Laporan Praktikum

Remote Laboratory

Disipasi Kalor Hotwire

Nama : Nadia Karima Izzaty

NPM : 1306369466

Fakultas/Prodi : Fakultas Teknik/Teknik Sipil

Judul Modul : Disipasi Kalor Hotwire

Nomor Modul : KR01

Tanggal Praktikum : 27 September 2013

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

2013

KR 01 – Disipasi Kalor Hot Wire

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Amperemeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori

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 Δ 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:

Overheat ratio =

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 maupun persamaan polynomial.

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.

Cara Kerja

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

halaman ini.

1. Mengaktifkan webcam.

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan

drop down pada ikon “atur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada ikon

“menghidupkan power supply kipas”.

4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik

ikon “ukur”.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230

m/s.

Tugas & Evaluasi

1. Membuat grafik berdasarkan data yang didapat yang menggambarkan hubungan

Tegangan Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Membuat grafik berdasarkan pengolahan data di atas yang menggambarkan hubungan

tegangan Hotwire dengan kecepatan aliran angin.

3. Membuat persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire.

4. Menganalisa apakah kita dapat menggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur

kecepatan angin berdasarkan percobaan dan data yang didapat.

5. Memberi analisis dari hasil percobaan.

Pengolahan Data

1. Membuat grafik dari data yang diperoleh

2. Membuat grafik tegangan rata-rata terhadap perubahan kecepatan angin

1,98

2

2,02

2,04

2,06

2,08

2,1

2,12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

Grafik Tegangan terhadap Waktu

0 m/s

70 m/s

110 m/s

150 m/s

190 m/s

230 m/s

Kecepatan angin

1,98

2

2,02

2,04

2,06

2,08

2,1

2,12

0 70 110 150 190 230

Tega

nga

n r

ata-

rata

(v)

Kecepatan angin (m/s)

Grafik Tegangan terhadap Kecepatan Angin

Tegangan

3. Mencari persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

x 0 70 110 150 190 230

y 2.112 2.068 2.050 2.043 2.039 2.037

Keterangan: x: Kecepatan angin (m/s)

y: Tegangan rata-rata (v)

Metode least square

∑Xi = 750 ∑XY = 1532.63

∑Yi = 12.35 ∑X2 = 128500

Jadi, dari hasil perhitungan diatas dapat diketahui bahwa persamaan kecepatan angin

sebagai fungsi dari hotwire adalah y = 2.098 – (3.164 x 10-4

) x

Analisis Praktikum

1. Analisis percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah menggunakan media hotwire sebagai sensor

kecepatan aliran udara. Secara teoritis, dikatakan bahwa aliran udara dan tegangan pada

hotwire sebagai media berbanding terbalik. Hal ini dikarenakan aliran udara memiliki efek

mendinginkan. Sehingga, semakin cepat aliran udara bergerak semakin rendah tegangan pada

hotwire.

Teori ini berhasil dibuktikan, dengan pengecualian pada saat kecepatan aliran udara 0

m/s. Hal ini dikarenakan tidak adanya aliran udara yang diberikan pada hotwire, sehingga

belum terlihat efek yang signifikan. Namun, ketika variasi kecepatan aliran udara diberikan,

tegangan pada hotwire secara berangsur-angsur memperlihatkan perubahan. Variasi

kecepatan angin yang diberikan adalah berkisar dari 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s,

hingga 230 m/s. Seiring dengan meningkatnya kecepatan aliran udara, tegangan pada hotwire

semakin menurun. Hal ini sejalan dengan teori yang telah dipaparkan sebelumnya.

2. Analisis grafik

Grafik pertama memaparkan data mengenai data tegangan hotwire terhadap waktu.

Pada garis yang menunjukkan kecepatan angin 0 m/s, tegangan stabil pada angka 2.112 V.

Pada saat kecepatan aliran udara ditingkatkan menjadi 70 m/s, terlihat bahwa garis besar

tegangan hotwire berada di bawah garis tegangan pada kecepatan aliran udara 0 m/s.

Demikian, garis besar tegangan terhadap waktu semakin menurun seiring dengan peningkatan

kecepatan aliran udara yang diberikan. Hal ini membuktikan kebenaran dari teori yang

menjelaskan bahwa semakin besar kecepatan aliran udara, maka tegangan pada hotwire

semakin kecil.

Grafik kedua yaitu grafik tegangan rata-rata terhadap kecepatan aliran udara. Grafik

ini berfungsi sebagai summary atau ringkasan dari grafik pertama. Secara keseluruhan, dapat

dilihat bahwa kurva yang terbentuk pada grafik ini adalah jenis kurva yang mengalami

penurunan. Hal ini diakibatkan oleh peningkatan kecepatan aliran udara yang diberikan

terhadap hotwire.

Kedua grafik yang telah dipaparkan diatas, singkatnya, membuktikan bahwa semakin

cepat aliran udara yang diberikan maka tegangan pada hotwire akan semakin menurun. Hal ini

membuktikan kebenaran dari teori yang telah dipaparkan pada penjelasan diatas.

3. Analisis hasil

Percobaan yang telah dilakukan secara online melalui rLab menghasilkan beberapa

data. Data yang diperoleh dari hasil percobaan ini menunjukkan bahwa kecepatan aliran

udara yang diberikan berbanding terbalik dengan tegangan hotwire. Durasi yang diberikan

saat percobaan per kecepatan angin adalah 10 detik. Terlihat fluktuasi pada hasil percobaan

yang dilakukan. Akan tetapi, hal ini tidak berlaku saat kecepatan aliran udara yang diberikan

sebesar 0 m/s. Ketidakberlakukan ini memang disebabkan karena tidak adanya aliran udara

yang diberikan pada hotwire.

Dari data percobaan yang telah diberikan, dibuat dua grafik yaitu grafik tegangan

terhadap waktu per kecepatan aliran udara dan grafik tegangan rata-rata terhadap kecepatan

aliran udara yang diberikan. Dari kedua grafik ini dapat dibuat persamaan fungsi kecepatan

angin. Persamaan fungsi kecepatan angin dibuat dengan menggunakan metode least square,

yaitu sebuah metode yang memungkinkan mencari persamaan garis dan gradien dari sebuah

kurva yang tidak lurus pada grafik.

Kesimpulan

1. Hotwire dapat digunakan sebagai salah satu media untuk mendeteksi

kecepatan aliran udara yang diberikan, meskipun data yang didapat tidak akan

akurat 100%.

2. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi hotwire adalah y = 2.098 – (3.164 x

10-4

) x

3. Teori bahwa kecepatan aliran udara berbanding terbalik dengan tegangan

hotwire terbukti melalui percobaan ini.

Referensi

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice

Hall, NJ, 2000

2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th

Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005

Lampiran

Data hasil percobaan

Kecepatan angin 0 m/s

Waktu Tegangan

1 2.112

2 2.112

3 2.112

4 2.112

5 2.112

6 2.112

7 2.112

8 2.112

9 2.112

10 2.112

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan Angin 0 m/s

Tegangan (v)

Kecepatan angin 70 m/s

Waktu Tegangan

1 2.068

2 2.068

3 2.068

4 2.066

5 2.067

6 2.066

7 2.067

8 2.068

9 2.069

10 2.068

2,0645

2,065

2,0655

2,066

2,0665

2,067

2,0675

2,068

2,0685

2,069

2,0695

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan 70 m/s

Tegangan

Kecepatan angin 110 m/s

Waktu Tegangan

1 2.05

2 2.05

3 2.051

4 2.051

5 2.05

6 2.05

7 2.051

8 2.051

9 2.051

10 2.051

2,0494

2,0496

2,0498

2,05

2,0502

2,0504

2,0506

2,0508

2,051

2,0512

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan 110 m/s

Tegangan

Kecepatan angin 150 m/s

Waktu Tegangan

1 2.043

2 2.043

3 2.043

4 2.043

5 2.043

6 2.043

7 2.043

8 2.043

9 2.044

10 2.043

2,0424

2,0426

2,0428

2,043

2,0432

2,0434

2,0436

2,0438

2,044

2,0442

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan Angin 150 m/s

Tegangan

Kecepatan angin 190 m/s

Waktu Tegangan

1 2.039

2 2.04

3 2.039

4 2.039

5 2.04

6 2.039

7 2.039

8 2.039

9 2.039

10 2.039

2,0384

2,0386

2,0388

2,039

2,0392

2,0394

2,0396

2,0398

2,04

2,0402

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan Angin 190 m/s

Tegangan

Kecepatan angin 230 m/s

Waktu Tegangan

1 2.036

2 2.037

3 2.036

4 2.037

5 2.037

6 2.038

7 2.037

8 2.037

9 2.037

10 2.037

2,035

2,0355

2,036

2,0365

2,037

2,0375

2,038

2,0385

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan Saat Kecepatan Angin 230 m/s

Tegangan