laporan praktikum fisika dasar

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

REMOTE LABORATORY

Nama/NPM : Adita Evalina Fitria Utami/1206262765

Fakultas/Prog. Studi : Teknik/Teknik Metalurgi dan Material

No. & Nama Percobaan : KR01/ Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : 06

Tanggal Percobaan : Selasa, 16 April 2013

Kawan Kerja : Group 1

Adi Januardi Arif Just Novan

Arum Estri Perdinasari Aulia Fitriani

Bagus Setiawan Desak Putu Dewi Chrisnanda

Ernitha Yuniar Ghaissani

Nama Asisten : : -

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

A. TUJUAN PERCOBAAN

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan udara

B. PERALATAN1. Kawat Pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampermeter4. Adjustable Power Supply5. Camcorder

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

C. TEORI

Disipasi Energi

Energi 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

gesekan dianggap 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 menjadi panas, menaikkan temperatur dari sistem. Sistem seperti ini

disebut sistem disipasi.

Hotwire sebagai Sensor Kecepatan Aliran Udara

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.

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.

= . . . . . . . . . ( )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 =

Ra = Resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan)

Rw = Resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara)

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. Beberapa persamaan yang dapat digunakan antara lain:

1) Persamaan Simple Power-law

Persamaan ini diperkenalkan oleh L.V. King dan dirumuskan sebagai berikut:= + …(3)dimana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E merupakan tegangan

kawat, n merupakan konstanta pangkat, dan U merupakan komponen kecepatan

aksial.

2) Persamaan Extended Power-law

Persamaan 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.

Konveksi

Konveksi 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

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.

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Mengaktifkan Web cam dengan mengklik icon video pada halaman web r-

Lab.

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik”

pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng”klik” 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 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan

230 m/s.

E. Hasil Pengamatan

Waktu Kec. Angin V- HW I – HW1 0 2.112 53.92 0 2.112 53.93 0 2.112 53.94 0 2.112 54.05 0 2.112 54.16 0 2.112 54.47 0 2.112 54.58 0 2.112 54.59 0 2.112 54.210 0 2.112 54.1

Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 70 2.069 54.22 70 2.070 54.83 70 2.068 55.44 70 2.067 54.95 70 2.068 54.26 70 2.067 54.27 70 2.068 54.78 70 2.068 55.39 70 2.067 55.0

10 70 2.067 54.4

Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 110 2.048 54.92 110 2.048 54.53 110 2.048 54.44 110 2.049 54.55 110 2.049 54.86 110 2.048 55.37 110 2.049 55.78 110 2.050 55.89 110 2.048 55.710 110 2.049 55.3


10 150 2.041 55.7


10 190 2.035 54.6

Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 230 2.032 54.72 230 2.031 54.73 230 2.032 54.74 230 2.032 54.75 230 2.032 54.76 230 2.031 54.77 230 2.032 54.78 230 2.032 54.79 230 2.033 54.610 230 2.032 54.7

F. EVALUASI

1. Membuat Grafik Berdasarkan Hubungan Waktu dengan TeganganHotwire

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 0 m/s

2.0662.0662.0672.0672.0682.0682.0692.0692.0702.0702.071

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 70 m/s

2.047

2.048

2.048

2.049

2.049

2.050

2.050

2.051

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 110 m/s

2.039

2.040

2.040

2.040

2.040

2.040

2.041

2.041

2.041

2.041

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 150 m/s

2.034

2.035

2.035

2.035

2.035

2.035

2.036

2.036

2.036

2.036

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 190 m/s

2. Membuat grafik berdasarkan hubungan antara tegangan hotwiredengan kecepatan angin

2.030

2.031

2.031

2.032

2.032

2.033

2.033

2.034

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V-HW

WAKTU

KECEPATAN 230 m/s

1.980

2.000

2.020

2.040

2.060

2.080

2.100

2.120

0 70 110 150 190 230

V-HW

WAKTU

3. Membuat Persamaan Tegangan Hotwire

Percobaan ke Kec. Angin (m/s)(x)

V-HW(y)

xy

1 0 2.112 0 4.460 02 70 2.044 4900 4.177 143.083 110 2.048 12100 4.194 225.284 150 2.040 32500 4.161 3065 190 2.035 36100 4.141 386.656 230 2.031 52900 4.124 467.13

Total 750 12.031 128500 25.257 1528.14

Dengan menggunakan microsoft excel kita mendapatkan sebuah persamaan yaitu= − , + .G. ANALISIS

Analisis Percobaan

Percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” yang dilakukan dengan menggunakan

sistem Rlab (Remote Laboratory) ini dimulai dengan mengaktifkan Web cam,

yaitu dengan mengklik icon video yang ada pada halaman R-Lab. Hal ini harus

dilakukan agar dalam menjalankan praktikum. Alat peraga yang ditampilkan

benar-benar berada dalam kondisi siap untuk dipakai. Selain itu, dengan

mengaktifkan Web cam, dapat menghindarkan kita dari kesalahan-kesalahan yang

diakibatkan oleh prosedur kerja yang tidak dikerjakan secara benar (seperti

diharuskan untuk menunggu sampai alat peraga yang ditampilkan menunjukkan

angka nol). Jika kita tidak mengaktifkan web cam, maka percobaan kita rentan

salah, sehingga data yang diambil akan mengalami kesalahan yang berlanjut pada

kesalahan dalam pengolahan data maupun 15 hasilnya, yaitu didapat suatu nilai

yang bukan merupakan nilai yang sebenarnya, sehingga kita diharuskan untuk

mengulang percobaan.

Setelah mengaktifkan web cam, hal yang dilakukan selanjutnya adalah

memberikan aliran udara sebesar 0 m/s, yaitu dengan mengklik pilihan drop down

yang ada pada icon “atur kecepatan aliran”. Hal ini dilakukan untuk memastikan

bahwa aliran udara yang diberikan adalah sebesar 0 m/s, sehingga kesalahan

dalam pengambilan data tidak terjadi dalam percobaan kali ini. Kemudian, setelah

menyetel kecepatan aliran sebesar 0 m/s, motor penggerak kipas harus dinyalakan.

Hal ini dilakukan untuk menggerakkan kipas agar berputar, dan menghasilkan

kecepatan sebesar 0 m/s (walaupun pada kenyataannya kipas tidak bergerak).

Untuk menggerakkan motor kipas, kita harus mengklik radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas”. Jika kita tidak mengklik radio button

tersebut, maka secara otomatis kipas tidak akan berputar dan menghasilkan

kecepatan yang kita inginkan, sehingga percobaan mengalami kegagalan, yang

mengakibatkan data yang diambil juga mengalami kesalahan.

Untuk mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire, kita bisa

melakukannya dengan mengklik icon “ukur”. Setelah mengklik tombol “ukur”

maka akan terjadi pergerakan kipas dan perubahan tegangan. Setelah menunggu

selama beberapa detik, maka akan muncul data yang meliputi waktu, kecepatan

aliran, tegangan, dan arus yang dihasilkan. Percobaan dilanjutkan dengan

mengubah kecepatan aliran menjadi 70, 110, 150, 190, dan 230 m/s, dengan

prosedur yang sama seperti prosedur di atas.

Analisis Hasil

Data yang diperoleh dari percobaan ini meliputi waktu, kecepatan, tegangan, dan

arus yang merupakan data yang telah dicetak oleh sistem.. Dari data yang terlihat,

terdapat beberapa data yang tidak berada dalam suatu kecenderungan untuk

berada dalam satu nilai. Selisih data yang keluar dari kecenderungan untuk berada

dalam satu nilai itu memang tidak terlalu jauh. Akan tetapi, data tersebut

merupakan data yang kurang baik, yang dapat mengakibatkan hasil yang

diperoleh tidak akurat. Dalam menganalisis data ini, praktikan tidak dapat

menganalisis penyebab secara fisis, apa-apa yang menyebabkan timbulnya nilai

nilai yang keluar dari kecenderungan tersebut, karena praktikan tidak melakukan

percobaan secara langsung.

Analisis Grafik

Pada percobaan ini, terdapat tujuh buah grafik, yaitu enam buah grafik yang

menghubungkan waktu dengan tegangan untuk tiap-tiap kecepatan aliran udara,

sedangkan satu grafik yang lain merupakan grafik yang menghubungkan tegangan

dengan kecepatan aliran udara. Dari ke-enam grafik yang merupakan grafik

tegangan vs waktu, bisa terlihat bahwa terdapat simpangan yang cukup jauh untuk

kecepatan aliran udara dari 70 m/s sampai dengan 230 m/s. Akan tetapi, hal ini

hanya dikarenakan skala pada sumbu y yang digunakan dalam grafik ini sangat

kecil, sehingga grafik yang ditampilkan “seolah-olah” memiliki simpangan yang

besar. Jika kita memperbesar skala pada sumbu y, maka grafik yang dihasilkan

hampir berbentuk garis lurus yang sejajar dengan sumbu x. Simpangan yang

terjadi ini, dikarenakan kumpulan data yang dihasilkan, ada sebagian data yang

keluar dari kecenderungan, sebagaimana seperti yang telah dijelaskan pada

analisis data di atas. Pada grafik yang menggambarkan hubungan antara kecepatan

aliran dengan tegangan, dapat terlihat bahwa kecepatan aliran udara berbanding

terbalik dengan tegangan. Hal ini dapat terlihat dari persamaan grafik yang di

dapat dari metode least square yaitu:

y = -0.0003x + 2.0966

Laporan Parktikum R- lab KR 01 (Disipasi Kalor Hotwire)

Pada persamaan grafik di atas, gradiennya bernilai negatif, sehingga grafik akan

terus turun seiring dengan bertambahnya tegangan (kecepatan aliran udara

berbanding terbalik dengan tegangan).

Persamaan y = -0.0003x + 2.0966 didapat dengan menggunakan metode

leastsquare, untuk membuat persamaan umum grafik tersebut dengan jarak

simpangan yang sangat kecil. Gradien (m) dan nilai konstanta (b), Dengan x pada

kasus ini adalah tegangan, dan y adalah kecepatan aliran angin.

H. KESIMPULAN

1. Single normal probe hotwire merupakan salah satu jenis hotwire yang

umumnya digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan

aliran dengan menghubungkan kedua ujung probe dengan dengan sumber

tegangan.

2. Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik

yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.

3. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga

semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah.

I. REFERENSI

Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition.New York:Prentice Hall.Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition, ExtendedEdition.New York: John Wiley & Sons, Inc.Pratomo, Hariyo Priambudi Setyo dan Klaus Bemhorst. 2006. “Kalibrasi Single-NormalHot-Wire Probe Sigmond Cohn Alloy 851 Untuk Aliran Jet Terpulsasi” dalamJurnalTeknik Mesin Vol. 8, No. 1, April 2006, halaman 14-21.

www.eepits-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=954www.mahasiswa-sibuk.co.ccwww.wikipedia.com/disipasi-energi

laporan praktikum fisika dasar

Documents