laporan rlab paiyan pandiangan

8/20/2019 Laporan Rlab Paiyan Pandiangan

1/14

LAPORAN R-LABDisipasi Kalor Hot Wire

Nama : Paiyan Pandiangan

NPM :1506723313

Fakultas : MIPA

Departemen

Jurusan

: Geosains

: Geologi

Kode Praktikum : KR 01

Tanggal Praktikum : 27 Oktober 2015

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-

IPD)

Universitas Indonesia Depok


2/14

DISIPASI KALOR HOT WIRE

KR01

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan

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

III.1 Teori Tambahan

Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran telah

memungkinkan berbagai pengukuran aliran fluida dilakukan dengan berbagai sensor

yang memberikan hasil-hasil yang dapat dikatakan cukup akurat. Untuk pengukuran

berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor yang banyak digunakan adalah hotwire

anemometer. Sebelum dapat digunakan, hotwire jenis ini harus terlebih dahulu dikalibrasi

yang menyatakan suatu hubungan antara tegangan kawat dengan kecepatan angin. Jika

persamaan ini telah diperoleh, maka setiap informasi mengenai kecepatan dalam

percobaan i ni dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan tersebut.Ada beberapa persamaan yang dapat digunakan dalam melakukan kalibrasi,

antara lain simple power-law dan extended power-law. Setiap persamaan tersebut

memiliki keakuratan yang dihubungkan dengan grafik pada setiap percobaan.

Keakurasian persamaan respon kalibrasi tersebut ditentukan oleh nilai optimum konstanta


3/14

pangkat yang dipilih untuk menghasilkan sebuah kurva yang baik. Banyak peneliti

memiliki anggapan yang berbeda mengenai nilai maksimum ini.

Ada yang berpendapat bahwa extended power-law memiliki nilai yang lebih

akurat dibandingkan dengan simple power-law. Namun, ada juga pendapat beberapa

peneliti yang berpendapat sebaliknya. Mempertimbangkan permasalahan pemilihan

persamaan respon kalibrasi untuk rentang kecepatan keluar yang berbeda-beda, maka

pemilihan persamaan akurasi dapat menguunakan metode look table.

III.1.1 Single Normal Hot Wire Probe

Single normal probe adalah suatu tipe hotwire probe yang paling umum

digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah

aksial saja. Probe jenis ini terdiri dari sebuah kawat logam pendek yang halus yang

disatukan pada dua prong nikel atau baja yang dipanasi dengan arus listrik dan bekerja

berdasarkan prinsip perpindahan panas konveksi. Jumlah perpindahan panas yang

diterima oleh probe dinyatakan dengan overheat ratio yang dirumuskan sebagai:

Ra

Rw ratioheatover

Dimana Rw adalah resistansi kawat pada temperatur pengoprasian dan Ra adalah

resistansi dingin pada temperatur ambient. Dari hambatan yang ada, maka akan berkaitan

dengan hubungan energi listrik. Persamaan ini dituliskan sebagai:

t VI w

Dimana w adalah energi listrik, V adalah tegangan listrik, I adalah arus listrik yang

mengalir pada rangkaian, dan t adalah waktu. Bila probe dihembuskan udara maka

akan merubah nilai resistansi kawat sehingga merubah besarnya arus listrik yang

mengalir. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan maka perubahan nilai

resistansi juga semakin besar dan arus listrik juga berubah.

III.1.2. Sistem Hotwire Anemometer dan Spesifikasi Single Normal Hot Wire Probe

Sistem hot wire anemometer memiliki spesifikasi khusus seperti menggunakan

single normal hotwire probe. DISA 55M01 main unit, 55M11 CTA booster adapter, dan

55M05 power pack. Probe yang digunakan dioperasikan dalam suatu mode temperatur

konstan untuk menyediakan respon frekuensi yang lebih tinggi. Dalam mode temperatur


4/14

konstan, resistansi kawat, Rw dipertahankan konstan ntuk memfasilitasi respon

instantaneous dari inersia termal sensor terhadap berbagai perubahan dalam kondisi

aliran.

Gambar 1 Single Normal Hot Wire Sensor

III.1.3 Persamaan Respon Kalibrasi

III.1.3.1 Persamaan Simple Power Law

Persamaan ini dirumuskan sebagai:

n BU A E

2

Dimana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E adalah tegangan kawat, yang

dapat juga dituliskan sebagai V, n merupakan konstanta pangkat, dan U merupakan

komponen kecepatan aksial.

III.1.3.2 Persamaan Extended Power Law

Persamaan ini dirumuskan sebagai:

CU BU A E n

2

Dimana A,B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n=0,5.


5/14

III.2 Teori Percobaan

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.

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.


6/14

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

Eksperimen ini dilakukan dalam media Rlab. Setelah masuk di halaman Rlab, prosedur yang

dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Mengaktifkan WebCam (meng-klik icon video 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 penggerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan” power supply kipas.

4. Mengukur tegangan dan drus 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.


7/14

V. Hasil dan Evaluasi

A. Grafik data ( waktu dengan tegangan hotwire )

Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 0 m/s

Column1 Column2 Column3 Column4

Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 0 2.111 54.3

2 0 2.111 54.0

3 0 2.111 53.9

4 0 2.111 54.1

5 0 2.111 54.4

6 0 2.111 54.3

7 0 2.111 54.0

8 0 2.111 53.9

9 0 2.111 54.1

10 0 2.111 54.4




1 70 2.111 54.3

2 70 2.111 54.0

3 70 2.111 53.9

4 70 2.111 54.2

5 70 2.111 54.4

6 70 2.111 54.1

7 70 2.111 53.9

8 70 2.111 54.1

9 70 2.111 54.4

10 70 2.111 54.2




1 110 2.111 53.9

2 110 2.111 54.0

3 110 2.111 54.3

4 110 2.111 54.2

5 110 2.111 53.9

6 110 2.111 54.0

7 110 2.112 54.3

8 110 2.111 54.3


8/14

9 110 2.111 53.9

10 110 2.111 54.0




1 150 2.112 54.4

2 150 2.112 54.2

3 150 2.112 53.9

4 150 2.112 54.0

5 150 2.112 54.4

6 150 2.112 54.2

7 150 2.112 53.9

8 150 2.112 54.0

9 150 2.112 54.4

10 150 2.112 54.1



1 190 2.112 54.0

2 190 2.112 54.3

3 190 2.112 54.3

4 190 2.112 53.9

5 190 2.112 54.0

6 190 2.112 54.4

7 190 2.112 54.2

8 190 2.112 53.9

9 190 2.112 54.0

10 190 2.112 54.4



1 230 2.112 54.0

2 230 2.112 53.9

3 230 2.112 54.2

4 230 2.112 54.3

5 230 2.112 53.9

6 230 2.112 54.0

7 230 2.112 54.4

8 230 2.112 54.1

9 230 2.112 53.9

10 230 2.112 54.2


9/14

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t e g a n g a

n

waktu

Grafik 1

V-HW

0

0.5

1

1.5

22.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t e g a n g a n

waktu

Grafik 2

V-HW

2.1105

2.111

2.1115

2.112

2.1125

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t e g a n g a n

( V )

waktu

grafik 3

V-HW


10/14

B. Grafik data ( kecepatan angin dan tegangan hotwire )

kec angin rata-rata tegangan

0 2.111

70 2.111110 2.111

150 2.112

190 2.112

230 2.112

2.1105

2.111

2.1115

2.112

2.1125

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t e g a n g a n

( V )

waktu

grafik 4

rata-rata tegangan

2.11052.111

2.1115

2.112

2.1125

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t e g a

n g a n

( V )

waktu

grafik 5

rata-rata tegangan

2.1105

2.111

2.1115

2.112

2.1125

0 70 110 150 190 230

rata-rata tegangan

rata-rata tegangan


11/14

C. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

Kec angin tegangan X2 Y2 XY

0 2.111 0 4.456321 0

70 2.111 4900 4.456321 147.77

110 2.111 12100 4.456321 232.21

150 2.112 22500 4.460544 316.8

190 2.112 36100 4.460544 401.28

230 2.112 52900 4.460544 485.76

Σ= 750 12.669 128500 26.750595 1583.82

b = NΣXiYi −ΣXiΣYi

N

ΣXi2

−2

b = 61583.82−750(12.669)

6128500 −562500 b = 0.000005611511

= ΣXi2ΣYi−ΣXiΣ(XiYi )NΣXi2−2 = 128500 12.669− 750(1583.82)6128500−562500

= 2.11079856 ∆2 = 1N−2 [ΣY2 − ΣXi 2(ΣYi)2−2 ΣXiΣYiΣXiYi + NΣ(XiYi)2NΣXi2− 2 ]∆2 = 1

4 [26.750595 – 128500

160.503561 − 75012.6691583.82+6(2508485 .79)6128500−562500 ∆ = 4.24787456

∆ = ∆ NΣXi2 − 2

∆ = 4.24787456 6208500 ∆ = 0.02278737


12/14

Pada perhitungan tersebut, nilai b adalah nilai m atau gradien sementara nilai a

adalah nilai faktor penambah. Maka persamaan least square dari perhitungantersebut adalah

Y = bx + aY = = 0.000005611511x + 2.11079856

VI. Analisis

Pada percobaan kali ini, terdapat 6 kali percobaan mengukur tegangan

dengan diberikannya enam kecepatan aliran angin yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s,

150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Data untuk percobaan ini dilakukan sebanyak 10kali setiap satu kecepatan aliran angin. Dalam 10 kali pengambilan data , kegiatantersebut bertujuan untuk menggambarkan tegangan yang dihasilkan tiap detiknya.

Setelah melakukan percobaan ini, dari keenam data dapat disimpulkan bahwakecepatan aliran angin terbukti memengaruhi tegangan yang dihasilkan. Hal ini

terlihat pada perhitungan tabel, grafik, maupun least square dimana semakin tinggialiran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan yang dihasilkan.

Hal ini membuktikan bahwa kawat hot wire ternyata cocok untuk mengukur panastegangan dan kecepatan aliran angin.

Analisa Grafik

Grafik Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu

Melalui grafik ini dapat kita lihat bahwa terdapat variasi data dalam pengukuranini. Untuk beberapa kecepatan aliran angin tertentu, selama rentang waktu 10 detik

percobaan tegangannya stabil. Namun, untuk kecepatan aliran angin yang lainnya,terdapat tegangan yang konstan naik, konstan turun, dan juga fluktuatif. Namun

naik dan turunnya angka tegangan tidak terlalu jauh dan masih berada dalam rangetegangan yang pertama kali. Hal ini menyatakan bahwa untuk meningkatkan atau

menurunkan suatu tegangan maka dibutuhkan waktu yang lebih lama dari 10 detik.

Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Angin denganTegangan

Seperti yang telah dinyatakan dalam bagian analisis percobaan dan hasil. Grafik inimenyatakan bahwa semakin besar aliran angin yang diberikan maka akan semakin

kecil tegangan yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena aliran angin akan


13/14

mengurangi jumlah panas yang akan diterima oleh hot wire. Dan karena hot wire

hanya akan bereaksi jika dipicu oleh panas atau kalor maka diperlukan kecepatanaliran angin tidak boleh dalam kecepatan yang besar

Analisa Kesalahan

Dalam praktikum ini, terdapat beberapa kesalahan yang dapat menyebabkan

kesalahan atau ketidakakuratan dalam pengukuran kesalahan itu antara lain :

a. Pengkalibrasian alat ukur (hot wire) yang belum optimal sehingga sensor penangkap panasnya tidak bekerja secara maksimal

b.

Fasilitas R-Lab yaitu camcorder yang memperlihatkan video percobaan

tersebut. Camcorder yang menampilkan gambar yang tidak jelas akan

menyebabkankesulitan dalam melihat apa yang sebenarnya terjadi diruang praktikum

c.

Kesalahan dalam menghitung dan dalam penulisan angka penting.

VII. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa:

Hot Wire Single Probe merupakan jenis sensor hot wire yang paling sering

digunakan karena kemampuannya untuk menyampaikan data pengukuransecara optimal

Sensor Hot Wire sering digunakan untuk mengukur fluida Semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan yang dihasilkan

akan semakin kecil karena kalor/panas yang diserapoleh hot wire akan berkurang karena adanya angin


14/14

Daftar Pustaka

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

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, ExtendedEdition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

laporan rlab paiyan pandiangan

Documents