kr01- disipasi famila anindia putri (1306404790)

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

Nama/NPM : Famila Anindia Putri

Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknologi Bioproses

No & Nama Percobaan : KR01 & Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Minggu ke-4

Tanggal Percobaan : 18 Maret 2014

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Amperemeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Single normal probe adalah suatu tipe hot wire 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 didisipasi oleh kawat menjadi energi kalor

dan bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas konveksi. Besarnya energi listrik yang

terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut dan

lamanya waktu arus listrik mengalir. Dari penjelasan tersebut dapat digambarkan dengan

rumus berikut:

.. (1)

Keterangan:

P = daya (W)

= tengangan listrik (V)

= arus listrik (A)

t pe n ( )

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.

Disipasi kalor adalah energi yang hilang dari suatu sistem dan masuk ke dalam

lingkungan karena adanya suatu gesekan, vikositas, hambatan listrik, dan lain-lain. Prinsip

dari disipasi kalor ini sering dimanfaatkan dalam hotwire anemometer. Hotwire

anemometer adalah salah satu alat pengukuran yang sering digunakan sampai saat ini.

Prinsip kerja dari hotwire anemometer yaiitu perpindahan panas dari kawat yang

dipanaskan menuju cairan yang bersAuhu lebih rendah. Dengan demikian, hubungan

antara kecepatan aliran dan output listrik dapat dihubungkan

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. Prosedur Percobaan

1. Mengaktifkan Web caM (mengklik icon video pada halaman web r-Lab)

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan mengklik pilihan drop

down p d icon t kecep t n li n.

3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengklik radio button pada icon

meng id pk n powe pply kip .

4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon

k .

5. Mengulang langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s!

V. Data Pengamatan

1. Kecepetan Aliran Angin 0 m/s

Waktu

(s)

Kecepatan Angin

(m/s)

V-HW I-HW

1 0 2.112 53.9

2 0 2.112 54.1

3 0 2.112 54.5

4 0 2.112 54.7

5 0 2.112 54.5

6 0 2.112 54.2

7 0 2.112 53.9

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 53.9

10 0 2.112 54.1


Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

(s) (m/s)

1 70 2.068 55.4

2 70 2.069 54.7

3 70 2.071 54.2

4 70 2.069 54.1

5 70 2.069 54.4

6 70 2.068 55.1

7 70 2.069 55.6

8 70 2.069 55.3

9 70 2.069 54.6

10 70 2.069 54.2


Waktu

(s)

Kecepatan Angin

(m/s)

V-HW I-HW

1 110 2.053 54.7

2 110 2.052 54.4

3 110 2.053 54.4

4 110 2.052 54.9

5 110 2.053 55.7

6 110 2.052 56.0

7 110 2.052 55.3

8 110 2.052 54.5

9 110 2.052 54.3

10 110 2.051 54.7


Waktu

(s)

Kecepatan Angin

(m/s)

V-HW I-HW

1 150 2.046 55.4

2 150 2.045 54.7

3 150 2.045 54.4

4 150 2.045 54.6

5 150 2.045 55.3

6 150 2.045 56.1

7 150 2.045 55.9

8 150 2.044 55.0

9 150 2.045 54.5

10 150 2.045 54.5


Waktu

(s)

Kecepatan Angin

(m/s)

V-HW I-HW

1 190 2.041 55.9

2 190 2.04 56.2

3 190 2.04 56.3

4 190 2.041 55.8

5 190 2.041 55.2

6 190 2.041 54.7

7 190 2.041 54.5

8 190 2.041 54.5

9 190 2.04 54.9

10 190 2.041 55.5


Waktu

(s)

Kecepatan Angin

(m/s)

V-HW I-HW

1 230 2.038 55.1

2 230 2.038 55.9

3 230 2.038 56.3

4 230 2.038 56.3

5 230 2.038 55.6

6 230 2.037 54.9

7 230 2.038 54.6

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu

2.066

2.067

2.068

2.069

2.07

2.071

2.072

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu

8 230 2.038 54.6

9 230 2.038 55.0

10 230 2.038 55.9

VI. Pengolahan data

1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Hotwire dengan Waktu

1. Kecepatan Aliran Udara 0 m/s


2.05

2.051

2.052

2.053

2.054

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu

2.043

2.044

2.045

2.046

2.047

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu

2.0395

2.04

2.0405

2.041

2.0415

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu




2.0365

2.037

2.0375

2.038

2.0385

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Tegangan Vs Waktu


2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Hotwire dengan Kecepatan Aliran Angin

Berdasarkan data yang didapat, kita bisa menghitung teganagn rata-rata

Tegangan

(V=0 m/s)

Tegangan

(V=70 m/s)

Tegangan

(V=110 m/s)

Tegangan

(V=150 m/s)

Tegangan

(V=190 m/s)

Tegangan

(V=230 m/s)

2.112 2.068 2.053 2.046 2.041 2.038

2.112 2.069 2.052 2.045 2.04 2.038

2.112 2.071 2.053 2.045 2.04 2.038

2.112 2.069 2.052 2.045 2.041 2.038

2.112 2.069 2.053 2.045 2.041 2.038

2.112 2.068 2.052 2.045 2.041 2.037

2.112 2.069 2.052 2.045 2.041 2.038

2.112 2.069 2.052 2.044 2.041 2.038

2.112 2.069 2.052 2.045 2.04 2.038

2.112 2.069 2.051 2.045 2.041 2.038

2.112 2.069 2.0522 2.045 2.0407 2.0379

Tabel Data Hubungan Kecepatan Angin dengan Tegangan Rata-rata

Kecepatan Angin

(m/s)

Tegangan Rata-rata

(V)

0 2.112

70 2.069

110 2.0522

150 2.045

190 2.0407

230 2.0379

Dari data diatas, dapat disajikan dalam grafik dibawah ini.

3. Persamaan Kecepatan Angin sebagai Fungsi dari Tegangan Hot Wire

Untuk mencari persamaan garis hubungan antara tegangan dengan kecepatan

aliran angin dibutuhkan data-data sebagai berikut:

No. Kecepatan

Angin (m/s) = Xi

Tegangan Rata-

Rata (V) = Yi

Xi Yi Xi Yi

1 0 2.112 0 4.460544 0

2 70 2.069 4900 4.280761 144.83

3 110 2.0522 12100 4.21152484 225.742

4 150 2.045 22500 4.182025 306.75

5 190 2.0407 36100 4.16445649 387.733

6 230 2.0379 52900 4.15303641 468.717

750 12.3568 128500 25.45234774 1533.772

562500 152.6905 16512250000 647.8220055 2352456.5

y = -0.000312x + 2.0984

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Twga

nga

n R

ata

-rat

a (v

)

Kecepatan Angin (m/s)

Hubungan Kecepatan dengan Tegangan Rata-rata

Tegangan Rata-rata (m/s) Linear (Tegangan Rata-rata (m/s))

Rumus umum persaamaan linear

Untuk membentuk persamaan linear, melalui beberapa tahap:

1. Memasukkan data ke rumus gradien untuk mendapat nilai gradien

( ) ( )( )

( ) ( )

( ) ( )( )

( ) ( )

Sehingga gradiennya (m) = -0,0003

2. Memasukkan data ke rumus untuk mencari konstanta

( )( ) ( )( )

( ) ( )

( )( ) ( )( )

( ) ( )

Sehingga mendapat persamaan:

Berdasarkan perhitungan tersebut, dapat disimpulkan bahwa kawat hot wire dapat

digunakan sebagai pengukur kecepatan angin. Karena kecepatan angin dipengaruhi oleh

besarnya tegangan. Semakin besar nilai tegangan, maka akan semakin kecil nilai

kecepatan angina, dan demikian sebaliknya.

Dengan kesalahan relatif yang terjadi pada percobaan ini adalah

[

( ) ( )( )( ) ( )

( ) ( ) ]

[

( )( ) ( )( )( ) ( )

( ) ( ) ]

( ) ( )

( ) ( )

Kesalahan relatif =

VII. Analisis

A. Analisis Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan kecepatan angin dengan

menggunakan hotwire sebagai sensor. 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. Energi listrik yang mengalir pada single normal probe tersebut akan

didisipasikan oleh kawat pijar menjadi energi kalor. Energi listrik yang didisipasi

besarnya sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut,

serta lamanya waktu arus listrik mengalir.

Sebelum dialiri dengan udara atau saat kecepatan udara sebesar 0 m/s, tegangan

dan arus listrik yang dihasilkan bersifat konstan, namun ketika probe dialiri dengan

kecepatan udara tertentu maka arus dan tegangan yang bekerja akan mengalami

perubahan. Pada percobaan ini, kita menggunakan beberapa macam variasi kecepatan

udara, seperti 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s.

Perubahan tegangan yang terjadi pada hotwire kawat pijar ini disebabkan oleh

beberapa hal. Seperti kecepatan angin yang menerpa kawat pijar tersebut dengan gaya

(F) tertentu. Adanya angin yang menerpa kawat pijar juga akan menyebabkan

terjadinya perubahan resistansi pada hotwire. 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

B. Analisis Hasil

Berdasarkan pengolahan data dan grafik yang ada, diperoleh nilai tegangan rata-

rata dan arus:

kecepatan angin 0 m/s,

kawat tidak terkena aliran angin sehingga kawat tidak mengalami perubahan

resistensi.

kecepatan angin 70m/s

tegangan rata-rata sebesar 2.069 V, arus rata-rata 54.76

kecepatan angin 110m/s

tegangan rata-rata sebesar 2.0522 V, arus rata-rata 54.89 A.

kecepatan angin sebesar 150m/s

tegangan rata-rata sebesar 2.045 volt, arus rata-rata 55.04 A.

kecepatan angina 190m/s

tegangan rata-rata sebesar 2.0407 V , arus rata-rata 55.35 A

kecpatan angin sebesar 230m/s

tegangan rata-rata 2.0379 V, arus rata-rata 55.42 A

Pada percobaan diatas, dapat dikatakan bahwa semakin besar kecepatan angin,

maka tegangan akan turun, namun penurunan nilai tegangannnya semakin lama akan

semakin kecil jika penurunannya sangat kecil dapat dianggap tidak berubah, karena

tidak memengaruhi. Pada percobaan dapat diamati bahwa arus mengalami kenaikan, hal

ini disebabkan karena tegangan pada Hot wire turun sehingga arus dapat menjadi besar

C. Analisis Grafik

Pada percobaan ini, terdapat dua macam grafik, yaitu grafik hubungan waktu

dengan tergangan dan grafik hubungan tegangan dengan kecepatan aliran angin. Pada

grafik hubungan waktu dengan tegangan dapat diketahui bahwa semakin lama waktu

yang digunakan untuk menyalakan kipas dan menghembuskan angin maka energi kalor

yang didapat dari perubahan energi listrik pun akan semakin melemah dan nilainya

akan menurun sehingga tegangan hot wire akan semakin menurun seiring dengan

bertambahnya waktu. Namun antara kecepatan satu dengan yang lain, seperti pada

antara kecepatan 0 m/s dengan 70 m/s memiliki jarak yang sangat besar, dimana

semakin tinggi kecepatan, jarak antar grafik semakin kecil. Hal ini terjadi karena

adanya disipasi kalor.

Sedangkan, pada grafik kedua yaitu grafik hubungan tegangan dengan kecepatan

angin, terlihat bahwa terdapat hubungan yang berbanding terbalik. Ketika kecepatan

angin semakin cepat maka tegangan akan semakin turun. Hal tersebu terlihat dari grafik

yang menurun. Dapat diamati juga bahwa semakin besar kecepatan angin maka

penurunan nilai tegangan semakin kecil sampai mendekati 0. Hal ini menandakan

bahwa grafik memiliki gradien yang bernilai negatif. Grafik tersebut memiliki fungsi

sebagai berikut.

Pada fungsi diatas gradien atau m yang didapat sebesar -0.000311597

D. Analisis Kesalahan

Pada percobaan ini terjadi kesalahan-kesalahan yang menyebabkan data yang

diperoleh berbeda dengan acuan yang ada. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain :

1. Peralatan yang tidak mengalami proses kalibrasi terlebih dahulu sehingga

hasilnya kurang akurat

2. Percobaan dilakukan secara online, sehingga sulit bagi praktikan untuk

menentukan faktor kesalahan lain secara menyeluruh

3. Kesalahan dalam proses penghitungan akibat kesalahan pembulatan maupun

penggunaan aturan angka penting.

VIII. Kesimpulan

Dari percobaan yang dilakukan mendapatkan kesimpulan bahwa Hotwire dapat digunakan

sebagai alat sensor kecepatan aliran udara. Karena kecepatan angin dipengaruhi oleh

besarnya tegangan. Semakin besar nilai tegangan, maka akan semakin kecil nilai kecepatan

angina, dan demikian sebaliknya

IX. 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.

kr01- disipasi famila anindia putri (1306404790)

Documents