Laporan Praktikum R-Lab

KR-01 Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Syahrul Ramdani

NPM : 1406530905

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Elektro

Nomor Percobaan : KR-01

Tanggal Percobaan : Jumat. 20 Maret 2015

Laporan Fisika Dasar

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP IPD)

Universitas Indonesia

Depok

1

KR-02 Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat

1. Kawat Pijar (Hot Wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Amperemeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Dalam fisika, disipasi mewujudkan konsep sistem dinamis di mana modusmekanis

yang penting, seperti gelombang atau osilasi, kehilangan energi selamawaktu, biasanya

karena tindakan gesekan atau turbulensi. Energi yang hilang diubahmenjadi panas,

menaikkan temperatur dari sistem. Sistem seperti ini disebut sistem disipasi.

Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran telahmemungkinkan

berbagai pengukuran aliran fluida dilakukan dengan berbagai sensor yang memberikan

hasil-hasil pengukuran yang akurat. Untuk pengukuran berbagaialiran turbulen, salah satu

jenis sensor yang banyak digunakan adalah hotwireanemometer.

Single 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.:

2

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

𝑹𝒂

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.

3

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. Cara Kerja

1. Mengaktifkan Web cam dengan cara meng”klik” icon video yang terdapat 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 pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas”

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

“ukur”.

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

Gambar Prosedur Percobaan Calori Work

4

V. DATA HASIL PERCOBAAN

Tabel Data Percobaan

1. Kecepatan angin 0 m/s

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 0 2,112 54

2 0 2,112 54,2

3 0 2,112 54,3

4 0 2,112 54,4

5 0 2,112 54,5

6 0 2,112 54,4

7 0 2,112 54,2

8 0 2,112 54,1

9 0 2,112 54

10 0 2,112 53,9

2. Kecepatan angin 70 m/s

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 70 2,066 55

2 70 2,068 55,1

3 70 2,066 55,3

4 70 2,065 55,3

5 70 2,066 55,1

6 70 2,066 54,9

7 70 2,067 54,7

8 70 2,065 54,5

9 70 2,067 54,3

10 70 2,067 54,3

5

3. Kecepatan angin 110 m/s

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 110 2,049 55,5

2 110 2,049 55,6

3 110 2,049 55,5

4 110 2,05 55,3

5 110 2,049 55,1

6 110 2,049 54,7

7 110 2,049 54,6

8 110 2,048 54,5

9 110 2,048 54,5

10 110 2,049 54,6

4. Kecepatan angin 150 m/s

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 150 2,041 54,6

2 150 2,041 54,7

3 150 2,041 54,9

4 150 2,042 55,1

5 150 2,041 55,5

6 150 2,041 55,7

7 150 2,041 55,7

8 150 2,041 55,9

9 150 2,041 55,6

10 150 2,042 55,3

6

5. Kecepatan angin 190 m/s

6. Kecepatan angin 230 m/s

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 230 2,034 55,9

2 230 2,033 55,9

3 230 2,034 56

4 230 2,034 55,9

5 230 2,033 55,7

6 230 2,033 55,5

7 230 2,033 55,2

8 230 2,033 55

9 230 2,034 54,8

10 230 2,034 54,8

Waktu

(s)

Kec Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 190 2,037 55,9

2 190 2,036 55,5

3 190 2,036 55,2

4 190 2,036 54,9

5 190 2,036 54,7

6 190 2,036 54,6

7 190 2,036 54,7

8 190 2,036 55

9 190 2,035 55,3

10 190 2,036 55,6

7

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 0 m/s

2,0645

2,065

2,0655

2,066

2,0665

2,067

2,0675

2,068

2,0685

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 70 m/s

VI. PENGOLAHAN DATA

Grafik tegangan terhadap waktu

1. Kecepatan 0 m/s

2. Kecepatan 70 m/s

8

2,0475

2,048

2,0485

2,049

2,0495

2,05

2,0505

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 110 m/s

2,0408

2,041

2,0412

2,0414

2,0416

2,0418

2,042

2,0422

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 150 m/s

3. Kecepatan 110 m.s

4. Kecepatan 150 m/s

9

2,0345

2,035

2,0355

2,036

2,0365

2,037

2,0375

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 190 m/s

2,0328

2,033

2,0332

2,0334

2,0336

2,0338

2,034

2,0342

0 2 4 6 8 10 12

Kecepatan 230

5. Kecepatan 190 m/s

6. Kecepatan 230 m/s

10

2,02

2,03

2,04

2,05

2,06

2,07

2,08

2,09

2,1

2,11

2,12

0 50 100 150 200 250

Grafik V rata-rata dengan Kecepatan angin

Grafik Rata – rata tegangan terhadap kecepatan angin

persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

No Xi Yi Xi^2 Yi^2 Xi Yi

1 0 2,112 0 4,460544 0

2 70 2,0663 4900 4,26959569 144,641

3 110 2,0489 12100 4,19799121 225,379

4 150 2,0412 22500 4,16649744 306,18

5 190 2,036 36100 4,145296 386,84

6 230 2,0335 52900 4,13512225 467,705

Σ 750 12,3379 128500 25,3750466 1530,745

X = kecepatan angin

Y = Tegangan Rata-rata

No kecepatan angin

(m/s)

V rata -

rata

1 0 2,112

2 70 2,0663

3 110 2,0489

4 150 2,0412

5 190 2,036

6 230 2,0335

11

𝒎 = 𝑵.∑ 𝒙𝒚−(∑ 𝒙)(∑ 𝒚)

𝑵.(∑ 𝒙𝟐)−(∑ 𝒙)𝟐

m = - 0,00033

𝒃 =𝛴𝑥𝑖

2𝛴𝑦𝑖 –(𝛴𝑥𝑖)(𝛴𝑥𝑖𝑦𝑖 )

𝑛𝛴𝑥𝑖2− (𝛴𝑥𝑖)2

b = 2,0977

Sehingga y = mx + b

Y = -0,00033 x + 2,0977

Dengan persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa kawat hotwire dapat digunakan

untuk mengukur kecepatan udara atau angina. Serta dapat disimpulkan bahwa tingginya

tegangan yang dihasilkan dipengaruhi oleh semakin kecilnya kecepatan udarayang

mengalir, begitu pula sebaliknya. Semakin besarnya kecepatan udara yang mengalir,

maka semakin rendah tegangan yang tercatat.

12

VII. ANALISIS

A. Analisa Percobaan

Percobaan disipasi kalor hot wire ini, dilakukan dengan menggunakan media

personal computer yang terhubung dengan internet. Pada percobaan ini praktikan

membuktikan apakah hot wire dapat mengukur kecepatan udara. Cara

membuktikannya adalah dengan menggunakan hot wire , menentukan berapa voltase

yang akan dihasilkan dari kecepatan angin yang diberikan.

Prinsip kerja hot wire ialah kawat panas yang ada pada hot wire adalah sumber

panas dan sensor temperature. Kawat tersebut terletak pada tabung yang telah terisi

oleh fluida, yang dalam hal ini ialah angina, yang akan diukur konduktivitas termalnya.

Kawat yang berada dalam tabung itu akan di aliri arus listrik untuk memanaskan fluida.

Sehingga didapat semakin besar konduktivitas termal dari fluida maka semakin kecil

arus listriknya

B. Analisa Grafik

Dari percobaan ini, praktikan membuat 2 macam grafik yaitu tegangan terhadap

waktu masing-masing kecepatan aliran udara dan grafik tegangan rata-rata yang

dihasilkan terhadap kecepatan angin.

Berdasarkan grafik antara tegangan dengan waktu yang sudah didapatkan, bahwa

percobaan yang dilakukan sebanyak 10 detik , terilihat bahwa hasil tegangannya relatif

sama. Walaupun pada kecepatangan angina 0 m/s tidak terjadi perubahan tegangan,

namun tetap nilai dari perubahan tegangan secara keseluruhan tidak terlalu besar dan

signifikan.

Untuk grafik hubungan antara kecepatan aliran angin dengan rata-rata tegangan

dapat terlihat bahwa grafik menurun ke kanan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan

bahwa semakin besar nilai kecepatan aliran angin yang diberikan maka akan semakin

kecil tegangan yang dihasilkan. Hal tersebut mengindikasikan bahwa aliran angin akan

mengurangi jumlah panas yang diterima oleh kawat (hotwire) yang hanya akan berefek

jika oleh panas

13

C. Analisis Kesalahan

Dalam praktikum Remote Laboratory yang telah dilakukan, terdapat kesalahan

yang mungkin saja dilakukan, yaitu video yang tidak dapat dibuka akibat program

aplikasi java tidak berfungsi, dan juga kesalahan penghitungan oleh praktikan juga

dapat membuat data kurang akurat.

VII. Kesimpulan

Dari percobaan yang telah praktikan lakukan, kami bisa menyimpulkan bahwa :

1. Hot Wire Single Probe dapat digunakan sebagai sensor dalam pengukuran kecepatan angin.

2. Semakin besar nilai kecepatan aliran angin, maka tegangan yang dihasilkan akan semakin

kecil

VIII. REFERENSI

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.

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

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

3. Sitrampil.ui.ac.id