laporan r-lab disipasi hot wire denia apriliani r.pdf

7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf

1/16

LAPORAN R-LAB

Disipasi Hot Wire

Nama : Denia Apriliani Rahman

NPM : 1206212344

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Kode Praktikum : KR01

Tanggal Praktikum : 21 Maret 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok


2/16

I. Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat

1. kawat pijar (hotwire)2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

a) Disipasi Energi

Disipasi energi merupaka energi mekanik yang ditimbulkan oleh

gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain

yang juga disebut kalor. Energi disipasi dapat berarti energi yang hilang dari

suatu sistem. Hilang dalam arti berubah menjadi energi lain yang tidak

menjadi tujuan suatu sistem. Timbulnya energi disipasi secara alamiah tidak

dapat dihindari, karena energi secara sendirinya berubah sulit untuk

dikontrol.

Hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut

termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang fisika

yang berkaitan dengan hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi serta

kesetimbangan dalam reaksi fisika dan dalam perubahan keadaan. Hukum

pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu

proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan

jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem. Hukum kedua termodinamika,

yaitu membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan. Reaksi spontan

yaitu reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar. Sedangkan reaksi tidak

spontan tidak terjadi tanpa bantuan luar.


3/16


4/16

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 =

Dengan:

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian

(dihembuskan udara).

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

Gambar : Rangkaian Alat Percobaan Disipasi Hotwire

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,


5/16

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.

c) Konveksi

Konveksi adalah proses di mana kalor ditransfer dengan pergerakan

molekul dari satu tempat ke tempat yang lain melalui sesuatu perantara.

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.


6/16

IV. Cara Kerja

Eksperimen ini dilakukan oleh praktikan dengan mengunjungi link r-lab

yang terdapat pada web sitrampil.ui.ac.id secara online dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Mengaktifkan video Web cam untuk melihat kerja percobaan yang

ditampilkan dalm video

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

3. Menghidupkan motor pengerak kipas ( power supply) dengan

mengklik radio button dibawahnya.

4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan caramengklik icon ukur.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190

dan 230 cm/s

V. Hasil Percobaan dan Pengolahan Data

Setelah dilakukan pengamatan percobaan, didapatkan data-data yangdisajikan dalam tabel pengamatan, yaitu:

Kecepatan Angin 0 m/s

Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 0 2.112 54.9

2 0 2.112 55.1

3 0 2.112 55.0

4 0 2.112 54.7

5 0 2.112 54.26 0 2.112 54.0

7 0 2.112 53.9

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 53.9

10 0 2.112 54.0


7/16



1 70 2.058 55.7

2 70 2.058 56.33 70 2.060 55.9

4 70 2.057 55.0

5 70 2.058 54.4

6 70 2.057 54.1

7 70 2.058 54.3

8 70 2.057 55.0

9 70 2.057 55.8

10 70 2.057 56.4



1 110 2.040 56.6

2 110 2.041 56.0

3 110 2.039 55.5

4 110 2.040 55.0

5 110 2.039 54.7

6 110 2.040 54.4

7 110 2.038 54.3

8 110 2.038 54.3

9 110 2.039 54.4

10 110 2.039 54.6



1 150 2.031 54.4

2 150 2.032 54.4

3 150 2.032 54.4

4 150 2.032 54.6

5 150 2.032 54.7

6 150 2.032 54.9

7 150 2.031 55.2

8 150 2.031 55.6

9 150 2.032 55.9

10 150 2.032 56.2


8/16



1 190 2.026 55.9

2 190 2.027 55.83 190 2.027 55.8

4 190 2.026 55.9

5 190 2.026 55.9

6 190 2.026 55.9

7 190 2.026 56.0

8 190 2.026 56.0

9 190 2.026 56.1

10 190 2.026 56.2



1 230 2.024 55.1

2 230 2.024 55.1

3 230 2.024 55.1

4 230 2.024 55.2

5 230 2.024 55.3

6 230 2.024 55.3

7 230 2.024 55.4

8 230 2.023 55.4

9 230 2.023 55.4

10 230 2.023 55.4

Dari data tabel diatas didapatkan grafik gabungan hubungan antara tegangan

dan kecepatan angin, yaitu :


9/16

Keterangan :

Sumbu x : menunjukkan waktu (s)

Sumbu y : tegangan (v)

Sedangkan Hubungan antara kecepatan angin dan tegangan secara

keseluruhan yang terjadi dalam hasil pengamatan percobaan adalah:

Keterangan:

Sumbu x : menunjukkan kecepatan angin (m/s)

Sumbu y : menunjukkan tegangan (v)

1,960

1,980

2,000

2,020

2,040

2,060

2,080

2,100

2,120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 0

m/s

Kecepatan Angin 70

m/s

Kecepatan Angin 110

m/s

Kecepatan Angin 150

m/s

Kecepatan Angin 190

m/s

Kecepatan Angin 230

m/s

y = -1073,4x + 2495,2

1,950

2,000

2,050

2,100

2,150

0 70 110 150 190 230

Grafik Hubungan Tegangan dan

Kecepatan Angin

Grafik Hubungan

Tegangan dan

Kecepatan Angin

Linear (GrafikHubungan

Tegangan dan

Kecepatan Angin )


10/16

Suhu dari sistem pada percobaan ini tidak diketahui oleh praktikan, maka suhu

dianggap tetap.

Untuk menghitung data yang telah didapatkan melalui pengamatan pada

percobaan digunakan metode least square. Pendekatan least square tersebut

didapatkan melalui persamaan :

F.v.t = V.I.t

dv =

dV

maka didapatkan : y = mx + b, dengan :

x, menyatakan kecepatan angin (m/s)

y, menyatakan tegangan (v)

Dengan rumus mencari m dan b, yaitu :

m =. ()()

()

b =

. ()()

()

Untuk mencari nilai m dan b dapat menggunakan tabl yang terdapat dibawah ini:

Kecepatan Angin (m/s) X (v) Y (m/s) x2

y2

xy

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

0 2,112 0 4 0 0

70 2,058 70 4 4900 144,06

70 2,058 70 4 4900 144,06

70 2,060 70 4 4900 144,2

70 2,057 70 4 4900 143,99

70 2,058 70 4 4900 144,06

70 2,057 70 4 4900 143,99

70 2,058 70 4 4900 144,06

70 2,057 70 4 4900 143,99


11/16

70 2,057 70 4 4900 143,99

70 2,057 70 4 4900 143,99

110 2,040 110 4 12100 224,4

110 2,041 110 4 12100 224,51

110 2,039 110 4 12100 224,29

110 2,040 110 4 12100 224,4

110 2,039 110 4 12100 224,29

110 2,040 110 4 12100 224,4

110 2,038 110 4 12100 224,18

110 2,038 110 4 12100 224,18

110 2,039 110 4 12100 224,29

110 2,039 110 4 12100 224,29

150 2,031 150 4 22500 304,65

150 2,032 150 4 22500 304,8150 2,032 150 4 22500 304,8

150 2,032 150 4 22500 304,8

150 2,032 150 4 22500 304,8

150 2,032 150 4 22500 304,8

150 2,031 150 4 22500 304,65

150 2,031 150 4 22500 304,65

150 2,032 150 4 22500 304,8

150 2,032 150 4 22500 304,8

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,027 190 4 36100 385,13

190 2,027 190 4 36100 385,13

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

190 2,026 190 4 36100 384,94

230 2,024 230 4 52900 465,52230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,024 230 4 52900 465,52

230 2,023 230 4 52900 465,29

230 2,023 230 4 52900 465,29

230 2,023 230 4 52900 465,29

7500 123 7500 252 1285000 15235,46 Total


12/16

Maka dapat dihitung :

m =. ()()

()

=, (,)()

,,

=,

,

= -1073,4

b =

. ()()

()

=,,(,)

,,

=,

,

= 2495,2

Dari perhitungan diatas, didapatkan persamaan garis lurus, yaitu :

y = mx +b

= -1073,4x + 2495,2

Dari data yang telah didapatkan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa

kawat hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin, karena :

VI. Analisis

a)Analisis Percobaan

Praktikum Disipasi Hot Wire ini bertujuan untuk menggunakan hotwire

sebagai pengukur kecepatan aliran udara. Untuk rangkaian peralatan yang

digunakan dalam percobaan ini dapat terlihat melalui visualisasi video berupa

tabung tembus pandang yang dilintasi semacam kawat, bagian pangkal tabung

ada kipas yang mevarisasikan kecepatan angin dengan mevariasikan arus listrik


13/16

yang diberikan, dan terlihat sebuah indikator digital yang menunjukan harga

tegangan. Terlihatlah disini hubungan antara tegangan dan kecepatan angin yang

diberikan. Data diambil secara bervariasi dari harga tegangan tiap detiknya

dengan durasi selama 10 detik. Pada kecepatan 0 cm/s kipas tidak berputar danindikator tidak menunjukan adanya variasi tegangan.

Langkah pertama yang dilakukan oleh praktikan adalah mengatur

kecepatan angin pada sistem dengan kecepatan yang bervariasi, yaitu 0 m/s, 70

m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Ketika angin dihembuskan pada

hotwire, akan mengubah nilai resistansi kawat, sehingga akan merubah besarnya

arus listrik yang mengalir. Hal ini, juga akan berpengaruh terhadap tegangan

listrik yang mengalir pada kawat. Dengan kecepatan angin yang sama,

pengukuran dilakukan setiap sekon sebanyak 10 kali. Hal ini dilakukan untuk

mendapatkan data yang akurat dari variasi data yang ada hingga hasil

pengukuran akan memiliki pendekatan yang baik terhadap nilai yang

sesungguhnya.

Namun dengan kecepatan angin yang sama, walaupun diukur setiap

sekon sebanyak 10 kali, tidak tercatat perubahan tegangan hotwire yang

signifikan. Tercatat beberapa fluktuasi, tetapi tidak terlalu jauh dari nilai

tegangan rata-rata. Dapat disimpulkan, bahwa waktu tidak berpengaruh

terhadap tegangan hotwire bila kecepatan angin sama. Tetapi jika melihat data

pengamatan serta membuat hubungan antara tegangan dan kecepatan angin,

maka dapat ditarik kesimpulan bahwa perubahan kecepatan angin akan

berpengaruh signifikan terhadap tegangan hotwire.

b) Analisis Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan disipasi hotwire ini, adalah:

1. Kawat Pijar

Digunakan untuk objek pengamatan untuk mengetahui pengaruh

tegangan dan kecepatan angin

2. Fan

Digunakan sebagai penghembus angin yang bervariasi pada saat

percobaan

3. Voltmeter dan Ampermeter


14/16

Digunakan untuk mengukur besar tegangan dan arus yang terdapat pada

sistem saat percobaan.

4. Adjustable power supply

Digunakan untuk mengaktifkan alat percobaan (sumber tegangan sistem)

6. Camcorder

Digunakan untuk mengawasi perubahan suhu yang terjadi saat konversi

tegangan ke temperatur berlangsung.

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Digunakan sebagai media percobaan.

c) Analisis Hasil dan Pengolahan Data

Dengan data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan diatas,

praktikan menggunakan metode least squre untuk mengolah data yang

bervariasi dan mencari persamaan garis lurus untuk dapat membuat grafik

hubungan antara kecepatan angin dan tegangan. Dari perhitungan didapatkan

persamaan garis lurus yaitu:

y = mx +b

y = -1073,4x + 2495,2

Dari hasil percobaan yang didapat, hotwire memiliki keterbatasan. Kawat

hotwire tidak dapat mengukur dengan kecepatan angin yang tinggi. Pada saat

fan belum dinyalakan (kecepatan angin = 0 m/s), tegangan hotwire memiliki rata-

rata 2,112 volt. Penambahan kecepatan angin berbanding terbalik dengan

tegangan hotwire. Dengan adanya hembusan angin pada kawat pijar akan

menyebabkan terjadinya perubahan resistansi pada kawat di mana perubahan

tersebut berbanding lurus dengan kecepatan udara yang mengalir maka

tegangan yang terjadi pada sistem semakin kecil dan arus semakin besar.

Sehingga semakin besar kecepatan angin, maka semakin kecil tegangan hotwire,

yang sebenarnya tidak terlalu signifikan apabila tidak diukur dengan peralatan


15/16

digital atau bila diukur manual, karena nilai tegangan kawat berkisar 2 volt dan

hanya berbeda ketelitian 3 angka di belakang koma.

d) Analisis Kesalahan

Dalam percobaan yang dilakukan oleh praktikan terdapat kesalahan yang

secara sengaja ataupun secara tidak sengaja terjadi baik dilakukan oleh

praktikan. Kesalahan yang pertama terdapat dalam faktor pengambilan data.

Dalam proses pengambilan data,secara otomatis data disajikan oleh rlab, namun

kondisi sistem percobaan pada rlab bergantung pada koneksi internet yang baik,

jika tidak pengamatan yang dilakukan oleh praktikan akan berjalan tidak sesuai

sehingga mempengaruhi hasil dari percobaan. Kesalahan lainnya terdapat pada

proses pengolahan data. Dalam proses pengolahan data, praktikan melakukan

pembulatan pada perhitungan angka yang menghasilkan desimal yang banyak.

Sehingga dengan pembulatan tersebut terdapat perbedaan hasil angka

perhitungan dengan nilai yang sebenarnya. Pembulatan angka dilakukan pada

saat perhitungan data terutama pada peritungan least square. Kesalahan lainnya

mungkin dapat disebabkan kurangnya ketelitian praktikan dalam menghitung

pengolahan data secara tidak sengaja. Sehingga nilai yang seharusnya didapatkan

berbeda dengan apa yang praktikan telah hitung. Kesalahan juga dapat terjadi

karena praktikkan yang kurang memahami praktikum ataupun teori dasarnya

yang mempengaruhi hasil percobaan.

e) Analisis Grafik

Data yang didapatkan oleh praktikkan bervariasi yang disebabkan oleh

variasi kecepatan angin yan mempengaruhi tegangan yang bervariasi pula. Grafik

gabungan yang dihasilkan dari data pengamatan hampir membentuk garis lurus

pada masing-masing kecepatan anginnya.

Grafik lainnya yang menunjukkan hubungan antara kecepatan angin dan

tegangan, gradien grafik didapatkan melalui persamaan garis lurus yang

didapatkan dengan rumus least square. Pada grafik sumbu x menunjukkan

kecepatan angin yang bervariasi karena kecepatan angin adalah variabel bebas

yang mempengaruhi tegangan yang dihasilkan oleh kawat hotwire. Dan pada

sumbu y menunjukkan variabel terikat yaitu tegangan yang dihasilkan dari proses

pengamatan. Grafik yang menunjukkan hubungan antara kecepatan angin dan

tegangan memiliki gradien negatif (-) dan juga berbelok-belok. Hal ini

memperlihatkan hubungan antara kecepatan angin dan tegangan adalah

kecepatan angin berbanding terbalik dengan tegangan yang dihasilkan.


16/16

VII. Kesimpulan

1. Kecepatan angin mempengaruhi nilai resistansi kawat hotwire sehingga

mempengaruhi tegangan kawat hotwire2. Bila kecepatan angin tidak konstan maka kecepatan angin berbanding

tebalik dengan tegangan pada kawat hotwire

3. Hotwire anemometer adalah salah satu sensor yang dapat digunakan

dalam pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satunya adalah aliran

angin

4. Persamaan kecepatan aliran angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

adalah y=-1073,4x + 2495,2 dengan y adalah tegangan hotwire sedangkan

x adalah kecepatan aliran angin.

VIII. Referensi

1. http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory.html

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

Hall, NJ, 2000.

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

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

4. Modul Praktikum, (2002), Fisika Dasar I, Laboratorium Fisika Dasar,

Departemen Fisika ITB Bandung

laporan r-lab disipasi hot wire denia apriliani r.pdf

Documents