Download - Laporan Praktikum Disipasi Kalor
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
1/16
LAPORAN PRAKTIKUM
Nama / NPM : Setia Bakti / 1106004292
Fakultas / Program Studi : Teknik / Teknologi Bioproses
Grup : B 11
No. dan Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire
Minggu Percobaan : Pekan 2
Tanggal Percobaan : 6 Maret 2012
Nama Asisten :
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
2/16
Disipasi Kalor Hot Wire
I. TujuanMenggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Prinsip Dasar PercobaanSingle 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 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
Gambar 1. Hot Wire
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
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
3/16
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).
Gambar 2. Disipasi Kalor Hot Wire
Gambar 3. Ilustrasi pemodelan Disipasi Kalor Hot Wire
Hot wire probe harus dikalibrasi untuk menentukan persamaan yang menyatakan
hubungan antara tegangan kawat (wire voltage, E) dengan kecepatan referensi
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
4/16
(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.
III. Peralatan1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampmeter4. Adjustable power supply5. Camcorder6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
IV. Prosedur Percobaaan1. Mengaktifkan Web cam. (meng-klik icon video pada halaman web r-Lab)2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan
drop down pada icon aturkecepatan aliran.
3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada iconmenghidupkan power supply kipas.
4. Mengukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklikicon ukur.
5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230cm/s.
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
5/16
V. Data Percobaan1. Kecepatan Aliran Udara 0 cms-1
Waktu(sec)
Kecepatan Angin(cms
-1)
V-HW(volt)
I-HW(ampere)
1 0 2.113 54.2
2 0 2.113 54.0
3 0 2.113 53.9
4 0 2.113 53.9
5 0 2.113 53.9
6 0 2.113 53.9
7 0 2.113 53.9
8 0 2.113 53.99 0 2.113 53.9
10 0 2.113 54.0
2. Kecepatan Aliran Udara 70 cms-1Waktu
(sec)
Kecepatan Angin
(cms-1
)
V-HW
(volt)
I-HW
(ampere)
1 70 2.080 54.1
2 70 2.081 54.2
3 70 2.079 54.2
4 70 2.079 54.3
5 70 2.079 54.3
6 70 2.080 54.4
7 70 2.079 54.4
8 70 2.079 54.4
9 70 2.079 54.5
10 70 2.080 54.5
3. Kecepatan Aliran Udara 110 cms-1Waktu
(sec)
Kecepatan Angin
(cms-1
)
V-HW
(volt)
I-HW
(ampere)
1 110 2.063 54.8
2 110 2.064 54.6
3 110 2.064 54.6
4 110 2.063 54.5
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
6/16
5 110 2.064 54.4
6 110 2.064 54.3
7 110 2.064 54.2
8 110 2.063 54.2
9 110 2.062 54.2
10 110 2.064 54.1
4. Kecepatan Aliran Udara 150 cms-1Waktu
(sec)
Kecepatan Angin
(cms-1
)
V-HW
(volt)
I-HW
(ampere)
1 150 2.056 56.4
2 150 2.056 56.03 150 2.056 55.6
4 150 2.056 55.4
5 150 2.056 55.2
6 150 2.056 55.0
7 150 2.056 54.7
8 150 2.056 54.5
9 150 2.056 54.3
10 150 2.055 54.2
5. Kecepatan Aliran Udara 190 cms-1Waktu(sec)
Kecepatan Angin(cms
-1)
V-HW(volt)
I-HW(ampere)
1 190 2.052 54.4
2 190 2.052 54.8
3 190 2.052 55.4
4 190 2.051 55.9
5 190 2.052 56.2
6 190 2.052 56.3
7 190 2.052 55.9
8 190 2.052 55.5
9 190 2.052 55.1
10 190 2.052 54.6
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
7/16
6. Kecepatan Aliran Udara 230 cms-1Waktu
(sec)
Kecepatan Angin
(cms-1
)
V-HW
(volt)
I-HW
(ampere)
1 230 2.049 55.5
2 230 2.049 55.2
3 230 2.050 55.0
4 230 2.049 54.7
5 230 2.049 54.6
6 230 2.049 54.5
7 230 2.049 54.4
8 230 2.049 54.3
9 230 2.049 54.3
10 230 2.049 54.3
VI.Pengolahan Data Grafik Hubungan antara Tegangan dengan Waktu:
1. Kecepatan Aliran Udara 0 cms-1
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
8/16
2. Kecepatan Aliran Udara 70 cms-1
3. Kecepatan Aliran Udara 110 cms-1
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
9/16
4. Kecepatan Aliran Udara 150 ms-1
5. Kecepatan Aliran Udara 190 cms-1
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
10/16
6. Kecepatan Aliran Udara 230 cms-1
Rata-Rata Tegangan pada Berbagai Tingkat Kecepatan Angin:Tegangan
X1(v = 0 cm/s)
Tegangan
X2(v = 70 cm/s)
Tegangan
X3(v = 110 cm/s)
Tegangan
X4(v = 150 cm/s)
Tegangan
X5(v= 190 cm/s)
Tegangan
X6(v = 230 cm/s)
2.113 2.08 2.063 2.056 2.052 2.049
2.113 2.081 2.064 2.056 2.052 2.049
2.113 2.079 2.064 2.056 2.052 2.05
2.113 2.079 2.063 2.056 2.051 2.049
2.113 2.079 2.064 2.056 2.052 2.049
2.113 2.08 2.064 2.056 2.052 2.049
2.113 2.079 2.064 2.056 2.052 2.049
2.113 2.079 2.063 2.056 2.052 2.049
2.113 2.079 2.062 2.056 2.052 2.0492.113 2.08 2.064 2.055 2.052 2.049
= 21.13 = 20.795 = 20.635 = 20.559 = 20.519 = 20.491
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
11/16
Hubungan Tegangan dengan Kecepatan Angin:Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire:
Xi = Kecepatan Angin (cm/s) Yi = Rata-Rata Tegangan (volt)
= - 0.00027
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
12/16
Sehingga persamaannya:
y = - 0.00027 x + 2.10
Grafik:
VII. AnalisaA. Analisa PercobaanPercobaan Disipasi Kalor Hot-wire merupakan percobaan mengenai kemampuan
suatu kawat tipis yang dapat digunakan sebagai sensor yang memberikan informasi
tentang kecepatan aliran angin. Kawat ini dihubungkan dengan suatu tegangan sehingga
tercipta aliran arus listrik. Energi listrik yang mengalir kemudian didisipasi oleh kawat
yang selanjutnya diubah menjadi energi kalor. Besarnya energui yang terdisipasi akan
sebanding dengan besarnya tegangan, arus yang mengalir, serta lamanya waktu.
Aliran udara yang mengalir pada alat percobaan membuat resistensi kawat
berubah, sehingga berdampak pada perubahan arus yang mengalir. Hal ini dapat dilihat
dari data yang dihasilkan pada percobaan:
Pada saat kecepatan aliran udara nol (0), kawat tidak terkena aliran udara sehingga
tidak merubah resistensinya dan arus yang mengalir akan tetap. Walau demikian, fakta
yang ada menunjukan bahwa arus yang mengalir sedikit mengalami perubahan,
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
13/16
meskipun dalam rentang yang sangat kecil. Sedangakan tegangan tidak mengalami
perubahan.
Pada saat aliran udara muli dinakkan menjadi 70 cm/s, tegangan serta arus listrikyang terdapat pada hot-wire atau kawat mengalami perbahan. Berdasarkan data yang
didapatkan, tegangan mengalami penurunan sekitar 0.05 volt lebih rendah dari
sebelumnya, sedangkan arus listrik mengalami peningkatan sekitar 0.1 0.6 ampere
lebih tinggi dari sebelumnya.
Seiring dengan meningkatnya kecepatan angin, arus listrik yang terdeteksi juga
mengalami kenaikkan, sedangkan tegangan terus mengalami penurunan. Namun
demikian, perubahan tegangan cenderung lebih stabil dibandingkan perubahan arus
listrik yang lebih berfluktuatif. Ini dapat dilihat dari data yang diperolah. Perubahan arus
listrik lebih sering terjadi, tidak hanya yang berhubungan dengan perubahan kecepatan
angin, tetapi juga terjadi pada kecepatan yang sama sekali pun.
B. Analisa HasilSetelah dilakukan pengolahan data beserta grafiknya, didapatkan hasil berikut:
Pada kecepatan angin 0 cm/s, kawat tidak terkena aliran angin sehingga tidak
mengalami perubahan resistensi. Hasil pada grafik pun menunjukkan sebuah garis lurus
yang berarti pada kecepatan 0 cm/s, baik tegangan atau pun arus tidak mengalami
perubahan. Jika pun ada, perubahannya pun terbilang sangat kecil, sehingga bisa
diabaikan.
Pada kecepatan angin 70 cm/s, perubahan tegangan serta arus listrik mulai terlihat.
Jika melihat perubahannya pada grafik Hubungan Tegangan dengan Waktu, kita t idak
dapat menyimpulkan bahwa semakin bertambahnya waktu, tegangan terus mengalami
penurunan. Ini dikarenakan pada detik-detik tertentu, tegangan sempat mengalami
peningkatan, walau secara kasar grafik menunjukkan bahwa tegangan mengalami
penurusan. Pada kecepatan angin ini, tegangan bersifat cukup fluktuatif, bahkan
dibanding kecepatan-kecepatan lain. Hanya saja, perubahannya terbilang cukup kecil.
Jika grafik diganti dengan skala yang lebih besar (lebih jkurang mendetail seperti yang
tercantum di atas), maka hasil grafik tidak akan berbeda jauh dibanding pada saat
kecepatan 0 cm/s.
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
14/16
Pada saat kecepatan 110 cm/s, hasil yang ditunjukan tidak berbeda jauh dari
sebelumya. Secara rata-rata, tegangan juga mengalami penurunan sedangan arus listrik
mengalami peningkatan. Berdasarkan grafik Hubungan Tegangan dengan Waktu
pada saat kecepatan 110 cm/s, hasil secara kasar menunjkkan bahwa tegangan
cenderung mengalami peningkatan. Kondisi ini agak sedikit berbalik dibanding pada
saat kecepatan 70 cm/s yang lebih cenderung menurun. Tetapi lagi, perubahaan yang
tercipta tiap waktunya tidak terlau jauh dan besarnya terilang cukup kecil.
Pada saat kecepatan 150 cm/s serta 190 cm/s, secara rata-rata tegangan juga
mengalami penurunan dan arus mengalami peningkatan. Namun, jika diperhatikan lebih
detail (hasil grafik), perubahaan tiap waktunya bisa dikatakan tidak ada. Dari 10 detik
waktu yang diukur, hanya pada beberapa detik tertentu saja tegangan mengalami
perubahan. Secara garis besar, tegangan cenderung stabil pada saat kecepatan tersebut.
Perubahan waktu tidak terlalu mempengaruhi hasil, dalam hal ini tegangan.
Pada saat kecepatan 230 cm/s, kondisi yang timbul secara garis besar sama seperti
kondisi di kedua kecepatan sebelumnya. Grafik memperlihatkan bahwa perubahan
waktu tidak terlalu mempengaruhi tegangan. Tegangan yang dihasilkan cenderung
stabil. Perbedaannya adalah pada kecepatan ini, di detik tertentu tegangan mengalami
peningkatan. Namun berbeda dengan kondisi pada saat kecepatan 150 atau 190 cm/s, di
mana pada detik tertentu tegangan mengalami penurunan.
Selanjutnya, data-data yang diperoleh pada tingkat kecepatan angin yang sama
dihitung rata-ratanya. Setelah perhitungan, didapatkan hasil:
Rata-rata tegangan pada kecepatan 0 cm/s adalah 2.113 volt.
Rata-rata tegangan pada kecepatan 70 cm/s adalah 2.080 volt.
Rata-rata tegangan pada kecepatan 110 cm/s adalah 2.064 volt.
Rata-rata tegangan pada kecepatan 150 cm/s adalah 2.060 volt.
Rata-rata tegangan pada kecepatan 190 cm/s adalah 2.052 volt.
Rata-rata tegangan pada kecepatan 230 cm/s adalah 2.049 volt.
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
15/16
Hasil rata-rata ini kemudian digunakan untuk mencari hubungan antara tegangan
dengan kecepatan, baik dari segi grafik maupun persamaan.
C.
Analisa Grafik
Grafik hubungan antara tegangan dengan kecepatan aliran angin, menunjukan
bahwa semakin cepat aliran angin, tegangan yang muncul akan semakin kecil.
Berdasarkan persamaan, bahwa tegangan berbanding terbalik dengan arus listrik. Pada
saat hot-wire dialiri listrik, resistensi kawat akan meningkat, sehingga arus listrik yang
mengalir pun akan mengalami perubahan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa seiring
bertmbahnya kecepatan angin, arus yang mengalir akan semakin besar. Jika arus
berbanding terbalik dengan tegangan, maka tegangan akan mengalami penurunanseiring dengan bertambahnya kecepatan angin. Dan sekali lagi, data percobaan
menunjukkan bahwa tegangan memang mengalami penurunan. Hasil grafik juga
memperlihatkan bahwa semakin tinggi kecepatan, tegangan yang ada di hot-wire akan
mengalami penurunan.
Dari data-data yang sudah diperhitungkan pada pengolahan data, kita dapat
mendapatkan suatu persamaan fungsi antara tegangan dengan kecepatan. Dan
persamaan itu, yakni:
y = - 0.00027 x + 2.10
Secara ideal, grafik yang seharusnya ada harus sama atau paling tidak mendekati bentuk
grafik (garis) dari persamaan ini.
VIII. Kesimpulan Kawat hot-wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan aliran angin. Semakin tinggi kecepatan aliran udara, maka tegangan akan semakin kecil dan
arus listrik semakin besar.
-
8/2/2019 Laporan Praktikum Disipasi Kalor
16/16
IX. ReferensiGiancoli, 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.