View
222
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
homework
Citation preview
acer
LAPORAN PRATIKUM FISIKA DASAR
REMOTE LABORATORY
Nama Praktikan
: Yunita Afriani
NPM
: 1306365316
Fakultas/Program Studi: MIPA/Fisika Reguler
Grup/Kelompok Kerja: 12
Nama Kawan Kerja
: Ilham Prasetyo
Yeni Febrianti
Yogi Kristianto
Yogi Muliandi
Yohanes Fridolin Hestrio
Yosua Kevin Christian
Yossie Cahya Permata
Zaiby
No. & Nama Praktikum: KR01-Disipasi Kalor Hot Wire
Tanggal Praktikum
: 24 Maret 2014
Nama Asisten
:
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASAR
UNIVERSITAS INDONESIA
KR01-DISIPASI KALOR HOT WIRE
I. Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara
II. Alat
Kawat Pijar (hotwire)
Fan
Voltmeter dan Amperemeter
Adjustable power supply
Camcorder
Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Teori
Kecepatan aliran udara bisa dikur dengan alat yang kita kenal dengan nama anemometer. Kecepatan udara akan berbeda pada permukaan yang tertutup oleh vegetasi dengan ketinggian tertentu.
Disipasi kalor merupakan peristiwa timbulnya panas akibat gesekan antar partikel yang berada dalam suatu ruang. Disipasi kalor terjadi dalam peristiwa sehari- hari seperti menggosokkan kedua telapak tangan, mengerem mobil, mengampelas besi, menyalakan korek api, dan lain-lain. Pada praktikum R-lab ini, kami memanfaatkan fenomena tersebut untuk mendesain sensor kecepatan aliran udara menggunakan kawat pijar (hotwire).
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.
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 :
Keterangan Rumus:
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.
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 yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal 230 m/s.
IV. Cara Kerja
Eksperimen rLab dapat dilakukan dengan mengklik tombol rLab. Disana dilakukan percobaan.
Mengaktifkan web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !
Memberi aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan drop down pada icon atur kecepatan aliran.
Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada icon menghidupkan power supply kipas.
Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon ukur.
Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s!
V. Tugas dan Evaluasi
Berdasarkan data yang didapat , kita dapat membuat grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.
Berdasarkan pengolahan data di atas, kita dapat membuat grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Kecepatan aliran angin.
Membuat persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire.
Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatanangin?Memberi hasil analisis dari hasil percobaan ini..
VI. Data Hasil Pengamatan
Aliran udara dengan kecepatan 0 m/s
NoWaktuKec AnginV-HWI-HW
1102.11253.9
2202.11253.9
3302.11254.1
4402.11254.4
5502.11254.5
6602.11254.4
7702.11254.1
8802.11253.9
9902.11253.9
101002.11253.9
Aliran udara dengan kecepatan 70 m/s
NoWaktuKec AnginV-HWI-HW
11702.06754.2
22702.06654.4
33702.06555.2
44702.06755.2
55702.07054.4
66702.06954.2
77702.06754.7
88702.06855.4
99702.06755.0
1010702.06754.3
Aliran udara dengan kecepatan 110 m/s
NoWaktuKec AnginV-HWI-HW
111102.04754.6
221102.04754.5
331102.04755.0
441102.04855.6
551102.04755.5
661102.04755.2
771102.04854.6
881102.04754.5
991102.04754.8
10101102.04755.4
Aliran udara dengan kecepatan 150 m/s
oWaktuKec AnginV-HWI-HW
111502.03954.6
221502.03954.7
331502.03955.5
441502.03956.1
551502.03855.8
661502.03855.0
771502.03957.6
881502.03854.9
991502.03855.7
10101502.03856.0
Aliran udara dengan kecepatan 190 m/s
NoWaktuKec AnginV-HWI-HW
111902.03454.7
221902.03355.0
331902.03455.7
441902.03356.3
551902.03356.0
661902.03355.2
771902.03354.7
881902.03354.8
991902.03355.4
10101902.03456.1
Aliran udara dengan kecepatan 230 m/s
NoWaktuKec AnginV-HWI-HW
112302.02955.3
222302.03056.4
332302.03055.7
442302.03054.8
552302.03055.1
662302.02956.2
772302.03056.1
882302.02955.0
992302.02954.9
10102302.02955.7
Grafik pengamatan (secara umum)
VII. Pengolahan Data
Grafik Tegangan terhadap Waktu
Untuk kecepatan 0 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.11214.4605442.112
222.11244.4605444.224
332.11294.4605446.336
442.112164.4605448.448
552.112254.46054410.560
662.112364.46054412.672
772.112494.46054414.784
882.112644.46054416.896
992.112814.46054419.008
10102.1121004.46054421.120
5521.12038544.605440116.160
Keterangan Grafik;Sumbu x = waktu (s)
Sumbu y = Tegangan (V)
Untuk kecepatan 70 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.06714.2724892.067
222.06644.2683564.132
332.06594.2642256.195
442.067164.2724898.268
552.070254.28490010.350
662.069364.28076112.414
772.067494.27248914.469
882.068644.27662416.544
992.067814.27248918.603
10102.0671004.27248920.670
20.67338542.737311113.712
Keterangan :
Sumbu X = Waktu (s)
Sumbu Y = Tegangan (V)
Untuk Kecepatan 110 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.04714.1902092.047
222.04744.1902094.094
332.04794.1902096,141
442.048164.1943048.192
552.047254.19020910.235
662.047364.19020912.282
772.048494.19430414.336
882.047644.19020916.376
992.047814.19020918.423
10102.0471004.19020920.470
5520.47238541.910280112.596
Keterangan Sumbu X = Waktu
Sumbu Y = Tegangan
Untuk Kecepatan 150 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.03914.1575212.039
222.03944.1575214.078
332.03994.1575216.117
442.039164.1575218.156
552.038254.15344410.190
662.038364.15344412.228
772.039494.15752114.273
882.038644.15344416.304
992.038814.15344418.342
10102.0381004.15344420.380
5520.38538541.554825112.107
Keterangan
Sumbu X= waktu (s)
Sumbu Y = Tegangan (V)
Untuk Tegangan 190 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.03414.1371562.034
222.03344.1330894.066
332.03494.1371566.102
442.033164.1330898.132
552.033254.13308910.165
662.033364.13308912.198
772.033494.13308914.231
882.033644.13308916.264
992.033814.13308918.297
10102.0341004.13715620.340
5520.33338541.343091111.829
Keterangan
Sumbu X = Waktu (S)
Sumbu Y = Tegangan (V)
Untuk Tegangan 230 m/s
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
112.02914.1168412.029
222.03044.1209004.060
332.03094.1209006.090
442.030164.1209008.120
552.030254.12090010.150
662.029364.11684112.174
772.030494.12090014.210
882.029644.11684116.232
992.029814.11684118.261
10102.0291004.11684120.290
5520.29538541.188705111.616
Keterangan
Sumbu X = Waktu (s)
Sumbu Y = Tegangan (V)
Grafik hubungan Tegangan Hotwire dengan Kecepatan aliran anginUntuk Membuat Grafik Tegangan dengan Kecepatan Aliran Angin, maka kita harus mencari rata-rata Tegangan pada tiap kecepatan aliran angin.
Rata-rata Tegangan untuk 0 m/s
= 2.112 Volt
Rata-rata Tegangan untuk 70 m/s
= 2.0673 Volt
Rata-rata Tegangan untuk 110 m/s
= 2.0472 Volt
Rata-rata Tegangan untuk 150 m/s
= 2.0385 Volt
Rata-rata Tegangan untuk 190 m/s
= 2.0333 Volt
Rata-Rata Tegangan untuk 230 m/s
= 2..0295 Volt
Setelah kita menemukan rata-rata Tegangan dari tiap-tiap kecepatan, maka kita dapat membuat grafik hubungan antara keduanya.
iXiYiXi^2Yi^2XiYi
102.11204.4605440
2702.067349004.27372914.4711
31102.0472121004.19102822.5192
41502.0385225004.15548230.5775
51902.0333361004.13430938.6327
62302.0295529004.11887046.6785
S75012.327812850025.333963152.8790
Maka dapat dibuat grafik antara Tegangan dengan Kecepatan Aliran Angin.
Keterangan
Sumbu X = Kecepatan Aliran Angin (m/s)
Sumbu Y = Rata-rata Tegangan (V)
Maksud dari Grafik:
Semakin tinggi Kecepatan Aliran Angin maka semakin kecil Tegangan yang dihasilkan (berbanding terbalik)
Persamaan Kecepatan Angin sebagai Fungsi dari tegangan Hot Wire
= 0,00026 %
Jadi Gradien (m) adalah -0,0003671
b = m =
y = mx + a
y = x + 4,188
Maka fungsi dari persamaan kecepatan angin
( y = x+ 4,188
Penggunaan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan aliran angin
Berdasarkan praktikum yang dilaksanakan penggunaan hotwire masih banyak kekurangan untuk digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran angin, karena kawat hotwire belum stabil terhadap lingkungan luar. Selain itu, masalah pengkalibrasian masih menjadi masalah bagi kawat hotwire ini.
Akan tetapi dala praktikum kali ini saya melakukan pengukuran berulang-ulang, agar hasil yang didapat bisa mendekati benar. Jadi, untuk hal yang lebih kompleks kawat hotwire masih perlu disempurnakan untuk bisa menjadi pengukur kecapatan aliran angin.
VIII. ANALISIS DATA
Analisis percobaan
Praktikum R-Lab yang dilakukan pada kali ini bertujuan untuk menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Prktikan melakukan percobaan sebanyak tiga kali, tercatat tanggal 28 Maret 2014 pukul 00.57, 01.05, dan 01.14 WIB.Praktikan sengaja melakukan percobaan pada tengah malam agar tidak menunggu,karena jika ada praktikan lain yang melakukan percobaan maka dipastikan tidak dapat melakukan percobaan pada waktu yang bersamaan. Data yang praktikan ambil adalah data dari praktikum ke tiga, karena datanya lebih akurat dan sudah menyeluruh untuk semua kecepatan aliran angin dengan limit waktu yang diberikan.
Praktikum ini dilakukan secara otomatis via http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01. Praktikum yang dilakukan berlangsung cepat karena semua data diolah oleh sistem. Jadi, kemungkinan kesalahan data sangat kecil terjadi.
Perlu diperhatikan sebelum melakukan penelitian pengukuran dengan menggunakan hotwire, alatnya harus dikalibrasi dulu, agar data yang diperoleh valid atau tidak jauh berbeda dengan yang data sesungguhnya. Namun, disini semua percobaan diatur oleh sistem. Seandainya kita bekerja manual hal ini sangat berarti dan bersifat Fundamental sekali.
Pengukuran kecepatan aliran udara dilakukan dengan 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m.s, 190 m/s, 230 m/s. Untuk semua kecepatan diatas dilakukan masin-masing 10 sekon/detik. Jadi diperoleh 60 data, yang terdiri atas Tegangan HW dan Arus HW. Data tersebut yang diolah, mulai dari Grafik antara waktu dan tegangan, grafik tegangan dengan kecepatan aliran udara, persamaan fungsi yang diperoleh.
Untuk hasil tegangan yang diperoleh dari kecepatan 0 m/s, didapat tegangan yang konstan (tetap) yaitu 2.112 V, itu terjadi karena memang tidak ada udara yang mengalir yang mempengaruhi atau memberi efek pada hot wire. Itu dapat dilihat pada grafik yang praktikan buat diatas.
Untuk hasil tegangan yang diperoleh dari kecepatan 70 m/s, didapat tegangan dengan rata-rata 2.0673 Volt. Didalam grafiknya terlihat nilainya naik turun. Untuk hasil tegangan yang diperoleh dari kecepatan 110 m/s, diperoleh rata-rata tegangan dengan rata-rata 2.0472 Volt. Untuk tegangan yang diperoleh dari kecepatan 150 m/s, diperoleh rata-rata tegangan 2.0385 Volt. Tegangan dengan kecepatan 190 m/s diperoleh rata-rata 2.0333 Volt. Sedangkan data yang terakhir, yaitu dengan kecepatan 230 m/s, diperoleh rata-rata tegangan sebesar 2.02295 Volt. Grafik untuk kecepatan 110 m/s, 150m/s, 190m/s, dan 230m/s juga terlihat tidak stabil atau naik turun.
Dari semua data yang diperoleh dari tiap-tiap kecepatan angin, dihasilkan tegangan tiap detiknya yang tidak jauh berbeda dengan detik lainnya. Contohnya pada kecepatan 70 m/s, menghasilkan tegangan dari detik pertama sampai detik kesepuluh itu 2.067 m/s, 2.066 m/s, 2.065 m/s, 2.067 m.s , 2.070 m/s , 2.069 m/s, 2.067, 2.068 m/s, 2.067 m/s, dan 2.067 m/s. Perubahan tegangan yang terlihat tidak terlalu signifikan.
Dalam melakukan praktikum tidak hanya data tegangan yang didapatkan, tetapi data kuat arus juga diperoleh. Data kuat arus juga tidak jauh berbeda dari detik pertama sampai detik kesepuluh. Hal ini bisa juga kita lihat di grafik yang dibuat diatas. Contohnya pada kecepatan 110 m/s dihasilkan kuat arus dari detik pertama sampai detik kesepuluh itu 54.6 A, 54.5 A, 55.0 A, 55.6 A, 55.8 A, 55.2 A, 54.6 A, 54.5 A, 54.8 A, 55.4 A.
Dari praktikum dapat kita simpulkan bahwa kecepatan aliran angin tiap detiknya berbanding terbalik dengan Tegangan maupun yang dihasilkan, artinya semakin tinggi kecepatan angin, maka semakin rendah tegangan yang dihasilkan, begitu juga sebaliknya. Hal ini berbeda dengan Kuat arus. Dalam praktikum yang praktikan coba diperoleh hasil Kuat arus yang turun naik, hal ini disebabkan karena ketidakstabilan probe yang mungkin dapat pengaruh dari luar. Misalnya, angin dan sebagainya.
Dari data diatas dapat ditarik rumus untuk mencari daya disispasi. Daya disipasi itu dipengaruhi oleh beberapa faktor:
Kecepatan (Volt)
Kuat arus (Ampere)
Perubahan waktu (sekon)
Rumus mencari Daya Disipasi:
P= v i (t2-t1)
P= daya disipasi
Pembuktian bahwa tegangan dan Kuat Arus itu berbanding terbalik adalah, dapat kita lihat di rumus:
I = P/ v (t2-t1)
I= Kuat arus
Disini kita melihat Kuat arus berbanding lurus dengan Daya disipasi dan berbanding terbalik dengan tegangan dan perubahan waktu. Hal itu terbukti dari data yang praktikan peroleh dan dari grafik yang praktikan buat.
Dengan melakukan praktik ini praktikan lebih mengerti tentang pengukuran kecepatan angin, grafik, dan tentang pengolahan data laporan.
Analisis HasilPerhitungan terhadap data-daya yang diperoleh praktikan lakukan dengan menggunakan metode least square. Karena kalau mengolah manual kita akan menemukan masalah, yaitu masalah efisiensi waktu. Kalau menggunakan metode ini kita jadi lebih gampang untuk menemukan suatu fungsi. Berdasarkan praktikum KR01 tentang pengukuran kecepatan aliran angin dengan menggunakan hotwire, hotwire sebagai pengukur kecepatan aliran udara masih sangat perlu disempurnakan lagi. Karena alat tersebut masih menemukan hambatan nantinya kalau pengukuran dilakukan di lapangan nanti. Misalnya ada angin yang amat kencang atau cuaca yang amat ekstrim, maka hotwire ini tidak memberikan data yang tepat lagi, karena menemukan masalah dengan pengkalibrasian alatnya. Alangkah baiknya kita menggunakan alat yang lain, yang telah disempurnakan. Namun dari praktikum yang dilakukan,praktikan hanya memperoleh kesalahan relatif yang amat kecil,dikarenakan semua data diolah langsung oleh sistem.
Analisis Grafik
Pada Praktikum kali ini dibuat grafik terhadap waktu dan tegangan untuk masing-masing kecepatan yaitu kecepatan 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s dan 230 m/s. Dari data yang diperoleh ,di intrepentasikan lah kedalam bentuk grafik,disini terlihat grafiknya naik turun kecuali untuk grafik kecepatan 0 m/s karena memang tidak ada udara yang mengalir yang mempengaruhi atau memberi efek pada hot wire.
Selain itu, praktikan juga membuat grafik tegangan terhadap kecepatan aliran angin, di sini bisa di lihat kalo grafik menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan semakin kecil.
IX. Kesimpulan
Sebelum melakukan praktikum, harus melakukan pengkalibrasian alat. Dan sebaiknya kita melakukan praktikum itu berulang-ulang untuk memperoleh data yang akurat. Dari data yang diperoleh bahwa Tegangan beranding terbalik dengan Kecepatan Aliran angin pada tiap detiknya. Semakin tinggi kecepatan angin maka semakin rendah tegangan yang diperoleh
Dari data yang diperoleh bahwa tegangan berbanding terbalik dengan kuat arus yang dihasilkan.
Dari data yang diperoleh bahwa kuat arus berbanding lurus dengan daya disipasi atau kecepatan airan angin. Semakin cepat kecepatannya maka semakin tinggi kuat arus yang dihasilkan
Data dengan kecepatan 0 m/s, menghasilkan nilai tegangan yang konstan, karena tidak adanya angin.
Hotwire belum bisa digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran angin, karena masih adanya kekurangan, terutama yang menyangkut gangguan lingkungan luar, seperti angin yang ekstrim.
X. Referensi
Giancoli, 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.
http://sitrampil.ui.ac.id/kr01http://rlab.ui.ac.id
_1234567897.unknown
_1234567901.unknown
_1234567905.unknown
_1234567907.unknown
_1234567909.unknown
_1234567910.unknown
_1234567911.unknown
_1234567908.unknown
_1234567906.unknown
_1234567903.unknown
_1234567904.unknown
_1234567902.unknown
_1234567899.unknown
_1234567900.unknown
_1234567898.unknown
_1234567893.unknown
_1234567895.unknown
_1234567896.unknown
_1234567894.unknown
_1234567891.unknown
_1234567892.unknown
_1234567890.unknown
Recommended