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


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


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


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.


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


(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


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


(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


7/16


(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


8/16




9/16

4. Kecepatan Aliran Udara 150 ms-1



10/16


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


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


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,


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.


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.







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.


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.

laporan praktikum disipasi kalor

Documents