rlab 01

LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Michaelle Flavin Carli / 1406533516

Fak/Prog. Studi : Teknik / Teknologi Bioproses

Group dan Kawan Kerja : 4A - Tiara Putri

No & Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : 02

Tanggal Percobaan : 3 Maret 2015

Nama Asisten : Karina Nur Fitriana

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

KR01 – DISIPASI KALOR HOT WIRE

Tujuan

Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

1. Kawat pijar (hot wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Gambar 1. Alat Disipasi Kalor Hot Wire

Teori

Single normal probe adalah suatu tipe hot wire 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. Secara sistematis dapat dituliskan sebagai

berikut:

P = v i Δ t .........( 1 )

Keterangan :

P = daya (watt)

V = tegangan (volt)

I = kuat arus (ampere)

Δt = waktu (sekon)

Bila probe dihembuskan udara maka akan merubah nilai resitansi kawat sehingga

merubah besarnya arus listrik yang mengalir. Semakin cepat udara yang mengalir maka

perubahan nilai resitansi juga semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah.

Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat rastio yang

dirumuskan sebagai:

Keterangan :

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara)

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan)

Overheat ratio = Rw

Ra

Gambar 2. Rangkain Hot Wire

Jika suatu kawat diberi diberi tegangan (V) pada ujung-ujungnya dan diukur kuar arus

listrik yang melewati kawat, maka nilai yang diperoleh akan membentuk persamaan:

V = I R

Keterangan :

V = tegangan (Volt)

I = kuat arus (Ampere)

R = hambatan kawat (Ohm)

Hambatan kawat atau resistansi kawat (R) adalah properti dari sebuah objek,

sedangkan hambatan jenis kawat (ρ) adalah properti dari suatu material. Hambatan jenis

kawat dan suhu berbanding lurus

Hot wire 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.

Pada percobaan yang akan dilakukan yaitu mengukur tegangan kawat pada temperatur

ambient dan mengukur tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan kecepatan yang

dihasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara oleh fan akan divariasikan melalui daya yang

diberikan ke fan yaitu 70, 110, 150. 190 dari daya maksimal 230 m/s.

Cara Kerja

Ekperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman

ini.

1. Aktifkan Web cam! (klik icon video pada halaman web rLab)

2. Berikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan meng-klik pilihan drop down pada

icon "atur kecepatan aliran"

3. Hidupkan motor penggerak kipas dengan meng-klik radio button pada icon

"menghidupkan power supply kipas".

4. Ukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara meng-klik icon "ukur".

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

Data Pengamatan

Waktu(s)

Kec Angin(m/s)

V-HW

1 0 2.1122 0 2.1123 0 2.1124 0 2.1125 0 2.1126 0 2.1127 0 2.1128 0 2.1129 0 2.112

10 0 2.112

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 70 2.0662 70 2.0693 70 2.0704 70 2.0695 70 2.0676 70 2.0697 70 2.0708 70 2.0699 70 2.069

10 70 2.070

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 150 2.0442 150 2.0443 150 2.0444 150 2.0445 150 2.0436 150 2.0447 150 2.0448 150 2.0449 150 2.044

10 150 2.044

Waktu (s)

Kec.Angin (m/s)

V-HW

1 110 2.0522 110 2.0523 110 2.0514 110 2.0525 110 2.0526 110 2.0517 110 2.0518 110 2.0519 110 2.052

10 110 2.052

Tugas & Evaluasi

1. Berdasarkan data yang didapat, buatlah grafik yang menggambarkan hubungan

Tegangan Hot Wire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Berdasarkan pengolahan data di atas, buatlah grafik yang menggambarkan hubungan

Tegangan Hot Wire dengan Kecepatan aliran angin.

3. Buatlah persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wire.

4. Berdasarkan percobaan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan kawat hot

wire sebagai pengukur kecepatan angin?

5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

Pengolahan Data

1. Grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hot Wire dengan Waktu untuk tiap

kecepatan aliran udara.

a. Saat Kecepatan Angin 0 m/s

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 190 2.0402 190 2.0403 190 2.0404 190 2.0405 190 2.0406 190 2.0407 190 2.0408 190 2.0409 190 2.040

10 190 2.040

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 230 2.0372 230 2.0373 230 2.0374 230 2.0365 230 2.0366 230 2.0377 230 2.0378 230 2.0379 230 2.037

10 230 2.037

Tabel 1. Data Tegangan Hot Wire Per Detik

pada Kecepatan Angin 0 m/s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1,000

1,500

2,000

2,500

2,112 2,112 2,112 2,112 2,112 2,112 2,112 2,112 2,112 2,112

Grafi k 1. Hubungan Tegangan Hot Wire dengan Waktupada Kecepatan Angin 0 m/s

Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Tegangan Hot Wire Rata-rata pada Kecepatan 0 m/s = 2.112

Waktu(s)

Kec Angin(m/s)

V-HW

1 0 2.1122 0 2.1123 0 2.1124 0 2.1125 0 2.1126 0 2.1127 0 2.1128 0 2.1129 0 2.112

10 0 2.112

b. Saat Kecepatan Angin 70 m/s



Tegangan Hot Wire Rata-rata = 2.069

1 2 3 4 5 6 7 8 9 102,064

2,065

2,066

2,067

2,068

2,069

2,070

2,071

2,066

2,069

2,070

2,069

2,067

2,069

2,070

2,069 2,069

2,070

Grafi k 2. Hubungan Tegangan Hot Wire dengan Waktu


Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 70 2.0662 70 2.0693 70 2.0704 70 2.0695 70 2.0676 70 2.0697 70 2.0708 70 2.0699 70 2.069

10 70 2.070

c. Pada Kecepatan Angin 110 m/s



1 2 3 4 5 6 7 8 9 102,050

2,052

2,054

2,052 2,052

2,051

2,052 2,052

2,051 2,051 2,051

2,052 2,052



Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)


Waktu (s)

Kec.Angin (m/s)

V-HW

1 110 2.0522 110 2.0523 110 2.0514 110 2.0525 110 2.0526 110 2.0517 110 2.0518 110 2.0519 110 2.052

10 110 2.052

d. Pada Kecepatan Angin 150 m/s




1 2 3 4 5 6 7 8 9 102,042

2,044

2,046

2,044 2,044 2,044 2,044

2,043

2,044 2,044 2,044 2,044 2,044



Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 150 2.0442 150 2.0443 150 2.0444 150 2.0445 150 2.0436 150 2.0447 150 2.0448 150 2.0449 150 2.044

10 150 2.044

e. Pada Kecepatan Angin 190 m/s




f. Pada Kecepatan Angin 230 m/s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1,000

1,500

2,000

2,5002,040 2,040 2,040 2,040 2,040 2,040 2,040 2,040 2,040 2,040



Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 190 2.0402 190 2.0403 190 2.0404 190 2.0405 190 2.0406 190 2.0407 190 2.0408 190 2.0409 190 2.040

10 190 2.040




2. Grafik Hubungan antara Tegangan Hot Wire dengan Kecepatan Aliran Angin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 102,034

2,036

2,038

2,037 2,037 2,037

2,036 2,036

2,037 2,037 2,037 2,037



Waktu (s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Waktu (s)

Kec. Angin (m/s)

V-HW

1 230 2.0372 230 2.0373 230 2.0374 230 2.0365 230 2.0366 230 2.0377 230 2.0378 230 2.0379 230 2.037

10 230 2.037

Tabel 7. Tabel Hubungan antara Tegangan Hot Wire dan Kecepatan Aliran Angin

3. Dengan menggunakan data hasil percobaan, maka persamaan kecepatan angin sebagai

fungsi dari tegangan hot wire dapat dibuat. Persamaan tersebut dapat dibuat dengan

menggunakan metode kuadrat terkecil, yaitu: y = mx + b; Perhitungan data menggunakan

pengolahan data least square dengan:

y = tegangan hot wire

0 50 100 150 200 2501,980

2,000

2,020

2,040

2,060

2,080

2,100

2,1202,112

2,069

2,0522,044 2,040 2,037

Grafik 7. Grafik Hubungan antara Tegangan Hot Wire dengan Kecepatan Aliran Angin

Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Tega

ngan

Hot

Wire

(V-H

W)

Kec. Angin (m/s) V-HW

0 2.11270 2.069

110 2.052150 2.044190 2.040230 2.037

x = kecepatan aliran angin

Tabel 7. Tabel Perhitungan Least Square

No. x y x2 y2 xy

1 0 2.112 0 4.461 02 70 2.069 4900 4.281 144.833 110 2.052 12100 4.211 225.724 150 2.044 22500 4.178 306.65 190 2.040 36100 4.162 387.66 230 2.037 52900 4.150 468.51Σ 750 12.354 128500 25.443 1533.26

Perhitungan m dan b dengan rumus berikut :

m = n Σ xy−Σ x Σ y

n Σ x2−¿¿ = 6 .(1533.26)−750.(12.354 )

6.128500−(750)2 =-0.0317 x 10-2

b = Σ x2 Σ y−Σ x Σ xyn Σ x2−¿¿ =

128500. (12.354 )−750.(1533.26)6.128500−(750)2 = 209.85 x 10-2

Jadi, persamaan kecepatan angin sebagai fungsi tegangan hot wire adalah

Y = (-0.0317x + 209.85) x 10-2

4. Berdasarkan hasil data percoban dan persamaan angin sebagai fungsi tegangan hot wire,

dapat disimpulkan bahwa kawat hot wire dapat digunakan untuk mengukur kecepatan

angin. Hal ini dapat dilihat dari berpengaruhnya perubahan kecepatan angin terhadap nilai

tegangan pada kawat hot wire secara konstan dan dapat dihitung.

5. ANALISIS

Analisis Percobaan

Percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” yang dilakukan dengan sistem R-Lab

(Remote Laboratory) ini dimulai dengan mengaktifkan web cam, yaitu dengan

mengklik icon video yang ada pada halaman R-Lab. Langkah ini perlu dilakukan agar

dalam melakukan praktikum, alat peraga yang ditampilkan benar-benar berada dalam

kondisi siap untuk dipakai. Selain itu, dengan mengaktifkan web cam, dapat

menghindarkan kita dari kesalahan-kesalahan yang diakibatkan oleh prosedur kerja

yang tidak dikerjakan secara benar. Setelah web cam telah aktif, hal yang dilakukan

selanjutnya adalah memberikan aliran udara sebesar 0 m/s, yaitu dengan mengklik

pilihan pilihan drop down yang ada pada icon “atur kecepatan aliran”. Hal ini

dilakukan untuk memastikan bahwa aliran udara yang diberikan adalah 0 m/s,

sehingga kesalahan dalam pengambilan data tidak akan terjadi.

Langkah selanjutnya adalah menggerakkan kipas agar berputar dengan cara

mengklik radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas”. Jika kita tidak

mengklik icon radio button tersebut, maka secara otomatis kipas tidak akan berputar

dan menghasilkan kecepatan yang kita inginkan, sehingga percobaan mengalami

kegagalan, yang mengakibatkan data yang diambil juga mengalami kesalahan.

Selanjutnya, untuk mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire, kita bisa

melakukannya dengan mengklik icon “ukur”. Setelah mengklik tombol “ukur”, maka

akan terjadi pergerakan kipas sesuai dengan kecepatan yang kita pilih sebelumnya.

Lalu kita menunggu beberapa detik hingga muncul datanya. Data yang keluar

meliputi waktu, kecepatan aliran angin, tegangan hot wire dan arus yang dihasilkan.

Setelah itu, percobaan dilanjutkan dengan langkah yang sama seperti di atas, hanya

saja kita harus mengganti kecepatan aliran anginnya menjadi 70, 110, 150, 190 dan

230.

Analisis Data

Berdasarkan percobaan yang praktikan lakukan pada link r-lab yang telah

diberikan, diperoleh data yang meliputi waktu, kecepatan aliran angin, tegangan hot

wire dan arus yang merupakan data yang telah tersimpan oleh sistem r-lab tersebut.

Dari data yang terlihat pada setiap kecepatan aliran anginnya, terdapat nilai yang tetap

pada satu nilai saja. Selain itu, terdapat nilai tegangan hot wire yang hanya memiliki

selisih tidak jauh setiap detiknya. Akan tetapi, data tersebut merupakan data yang

kurang baik, sehingga dipastikan hasil perhitungan yang kita peroleh juga merupakan

hasil yang kurang akurat.

Analisis Kesalahan

Dari percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” melalui media digital, menurut

praktikan hasilnya kurang akurat karena praktikan tidak melakukan percobaan secara

langsung. Sehingga praktikan juga tidak dapat memastikan data yang diperoleh dari

sistem tersebut benar atau tidak. Oleh karena praktikan tidak melakukan percobaan

secara langsung, praktikan tidak bisa menyebutkan penyebab kesalahan secara fisis,

apa saja yang menyebabkan nilai-nilai tersebut keluar dari sistem tersebut.

Analisis Grafik

Pada percobaan kali ini, terdapat tujuh buah grafik, yaitu enam buah grafik

yang menghubungkan waktu dengan tegangan tiap kecepatan aliran angin yang

diberikan dan grafik yang menghubungkan tegangan dengan kecepatan aliran angin.

Dari keenam grafik yang merupakan grafik tegangan terhadap waktu, dapat terlihat

bahwa terdapat simpangan yang cukup jauh untuk kecepatan aliran udara dari 70 m/s

sampai dengan 230 m/s.

Pada grafik yang menunjukkan hubungan antar kecepatan aliran angin dengan

tegangan, dapat terlihat bahwa kecepatan aliran udara berbanding terbalik dengan

tegangan hot wire. Hal ini dapat dibuktikan dari persamaan grafik yang didapat dari

metode least square, yaitu :

Y = (-0.0317x + 209.85) x 10-2

Persamaan grafik di atas, gradiennya bernilai negatif, grafiknya akan cenderung terus

turun seiring dengan bertambahnya tegangan. Persamaan di atas diperoleh dengan

metode least square, dengan cara menghitung gradien (m) dan nilai konstantanya

terlebih dahulu. Dalam kasus ini, x dalam perhitungan adalah tegangan, sedangkan y

adalah kecepatan aliran angin.

Kesimpulan

1. Single normal probe hotwire merupakan salah satu jenis hotwire yang umumnya

digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dengan

menghubungkan kedua ujung probe dengan sumber tegangan.

2. Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan dan aris listrik yang

mengalir pada probe tersebut serta waktu arus listrik mengalir.

3. Kecepatan aliran udara berbanding lurus dengan nilai resistensi maupun arus listrik

yang mengalir. Sehingga semakin cepat udara dalam probe mengalir, maka semakin

besar juga nilai resistensinya dan arus listrik juga akan berubah.

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. Nur Rahman, Rizal; Design of Single Normal Probe Hot Wire, Surabaya, 2013.

Link R-Lab

http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01

rlab 01

Documents