk satu garis lurus.

VII. Kesimpulani. Untuk mengukur kecepatan udara dapat menggunakan kawat pijar (hotwire) sebagai sensor.ii. Kecepatan udara dan tegangan berbanding terbalik. Semakin besar kecepatan udara yang diberikan, semakin kecil tegangan yang dihasilkan.iii. Probe bersifat tidak stabil sehingga hubungan antar tegangan dengan waktu bersifat fluktuatif. iv. Tegangan dan kuat arus berbanding terbalik. Semakin besar tegangan, semakin kecil kuat arus yang terjadi.

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, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005. http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01http://elreg-05.blogspot.com/2009/10/tugas-ringkasan-5-alif.html