laporan praktikum kr01

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR REMOTE

LABORATORY

Nama : Abdul Hakim Muzakki

NPM : 1406532500

Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Mesin

Nomor/Nama Percobaan : KR 01/Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Pekan 5

Tanggal Percobaan : 30 Oktober 2014

Nama Asisten : Febrian Pratama

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

I. Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan 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 kesetimbangandalam 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 karena Energi panas yang ditimbulkan tidak bias

dikonversi menjadi Energi Potensial maupun Energi Kinetik.

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 pr

obe 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.

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 :

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.

IV. Prosedur Percobaan

1. Mengaktifkan webcam di web rLab.

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0m/s.

3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengaktifkan power supply

kipas.

4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire.

5. Mengulangi langkah 2 sampai 4 untuk kecepatan 70, 110, 150, 190, dan 230

m/s.

Gambar 1. Dispasi Kalor Horwire

V. Hasil dan Evaluasi

Berikut tabel dan grafik dari data-data yang sudah didapat dari percobaan ini.

1. Kecepatan Angin = 0 m/s

Waktu (s) Tegangan Hotwire (V)

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

2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)

Grafik Perubahan Tegangan Hotwire Terhadap Waktu Pada v Angin = 0 m/s



1 2.076

2 2.076

3 2.076

4 2.077

5 2.076

6 2.077

7 2.078

8 2.078

9 2.079

10 2.077



1 2.060

2 2.060

3 2.060

4 2.060

5 2.061

6 2.061

7 2.060

8 2.061

9 2.060

10 2.061

2.076 2.076 2.076 2.077 2.076 2.077 2.078 2.078 2.079 2.077

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)




1 2.053

2 2.053

3 2.054

4 2.053

5 2.052

6 2.053

7 2.053

8 2.052

9 2.053

10 2.053

2.06 2.06 2.06 2.06 2.061 2.061 2.06 2.061 2.06 2.061

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)


2.053 2.053 2.054 2.053 2.052 2.053 2.053 2.052 2.053 2.053

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)

Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Waktu Pada v Angin = 150 m/s



1 2.048

2 2.049

3 2.049

4 2.049

5 2.049

6 2.048

7 2.048

8 2.048

9 2.049

10 2.049



1 2.046

2 2.046

3 2.046

4 2.046

5 2.046

6 2.046

7 2.046

8 2.046

9 2.046

10 2.046

2.048 2.049 2.049 2.049 2.049 2.048 2.048 2.048 2.049 2.049

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)


Berikut adalah perbandingan data dari setiap variasi dari kecepatan angin.

Berikut adalah tabel dan grafik yang memperlihatkan hubungan tegangan Hotwire

dengan kecepatan angin.

Tegangan Rata-Rata (V) Kecepatan Angin (m/s)

2.112 0

2.077 70

2.0604 110

2.0529 150

2.0486 190

2.046 230

2.046 2.046 2.046 2.046 2.046 2.046 2.046 2.046 2.046 2.046

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)


2.04

2.05

2.06

2.07

2.08

2.09

2.1

2.11

2.12

0 2 4 6 8 10 12

Tega

nga

n (

V)

Waktu (s)

Perbandingan Grafik Tegangan Hotwire Pada Kecepatan Angin yang Berbeda

v = 0 m/s

v = 70 m/s

v = 110 m/s

v = 150 m/s

v = 190 m/s

v = 230 m/s

Grafik diatas didapat dari perhitungan dengan menggunakan metode Least Square

seperti berikut.

y = -0.0003x + 2.10152.03

2.04

2.05

2.06

2.07

2.08

2.09

2.1

2.11

2.12

0 50 100 150 200 250

Tega

nga

(V

)

Kecepatan Angin (m/s)

Grafik Hubungan Tegangan Hotwire Dengan Kecepatan Angin

Dengan data diatas kita dapat mencari kesalahan relatifnya dengan rumus

=

Sehingga kesalahan relatifnya = 18%

Berdasarkan persamaan (1) sebelumnya, besarnya energi listrik yang terdisipasi

berbanding lurus dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut dan

lamanya waktu arus

W = V.I.t

Sedangkan persamaan untuk energi adalah sebanding dengan gaya dan perpindahan

W = F.s

maka

V.I.t = F.s

V.I.t = F.v.t

V.I = F.v

Dengan memperhatikan percobaan dan hasil data yang diperoleh, dapat diambil

kesimpulan bahwa kawat hotwire bisa digunakan untuk mengukur kecepatan

angin., tetapi bukan nilai pasti dari kecepatannya. Hal ini dapat dibuktikan dari

persamaan kecepatan angin terhadap tegangan hotwire. Jika diteliti lebih lanjut,

dapat diketahui bila kecepatan angin meningkat maka tegangan di hotwire akan

berkurang. Penyebabnya adalah angin yang berhembus melalui hotwire akan

merubah resistansi dari hotwire tersebut sehingga arus yang mengalir juga

mengalami perubahan. Apabila kecepatan angin semakin tinggi, maka resistansi

kawat akan membesar dan mempengaruhi arus listrik. Sehingga pada akhirnya

dapat kita simpulkan bahwa kawat hotwire bisa digunakan untuk mengukur

kecepatan angin.

VI. Analisis Data

a. Analisis Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui kecepatan aliran udara dengan

menggunakan hotwire sebagai sensor atau detector kecepatan. Sebelum kipas

sebagai sumber untuk mengalirkan angin dinyalakan atau dengan kata lain ketika

aliran udara 0 m/s, 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

tempat arus tersebut mengalir. Energi listrik yang mengalir pada probe tersebut

akan didisipasikan oleh kawat pijar menjadi energi kalor, yang besarnya sebanding

dengan tegangan dan arus listrik yang mengalir, serta lamanya waktu arus listrik

mengalir. Tegangan dan arus yang mengalir ini sebelum dialiri dengan udara

bersifat konstan, namun ketika probe dialiri dengan udara maka arus dan tegangan

yang bekerja akan mengalami perubahan.

Perubahan ini tentunya disebabkan oleh gejala-gejala fisis yang terjadi pada

hotwire. Ketika angin dialirkan pada probe, maka angin tersebut akan menerpa

kawat pijar tersebut dengan kecepatan sebesar v dan gaya/kekuatan F. Adanya

terpaan dari angin pada kawat pijar tersebut akan menyebabkan terjadinya

perubahan resistansi pada kawat, yang mana hubungannya berbanding lurus dengan

kecepatan angin yang mengalir pada probe. Semakin kencang aliran udara yang

mengalir pada probe maka tegangan yang terjadi pada sistem akan semakin kecil,

sementara arus yang mengalirakan akan semakin besar. Besar kecilnya perubahan

resistansi inilah yang nantinya akan menentukan besar kecilnya perpindahan atau

transfer kalor pada probe tersebut.

b. Analisis hasil

Pada dasarnya percobaan telah dilakukan sesuai dengan prosedur yang

diperintahkan pada modul percobaan. Hasil yang telah diperoleh dari percobaan

sudah sesuai dengan rumusan yang ada dimana ketika kawat dialiri dengan udara

dengan kecepatan tertentu akan menyebabkan resistansi pada kawat akan berubah.

Perubahan resistansi ini berbanding lurus dengan tegangan pada probe dan

berbanding terbalik dengan arus yang mengalir. Hal ini sesuai dengan rumusan V=

I x R.

Dalam percobaan ini data yang diperoleh sebanyak 60 buah. Percobaan

dilakukan sebanyak 6 kali. Setiap percobaan diambil data sebanyak 10 buah. Sesuai

dengan pernyataan diatas, semakin besar kecepatan aliran udara yang menerpa

kawat maka semakin besar resistansinya dan semakin kecil tegangan yang mengalir

pada kawat. Pada saat kecepatan aliran udara = 0 m/s, tegangan yang mengalir

sebesar 2,112 V. Pada saat kecepatan aliran udara = 230 m/s, tegangan yang

mengalir sebesar 2,046 V.

Kesalahan yang terjadi relatif cukup besar meskipun praktikum dilakukan

secara komputerisasi. Besarnya kesalahan dapat dibuktikan dengan

mensubstitusikan tegangan hotwire ke dalam persamaan yang menyatakan

kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire. Hal ini terjadi karena semua

sistem dan peralatan telah diatur sedemikian rupa sesuai dengan kondisi realnya.

Namun, apabila dibandingkan dengan hasil yang diperoleh jika praktikum

dilakukan secara manual, kesalahannya pasti lebih besar lagi karena banyak faktor

yang berpotensi menyebabkan terjadinya kesalahan apabila praktikum dilakukan

secara manual. Pada praktikum rlab ini kesalahan- kesalahan yang bersifat human

error yang mungkin terjadi akan dapat diminimalisasi, karena semua proses

praktikum dilakukan menggunakan komputer.

c. Analisis grafik

Grafik yang diperoleh menunjukan adanya kesinambungan antara data yang

diperoleh dengan kondisi yang seharusnya terjadi, dimana kecepatan angin yang

dialirkan pada probe akan berbanding terbalik dengan tegangan yang terjadi pada

kawat pijar. Dari sini dapat dilihat bahwa data yang diperoleh sudah cukup bagus,

sesuai dengan pola yang terlihat pada grafik hubungan antara kecepatan aliran angin

dan tegangan pada hotwire.

Sementara pada grafik yang menunjukan hubungan antara tegangan hotwire

dengan waktu, terlihat adanya sedikit fluktuasi ketika probe dialiri angin, kondisi

ini berbeda dengan ketika sebelum dialiri angin. Hal ini disebabkan karena ketika

dialiri angin probe, resistansi kawat menjadi lebih besar dan tidak stabil, sehingga

data yang dihasilkan juga sedikit berfluktuasi. Pada grafik hubungan tegangan

hotwire dengan waktu memiliki kesalahan relatif sebesar 18%. Namun, secara

keseluruhan range perubahan datanya sangat kecil,sehingga data yang didapatkan

dapat digolongkan cukup baik.

VII. Kesimpulan

a. Kawat hot wire tidak dapat digunakan sebagai alat untuk mengukur kecepatan

angin, karena nilai yang dihasilkan mempunyai kesalahan yang relatif besar.

b. Kawat hot wire hanya bisa digunakan untuk memperkirakan besar kecilnya

angin, bukan untuk menentukan nilainya, yaitu dengan melihat perubahan

tegangan dan arus yang terjadi pada kawat hot wire tersebut. Ini dikarenakan

nilai yang dihasilkan mempunyai kesalahan relatif yang cukup besar.

c. Kecepatan angin yang terjadi berbanding terbalik dengan tegangan (V) dan

berbanding lurus dengan arus listrik (I), sementara kecepatana angin berbanding

lurus dengan resistansi dari kawat pijar (R).

VIII. Referensi

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

Hall, NJ, 2000.

2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

3. www.sitrampil.ui.ac.id

laporan praktikum kr01

Documents