kr01-yukidesiandini

8/8/2019 KR01-YukiDesiandini

1/18

LAPORAN R-LAB

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Yuki Desiandini

NPM : 0906518826

Group : B - 1

Fakultas/Departemen : Teknik / Teknik Kimia

No. Percobaan : KR-01

Nama Percobaan : Disipasi Kalor Hot Wire

Tanggal Percobaan : 7 Maret 2010

Kawan Kerja : Abigail Hotma

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok


2/18

Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan

1. Kawat pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Amperemeter4. Adjustable power supply5. Camcorder6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran

telah memungkinkan berbagai pengukuran aliran fluida dilakukan dengan

berbagai sensor yang memberikan hasil-hasil pengukuran yang akurat. Untuk

pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor yang banyak

digunakan adalah hot-wire anemometer. Sebelum digunakan dalam

pengukuran aliran, hot-wire anemometer harus dikalibrasi untuk

menentukan suatu persamaan respon kalibrasi yang menyatakan suatu

hubungan antara tegangan kawat (wire voltage, E) dengan kecepatan

referensi (reference velocity, U). Setelah persamaan respon kalibrasi tersebut

diperoleh, kemudian informasi kecepatan dalam setiap percobaan utama

dapat dievaluasi dengan menggunakan persamaan respon tersebut.

Ada beberapa ekspresi persamaan respon kalibrasi, diantaranya

adalah persamaan simple power-law dan persamaan extended power-law


3/18

yang dapat digunakan dalam konversi data. Setiap persamaan respon ini memiliki

keakurasian yang dihubungkan dengan curve fit yang dihasilkan pada suatu rentang

kecepatan exit yang digunakan untuk setiap percobaan. Keakurasian persamaan

respon kalibrasi tersebut ditentukan oleh nilai optimum konstanta pangkat yang

dipilih untuk menghasilkan suatu curve fit yang baik. Sehubungan dengan

keakurasian curve fit dari persamaan respon kalibrasi tersebut, beberapa peneliti

telah mengkaji keakurasian curve fit dari persamaan simple power-law dengan

rentang kecepatan referensi atau kecepatan exit yang berbeda-beda untuk

menghasilkan nilai optimum konstanta pangkat selain nilai optimum (nopt = 0.5).

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).


4/18

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

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.

IV. Prosedur Percobaan

Percobaan kali ini adalah percobaan R-Lab. Oleh karena itu, percobaan

dilakukan secara online dengan bantuan perangkat percobaan elektronik yang

terdapat di laboratorium percobaan KR01 Departemen Fisika Fakultas MIPA

Universitas Indonesia. Prosedur percobaan untuk percobaan disipasi kalor hotwire

adalah sebagai berikut:


5/18

1. Mengaktifkan "web cam" dengan meng-

klik gambar video pada halaman web R- Lab

2. Memberikan aliran udara dengan

kecepatan 0 m/s , dengan meng-klik

pilihan drop down pada gambar atur

kecepatan aliran

3. Menghidupkan motor pengerak kipas

dengan meng-klik radio button pada gambar menghidupkan power supply

kipas

4.Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan caramengklik gambar ukur.

5.Mengulang kembali langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan yang berbeda,yaitu 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s

V. Data dan Hasil Percobaan

Pada percobaan "Disipasi Kalor Hotwire", kecepatan angin diubah-ubah

sebanyak enam kali. Kecepatan angin yang diujikan adalah sebesar 0 m/s, 70

m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, hingga 230 m/s. Data berikut adalah hasil

percobaan yang diperoleh.

Tabel 1

Hasil percobaan dengan kecepatan angin v = 0 m/s

Waktu (s) KecepatanAngin (m/s)

Tegangan(volt)

Kuat Arus(ampere)

1 0 2.112 53.9

2 0 2.112 53.9

3 0 2.112 53.9

4 0 2.112 53.9


6/18

5 0 2.112 53.9

6 0 2.112 54.1

7 0 2.112 54.2

8 0 2.112 54.4

9 0 2.112 54.610 0 2.112 54.9

Tabel 2


Waktu (s)Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

(volt)

Kuat Arus

(ampere)

1 70 2.067 54.0

2 70 2.065 54.13 70 2.066 54.3

4 70 2.067 55.5

5 70 2.067 57.0

6 70 2.067 57.7

7 70 2.067 57.0

8 70 2.067 55.6

9 70 2.068 54.6

10 70 2.064 54.1

Tabel 3


Waktu (s)Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

(volt)

Kuat Arus

(ampere)

1 110 2.045 54.3

2 110 2.045 54.3

3 110 2.045 54.3

4 110 2.046 54.3

5 110 2.046 54.3

6 110 2.045 54.3

7 110 2.045 54.3

8 110 2.044 54.3


7/18

9 110 2.045 54.3

10 110 2.045 54.3

Tabel 4


Waktu (s)Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

(volt)

Kuat Arus

(ampere)

1 150 2.038 59.5

2 150 2.038 58.8

3 150 2.038 58.8

4 150 2.037 58.7

5 150 2.038 58.3

6 150 2.039 57.6

7 150 2.038 56.9

8 150 2.038 56.3

9 150 2.039 55.7

10 150 2.038 55.1

Tabel 5


Waktu (s)Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

(volt)

Kuat Arus

(ampere)

1 190 2.034 59.1

2 190 2.034 58.0

3 190 2.034 58.2

4 190 2.033 58.2

5 190 2.034 58.3

6 190 2.034 58.3

7 190 2.034 58.3

8 190 2.034 58.29 190 2.033 58.3

10 190 2.033 58.2


8/18

Tabel 6


Waktu (s)Kecepatan

Angin (m/s)

Tegangan

(volt)

Kuat Arus

(ampere)

1 230 2.028 54.5

2 230 2.027 54.5

3 230 2.027 54.5

4 230 2.027 54.6

5 230 2.027 54.8

6 230 2.027 55.0

7 230 2.028 55.2

8 230 2.028 55.4

9 230 2.029 55.510 230 2.029 55.7

Dari data di atas, kita telah memperoleh grafik hubungan antara "Tegangan

Hotwire dan Waktu" untuk setiap kecepatan aliran udara dan hubungan antara

"Rata-Rata Tegangan Hotwire dan Kecepatan Aliran Angin" pada masing-masing

percobaan. Lalu, kita dapat menghitung persamaan garis sebagai literatur untuk

sebaran nilai perolehan data percobaan.

V.1 Grafik Hubungan antara Waktu (s) dan Tegangan (volt)

Gambar 1

Grafik Hubungan Waktu (s) dan Tegangan (volt) saat kecepatan angin v = 0 m/s


9/18

Gambar 2


Gambar 3



10/18

Gambar 4


Gambar 5



11/18

Gambar 6


V.2. Grafik Hubungan antara Tegangan (volt) & Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Untuk menentukan hubungan antara tegangan hot wire dan kecepatan

angin, terlebih dahulu kita tentukan besar rataan tegangan pada tiap-tiap

percobaan. Berikut merupakan tabel hasil penghitungan rata-rata tersebut.

Kecepatan Aliran Angin (m/s) Tegangan rata-rata (volt)0 2.112

70 2.066

110 2.045

150 2.038

190 2.034

230 2.028


12/18

Grafik berikut merupakan hasil dari data pada tabel diatas.

V.3 Persamaan Kecepatan Angin Sebagai Fungsi dari Tegangan Hotwire

Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wire

dapat diperoleh dengan menggunakan least square grafik hubungan dari

keduanya. Perhitungannya adalah sebagai berikut.

Kec. Angin

(m/s) (Xi)

Tegangan

(volt) (Yi)(Xi)

2(Yi)

2Xi.Yi

0 2.112 0 4.460544 0

70 2.0665 4900 4.270422 144.655

110 2.0451 12100 4.182434 224.961

150 2.0381 22500 4.153852 305.715

190 2.0337 36100 4.135936 386.403

230 2.0277 52900 4.111567 466.371

= 750 = 12.3231 = 128500 = 25.31475 = 1528.105

Dari data diatas, kita dapat menentukan hubungan antara tegangan dan

kecepatan angin dengan menggunakan least square.


13/18

m =

b =

m adalah besarnya gradien dari grafik hubungan antara keduanya dan b adalah

faktor penambah. Keduanya merupakan variabel pada persamaan yang

menghubungkan antara kecepatan angin dan tegangan. Dengan memasukkan data

yang kita miliki, kita akan mendapatkan bahwa:

m = = = -0.00035

b = = =

2.09803

Dari data di atas, kita mendapatkan persamaan (least square) dari hubungan

tegangan dan kecepatan angin, dengan kecepatan angin sebagai variabel bebas x

dan tegangan sebagai variabel terikat y, adalah:

y = -0.00035x + 2.09803

Setelah itu, kita dapat mencari kesalahan pada perhitungan persamaan berikut:

b = y

dengan :


14/18

y =

Maka, kita akan mendapatkan besarnya kesalahan/deviasi dari perhitungan

ini, yaitu: b = 0.0000856.

Selanjutnya, dari hasil perhitungan ini kita dapat menghitung besarnya

kesalahan dari perhitungan, yaitu:

TK =

TK =

Berdasarkan data percobaan yang berupa persamaan garis dari hubungan

tegangan dan kecepatan angin, y = -0.00035x + 2.09803, kita dapat mengetahui

bahwa:

y = -0.00035x + 2.09803

y - 2.09803 = -0.00035x

x = 5994.4 2857.1y

dengan x = kecepatanangin

y = tegangan

maka:

kecepatan angin (m/s) = 5994.4 2857.1 [tegangan (volt)]

Berdasarkan perhitungan tersebut, dapat disimpulkan bahwa kawat hot wire

dapat juga digunakan sebagai pengukur kecepatan angin. Kecepatan angin

dipengaruhi oleh tegangan. Semakin tinggi tegangan, semakin kecil nilai

kecepatan angin. Hal tersebut juga berlaku sebaliknya.


15/18

VI. Analisa

VI.1. Analisa Percobaan dan Hasil

Pada percobaan yang pertama, variabel yang terlibat adalah tegangan

dan waktu yang dibutuhkan di tiap-tiap kecepatan angin yang bervariasi.,

mulai dari 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s hingga 230 m/s.

Perbedaan kecepatan yang ada ditujukan agar praktikan mengetahui

perbedaan pada masing-masing percobaan.

Untuk setiap kecepatan, percobaan dilakukan dengan selang waktu 10

detik dimana setiap 1 detik komputer telah mencatat tegangan dan kuat arus.

Jadi, data yang didapat praktikan adalah 60 data. Semua data yang ada telah

digambarkan dalam grafik yang merujuk kepada persamaan garis pada

masing-masing data kecepatan angin.

Persamaan-persamaan garisnya adalah sebagai berikut:

a) untuk v = 0 m/s, persamaan garis : y = = -2E-16x + 2.112b) untuk v = 70 m/s, persamaan garis : y = -6E-06x + 2.0665c) untuk v = 110 m/s, persamaan garis : y = -5E-05x + 2.0454d) untuk v = 150 m/s, persamaan garis : y = 7E-05x + 2.0377e) untuk v = 190 m/s, persamaan garis : y = -8E-05x + 2.0341f) untuk v = 230 m/s, persamaan garis : y = 0.0002x + 2.0267

Sedangkan untuk hubungan antara tegangan sebagai variabel terikat dan

kecepatan angin sebagai variabel terikat, data tentang tegangan yang

dihasilkan di tiap-tiap kecepatan dirata-rata terlebih dahulu.

Persamaan yang didapat adalah:

y = -0.0151x + 2.1065

dimana y adalah tegangan (volt) dan x adalah kecepatan angin yang

divariasikan (m/s). Persamaan tersebut juga dapat diubah untuk mencari nilai


16/18

kecepatan di mana untuk mencapai nilai kecepatan tersebut, persamaan bisa

diubah menjadi:

x = 5994.4 2857.1y

VI.2. Analisa Grafik

VI.2.1. Grafik Hubungan Tegangan dan Waktu

Grafik hasil percobaan merupakan grafik hubungan antara tegangan

listrik pada kawat pijar / hotwire dan waktu untuk tiap aliran udara yang

diatur. Pada Grafik Hubungan Tegangan dan Waktu, mayoritas gradien

garis literature/acuan bernilai negatif (-). Hal tersebut menandakan

bahwa adanya aliran udara dari fan akan mengubah nilai resistansi kawatsehingga arus listrik yang mengalir pun akan berubah. Semakin cepat

udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga semakin besar

dan arus listrik yang mengalir juga berubah. Aliran udara tersebut

menyebabkan tegangan pada kawat pijar / hotwire berkurang sedikit

demi sedikit seiring dengan bertambahnya kecepatan aliran udara. Hal ini

dapat di buktikan dengan data hasil percobaan yang diperoleh.

VI.2.2. Grafik Hubungan Tegangan dengan Kecepatan Aliran Udara

Grafik percobaan ini merupakan grafik hubungan antara tegangan

listrik pada kawat pijar / hotwire dan kecepatan aliran udara pada fan /

kipas, gradien garis literatur / acuan untuk persamaan kecepatan udara

tiap detik juga bernilai negatif (-),. Hal tersebut membuktikan bahwa

tegangan listrik dari kawat pijar / hotwire berkurang ketika kecepatan

aliran udara bertambah. Besarnya penurunan tegangan kawat pijar tidak

selalu sama tetapi bervariasi, hal tersebut dapat disebabkan karena

kesalahan relatif yang dapat terjadi pada saat praktikum, sehingga grafik

yang diperoleh tidak terlalu baik. Sebaran nilai data percobaan tidak

seluruhnya sesuai dengan literatur, tetapi sebaran nilai data perolehan


17/18

tidak terlalu jauh dari garis literatur atau acuan. Kesalahan-kesalahan

yang terjadi tidak dapat seluruhnya diidentifikasi, sebab eksperimen ini

dilakukan dengan menggunakan jaringan internet yang terhubung pada

alat praktikum elektronik, terutama disebabkan karena webcam /

camcorder yang ada di dekat alat praktikum tidak aktif atau tidak

berfungsi.

VI.3. Analisa Kesalahan

Dalam percobaan disipasi kalor hotwire kali ini data yang diperoleh

sedikit berbeda dengan acuan / literatur, hal ini dapat terjadi mungkin

karena banyak kesalahan yang terjadi pada saat eksperimen. Sehingga

hasil yang diperoleh tidak terlalu baik, tetapi tidak terlalu jauh dari nilai

literatur / acuan. Kesalahan-kesalahan yang mungkin dapat terjadi pada

saat percobaan ini yakni:

Alat-alat praktikum yang tidak dikalibrasikan sebelumnya, sehinggadata yang diperoleh sedikit berbeda dengan literatur.

Webcam / camcorder yang tidak aktif / tidak berfungsi, sehinggakita tidak dapat melihat jalannya praktikum.

Kesalahan dalam perhitungan, misalnya penggunaan metode atauaturan angka penting yang kurang sesuai dengan kaidah yang

seharusnya.

VII. Kesimpulan

Single normal probe adalah suatu tipe hotwire yang paling banyak dan palingumum digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi.

Perpindahan panas dalam sistem hot wire ke lingkungan mempengaruhifluida.

Semakin cepat aliran udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansijuga semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah.

Hot-Wire dapat juga digunakan menentukan kecepatan udara. Syaratnya


18/18

nilai tegangan juga harus diketahui lebih dahulu. 6. Semakin besar tegangan,

semakin kecil nilai kecepatan angin. Begitu pula sebaliknya.

Hot wire sering digunakan dalam bidang meteorologi dan geofisika.

VIII. Daftar Pustaka

Adrian, R. J., R. E. Johnson, et al. (1984). "Aerodynamic Disturbances of Hotwire

Probes and Directional Sensitivity." Journal of Physics Engineering: Scientific

Instrumentations 17: 62-71

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

kr01-yukidesiandini

Documents