-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
1/17
Laporan Praktikum
Fisika Dasar 1
(Remote Laboratory)
Nama/NPM : Iva Raudyatuzzahra/1406531795
Fak/Prog. Studi : Teknik/Teknik Kimia
Group : 3A
No&Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire
Minggu Percobaan : Pekan 2
Tanggal Percobaan : 3 Maret 2015
Koordinator Asisten : Karina Nur F
Laboratorium Fisika Dasar
UPP IPD
Universitas Indonesia
2015
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
2/17
KR01 Disipasi Kalor Hot Wire
I. Tujuan Percobaan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Alat
Kawat pijar (hotwire)
Fan
Voltmeter dan Ampmeter
Adjustable power supply
Camcorder
Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Landasan Teori
Hot Wire Anemometry atau yang lebih dikenal dengan nama HWA. HWA
merupakan alat ukur kecepatan udara yang menggunakan prinsip perpindahan panassecara konveksi dari panas sebuah kawat (wire) yang ditempatkan di daerah aliran
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
3/17
fluida. Prinsip kerja HWA yaitu arus listrik dialirkan pada wire sehingga pada wire
terjadi peningkatan temperatur (suhu wire lebih tinggi dari suhu lingkungan sekitar).
Selanjutnya hambatan wire dijaga tetap dengan mengatur aliran arus yang melewati
wire tersebut. Ketika wire panas diletakkan di sebuah terowongan angin (wind tunnel)
mengakibatkan pendinginan wire melalui perpindahan panas secara konveksi.
Perbedaan temperatur tersebut dikonversi menjadi besar voltase sehingga besar
kecepatan fluida yang mengalir pada saat itu dapat diperoleh dengan mengkonversi
data voltase yang diperoleh.
HWA ini dibuat dengan sensor single- normal hot wire probe. 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 :
Overheat ratio =
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
4/17
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 ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal
230 m/s.
IV. Cara Kerja
1. Mengaktifkan Web cam (mengklik icon video pada halaman web r-Lab)
2.
Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan
drop down pada icon atur kecepatan aliran.
3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada
icon menghidupkan power supply kipas.
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
5/17
4.
Mengukur 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 230
m/s.
V. Tugas & Evaluasi
1. Membuat grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan
Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara berdasarkan data yang didapat.
2.
Membuat grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan
Kecepatan aliran angin berdasarkan pengolahan data di atas.
3. Membuat persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire.
4.
Menjawab pertanyaan apakah kita dapat menggunakan kawat Hotwire sebagai
pengukur kecepatan angin, berdasarkan percobaan dan data yang didapat.
5. Memberikan analisis dari hasil percobaan ini.
VI.
Hasil Pengamatan
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
6/17
Tabel 1. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 0 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
1 0 2.112 53.9
2 0 2.112 53.9
3 0 2.112 53.9
4 0 2.112 53.9
5 0 2.112 53.9
6 0 2.112 53.9
7 0 2.112 53.9
8 0 2.112 54.0
9 0 2.112 54.0
10 0 2.112 54.0
Tabel 2. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 70 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
1 70 2.075 53.9
2 70 2.075 54.0
3 70 2.076 54.0
4 70 2.075 54.0
5 70 2.077 54.0
6 70 2.075 54.1
7 70 2.075 54.2
8 70 2.076 54.2
9 70 2.074 54.3
10 70 2.075 54.4
Tabel 3. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 110 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
7/17
1 110 2.058 54.3
2 110 2.057 54.4
3 110 2.058 54.5
4110 2.058 54.5
5 110 2.059 54.6
6 110 2.058 54.7
7 110 2.058 54.7
8 110 2.057 54.8
9 110 2.058 54.8
10 110 2.059 54.7
Tabel 4. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 150 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
1 150 2.050 54.4
2 150 2.051 54.3
3 150 2.050 54.3
4 150 2.051 54.3
5 150 2.051 54.2
6 150 2.050 54.2
7 150 2.051 54.1
8 150 2.051 54.1
9 150 2.050 54.1
10 150 2.051 54.1
Tabel 5. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 190 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
1 190 2.046 54.1
2 190 2.046 54.1
3 190 2.046 54.1
4 190 2.046 54.2
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
8/17
5 190 2.046 54.2
6 190 2.046 54.3
7 190 2.046 54.4
8190 2.046 54.5
9 190 2.046 54.6
10 190 2.046 54.8
Tabel 6. Hasil Pengamatan dengan Kecepatan Angin Sebesar 230 m/s.
Waktu Kec
Angin
V-HW I-HW
1 230 2.043 54.9
2 230 2.043 55.0
3 230 2.043 55.0
4 230 2.043 55.0
5 230 2.044 54.9
6 230 2.043 54.7
7 230 2.044 54.5
8 230 2.043 54.4
9 230 2.043 54.3
10 230 2.043 54.2
VII.
Pengolahan Data
A. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 0 m/s
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
9/17
Grafik 1. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 0 m/s.
B. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 70 m/s
Grafik 2. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 70 m/s.
C. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 110 m/s.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TeganganHotWire(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
2,072
2,073
2,074
2,075
2,076
2,077
2,078
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10TeganganHotWire
(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
10/17
Grafik 3. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 110 m/s.
D. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 150 m/s.
Grafik 4. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 150 m/s.
E. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 190 m/s
2,056
2,0565
2,057
2,0575
2,058
2,0585
2,059
2,0595
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10TeganganHotWire(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
2,0494
2,0496
2,0498
2,05
2,0502
2,0504
2,0506
2,0508
2,0512,0512
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TeganganHotWire(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
11/17
Grafik 5. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 190 m/s.
F.
Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 230 m/s
Grafik 6. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 230 m/s.
G.
Persamaan Kecepatan Angin sebagai Fungsi dari Tegangan Hotwire
Dari semua data di atas maka akan diperoleh nilai rata-rata tegangan pada setiap
perubahan kecepatan angin.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10TeganganHotWire(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
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 10TeganganHotWire(Volt)
Waktu (s)
Hubungan Antara Tegangan Hot
Wire dan Waktu
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
12/17
No
Kecepatan Angin
(m/s)
Tegangan rata-rata
(Volt)
1 02,112
2 70
2,0753
3 1102,058
4 1502,0506
5 1902,046
6 2302,0432
Tabel 7. Kecepatan Angin dan Tegangan Rata-rata
Selanjutnya digunakan metode least square untuk mendapatkan persamaan grafik
kecepatan angin dan tegangan rata-rata.
i Xi Yi Xi2 Yi2 XiYi
10 2,112 0 4,460544 0
270 2,0753 4900 4,30687 145,271
3110 2,058 12100 4,235364 226,38
4150 2,0506 22500 4,20496 307,59
5190 2,046 36100 4,186116 388,74
6230 2,0432 52900 4,174666 469,936
750 12,3851 562500 25,56852 1537,917
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
13/17
Dari metode least square di atas, maka diperoleh besar kesalahan relative yaitu 121.
847 %. Persamaan yang dihasilkan dengan metode least square adalah berupa persamaan
linier, dengan bentuk persamaan umum sebagai berikut:
x: Tegangan hot wire
y: Kecepatan angin
Kemudian untuk mencari besarnya gradien (m)digunakan persamaan:
+
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
14/17
Untuk mencari nilai c digunakan persamaan berikut:
Maka, persamaan garis yang dihasilkan adalah:
VIII. Analisis Data
1. Analisis Percobaan
Praktikum Disipasi Kalor Hot Wire termasuk dalam praktikum jenis R-lab
yaitu praktikum yang dilakukan secara online sehingga praktikan tidak perlu
dating ke laboraturium. Untuk melakukan praktikum praktikan dapat mengunjungi
halaman web sitrampil, http://sitrampil.ui.acid . Kemudian aka nada link untuk
melakukan remote laboraturium. Praktikum dilakukan secara online sehingga
diperlukan seperangkat PC dan koneksi internet.
Tujuan dari praktikum Disipasi Kalor Hot Wire adalah menggunakan hot
wire sebagai sensor kecepatan angin. Alat-alat yng digunakan dalam praktikum
adalah Alat-alat yang dibutuhkan yaitu kawat pijar, voltmeter&eremeter,
adjustable power supply, fan, camcorder, fan, unit PC beserta DAQ dan perangkat
pengendali otomatis.
Setelah praktikan membuka halaman R-lab maka akan ditampilkan suatu
rangkaian yang terdiri dari pipa tembus pandang yang dihubungkan dengan
voltmeter dan amperemeter. Pada salah satu ujung pipa tersebut terdapat sebuah
kipas angin dan pada ujung lainnya terdapat sebuah kawat pijar. Kipas angin akanmenghasilkan angin dengan kecepatan tertentu yang kenudian akan menghasilkan
+
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
15/17
resistensi pada kawat yang kemudian akan menghasilkan tegangan dan arus listrik
yang akan terukur pada amperemeter dan voltmeter. Kemudian energi listrik yang
dihasilkan akan didispasi menjadi kalor.
Percobaan dimulai dengan menghidupkan kipas angin(fan), kemudian
mengatur kecepatan angin dengan memilih pada menu dropdown. Kecepatan
angin yang digunakan adalah 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230
m/s. Setiap percobaan dilakukan selama 10 sekon sehingga diperoleh 10 variasi
data untuk tegangan dan arus listrik pada hot wire. Sehingga dapat diketahui
hubungan antara kecepatan angin dan tegangan pada hot wire.
2. Analisis Hasil
Pada percobaan pertama kecepatan angin yang digunakan adalah 0 m/s. pada
kecepatan ini tegangan yang dihasilkan bernilai konstan. Sedangkan pada saat
kecepatan angin 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s didapatkan
tegangan yang bervariasi. Ketika kipas angin diatur dengan kecepatan tertentu
dimana kecepatannya tidak sama dengan 0, angin tersebut akan mengenai hot wire
sehingga menimbulkan perubahan resistensi pada hot wire. Perubahan resistensi
akan menimbulkan tegangan dan arus listrik.
Dalam setiap percobaan yang dilakukan ketika kecepatan angin tidak sama
dengan 0 tegangan dan arus listrik yang terukur mengalami kenaikan dan
penurunan. Jika kecepatan angin yang mengenai hot wire semakin besar maka
panas yang didispasi semakin besar. Perpindahan panas ini akan menghasilkan
perubahan suhu dengan nilai minus yang semakin besar. Dapat diamati bahwa
ketika kecepatan yang digunakan semakin besar maka tegangan rata-rata yang
terukur semakin kecil.
No
Kecepatan Angin
(m/s)
Tegangan rata-rata
(Volt)
1 02,112
2 702,0753
3 1102,058
4 1502,0506
5 190 2,046
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
16/17
6 2302,0432
Persamaan yang didapatkan berdasarkan data di atas adalah sebagai berikut:
Nilai minus pada gradien menunjukkan bahwa kecepatan angin yang
mengenai hot wire berbanding terbalik dengan tegangan yang dihasilkan. Pada
setiap kecepatan dihasilkan data yang bervariasi untuk tegangan dan arus listrik.
Hal ini menunjukkan bahwa hot wire bersifat sensitif terhadap perubahan
kecepatan angin, sehingga hot wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan
udara.
3. Analisis Grafik
Pada saat kecepatan angin 0 m/s grafik yang dihasilkan berupa garis lurus
(lihat grafik 1) yang menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan bernilai
konstan. Sedangkan untuk kecepatan tidak sama dengan 0 m/s didapatkan
fluktuasi pada setiap grafik yang dihasilkan. Hal ini disebabkan adanya perubahan
kecepatan.
Persamaan grafik yang dihasilakan dengan menggunakan metode least square
menghasilkan persamaan linear dengan gradien yang bernilai minus yang
menunjukkan bahwa keceptan angin yang mengenai hot wire berbanding terbalik
dengan tegangan yang dihasilkan.
4. Analisis Kesalahan
Dengan menggunakan metode least square dapat diketahui bahwa kesalahan
relatif pada percobaan ini adalah 121.85 %. Kesalahan yang dihasilkan melebihi
+
-
7/24/2019 Iva Raudyatuzzahra 1406531795 Teknik Kimia KR01
17/17
100 % yang menunjukkan bahwa data yang dihasilkan tidak akurat. Kesalahan ini
dapat disebabkan oleh berbagai hal. Salah satu hal yang menyebabkan kesalahan
ini adalah koneksi internet yang kurang stabil pada saat dilakukan praktikum.
Karena praktikum ini dilakukan secara online maka koneksi internet adalah suatu
hal yang sangat penting.
IX. Kesimpulan
1. Hot wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan udara karena mempunyai
sifat yang sensitif pada perubahan kecepatan udara
2. Prinsip kerja hot wire, ketika fan dihidupkan dengan kecepatan tertentu dan
menerpa hot wire maka akan menimbulkan perubahan resistensi kawat hot
wire sehingga menghasilakan tegangan dan energi listrik yang kemudian
didispasi menjadi kalor
3. Semakin besar keepatan udara maka tegangan yang dihasilkan menjadi
semakin kecil
4. Persamaan yang dihasilkan mempunyai gradien yang bernilai minus. Hal ini
menunjukkan bahwa kecepatan angin berbanding terbalik dengan tegangan
yang dihasilkan.
X. Referensi
Anonymous. 2015.Disispasi Kalor Hot wire.
http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php?id=10565&exp
=48 Diakses pada 07 Maret 2015.
Giancoli, Douglas C. 1997.Fisika Dasar, Edisi Ke Empat. Jakarta: Erlangga.
Yustama, Rafindra Wicaksono. 2010.Rancang Bangun Hot Wire Anemometry
Dengan Sensor Single
Normal Hot Wire Probe Dan Pengondisi Sinyal
Constant Temperature.http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-
Abstract_id.pdfDiakses pada 09 Maret 2015.
http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15354-Abstract_id.pdf