laporan praktikum kr-01
DESCRIPTION
Laporan Praktikum KR-01 DISIPASI HOTWIRETRANSCRIPT
-
LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA DASAR
NAMA : RACHMAH RIZKY
NPM : 1306368785
FAKULTAS/PROGRAM STUDI : TEKNIK/TEKNIK MESIN
NAMA & NOMOR PRAKTIKUM : KR-01 & DISIPASI KALOR HOT WIRE
MINGGU PRAKTIKUM : PEKAN 5
TANGGAL PRAKTIKUM : 14 OKTOBER 2013
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP-IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
-
DISIPASI KALOR HOT WIRE
I. TUJUAN
Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. 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
III. LANDASAN TEORI
Tipe hotwire yang paling banyak digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi
kecepatan aliran hanya dalam arah axial adalah tipe single normal probe. Probe tipe ini terdiri
dari sebuah kawat logam pendek halus yang disatukan pada dua kawat baja yang kemudian
masing-masing dari 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; seperti yang dapat dilihat pada persamaan berikut:
Nilai resistensi kawat dapat berubah apabila probe dihembuskan udara sehingga mengubah
arus listrik yang dialirkan. Semakin cepat udara yang dialirkan maka perubahan nilai resistensi
pun akan semakin besar dan alur listrik yang mengalir akan berubah.
Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat ratio (rasio overheat)
yang dirumuskan pada persamaan berikut:
Keterangan:
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).
P = v i t
-
Untuk menentukan persamaan antara tegangan kawat (wire voltage, E), hot wire probe harus
dikalibrasi dengan kecepatan referensi (reference velocity, U). Berikutnya setelah mendapat
persamaan yang dicari, informasi kecepatan dalam setiap percobaan dapat dievaluasi
menggunakan persamaan tersebut.
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.
Percobaan yang akan dilakukan adalah mengukur tegangan kawat pada temperatur ambient
dan mengukur tegangan kawat saat dialiri arus udara dengan kecepatan yang dihasilkan oleh
fan. Kecepatan udara yang dialirkan oleh fan akan divariasikan melalui daya yang diberikan ke
fan yaitu 0, 70 , 110 , 150, 190, dan daya maksimal 230 m/s.
IV. CARA KERJA
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan melakukan prosedur sebagai berikut:
1. Melakukan log in terlebih dahulu pada halaman e-Laboratory menggunakan username dan password pribadi.
2. Meng-klik link percobaan KR-01 pada my courses. 3. Menuju halaman rLab yang alamatnya tertera di bagian bawah halaman modul
percobaan: http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01/
4. Mengaktifkan Webcam dengan meng-klik ikon video pada halaman rLab.
5. Mengalirkan udara berkecepatan 0 m/s dengan meng-klik pilihan drop down pada ikon
atur kecepatan aliran
Rangkaian Hot wire
-
6. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng-klik radio button pada ikon
menghidupkan power supply kipas
7. Mengukur tegangan dan arus listrik pada kawat hot wire dengan meng-klik ikon ukur.
8. Mengulang kembali langkah 5 hingga 7 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230
m/s.
Susunan sistem pada percobaan hot wire.
-
V. HASIL DAN EVALUASI
A. Data Pengamatan
Grafik Kecepatan Angin 0 m/s
Tabel Kecepatan 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 54.0
5 0 2.112 54.1
6 0 2.112 54.4
7 0 2.112 54.5
8 0 2.112 54.5
9 0 2.112 54.3
10 0 2.112 54.0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 0 m/s
V-HW
-
Grafik Kecepatan Angin 70 m/s
Tabel Kecepatan 70 m/s
Waktu Kec.Angin V-HW I-HW
1 70 2.070 54.1
2 70 2.070 54.2
3 70 2.070 54.4
4 70 2.070 54.8
5 70 2.070 55.2
6 70 2.069 55.4
7 70 2.070 55.1
8 70 2.069 54.6
9 70 2.070 54.2
10 70 2.071 54.2
2.068
2.0685
2.069
2.0695
2.07
2.0705
2.071
2.0715
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 70 m/s
V-HW
-
Grafik Kecepatan Angin 110 m/s
Tabel Kecepatan 110 m/s
Waktu Kec.Angin V-HW I-HW
1 110 2.054 54.4
2 110 2.055 54.4
3 110 2.054 54.3
4 110 2.054 54.4
5 110 2.054 54.5
6 110 2.054 54.6
7 110 2.054 54.8
8 110 2.055 55.1
9 110 2.055 55.4
10 110 2.054 55.6
2.0534
2.0536
2.0538
2.054
2.0542
2.0544
2.0546
2.0548
2.055
2.0552
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 110 m/s
V-HW
-
Grafik Kecepatan Angin 150 m/s
Tabel Kecepatan 150 m/s
Waktu Kec.Angin V-HW I-HW
1 150 2.050 55.0
2 150 2.051 54.7
3 150 2.049 54.4
4 150 2.049 54.2
5 150 2.050 54.1
6 150 2.050 54.2
7 150 2.049 54.4
8 150 2.050 54.6
9 150 2.050 55.0
10 150 2.050 55.1
2.048
2.0485
2.049
2.0495
2.05
2.0505
2.051
2.0515
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 150 m/s
V-HW
-
Grafik Kecepatan Angin 190 m/s
Tabel Kecepatan 190 m/s
Waktu Kec.Angin V-HW I-HW
1 190 2.046 55.3
2 190 2.047 54.9
3 190 2.047 54.4
4 190 2.046 54.2
5 190 2.046 54.4
6 190 2.045 54.9
7 190 2.045 55.3
8 190 2.045 55.0
9 190 2.044 54.5
10 190 2.044 54.2
2.0425
2.043
2.0435
2.044
2.0445
2.045
2.0455
2.046
2.0465
2.047
2.0475
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 190 m/s
V-HW
-
Grafik Kecepatan Angin 230 m/s
Tabel Kecepatan 230 m/s
Waktu Kec.Angin V-HW I-HW
1 230 2.043 54.6
2 230 2.043 55.2
3 230 2.043 55.4
4 230 2.043 55.1
5 230 2.043 54.7
6 230 2.043 54.3
7 230 2.042 54.2
8 230 2.043 54.4
9 230 2.043 54.7
10 230 2.043 55.2
2.0414
2.0416
2.0418
2.042
2.0422
2.0424
2.0426
2.0428
2.043
2.0432
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ke
cep
atan
Waktu
Kecepatan 230 m/s
V-HW
-
B. Pengolahan Data
Untuk mengetahui hubungan tegangan hot wire dengan kecepatan angin, maka kita harus
mencari tegangan rata-rata pada setiap kecepatan.
Hubungan Tegangan Hot Wire dengan Kecepatan Aliran Angin
i Xi Yi Xi Yi Xi Yi
1 0 2.112 0 4.460544 0
2 70 2.0699 4900 4.284486 144.893
3 110 2.0543 12100 4.220148 225.973
4 150 2.0498 22500 4.20168 307.47
5 190 2.0455 36100 4.18407 388.645
6 230 2.0429 52900 4.17344 469.867
750 12.3744 128500 25.52437 1536.848
Dari data tersebut, dapat dicari hubungan antara kecepatan dan tegangan dengan metode least square, dengan rumus:
a=
a= 2.098199
b=
b= -0.00029
0 70 110 150 190 230
Tegangan (V) 2.112 2.0699 2.0543 2.0498 2.0455 2.0429
2
2.02
2.04
2.06
2.08
2.1
2.12
Tegangan rata-rata terhadap kecepatan angin
y = bxa
()
2 ()
n(XiYi) XiYi
()
(128500 12.3744) (750 1536.848)
(6 128500 ) (750)
(6 1536.848) (750 12.3744)
(6 128500) (750)
-
Sehingga persamaannya adalah:
y = bx a
y = -0.00029 x 2.098199
VI. ANALISIS
1. Analisis Percobaan
Pada percobaan KR-01 ini adalah jenis praktikum yang dilakukan secara online sepenuhnya
dengan mengakses rLab (remote laboratory). Tujuan praktikum kali ini adalah menggunakan
hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Alat-alat yang dibutuhkan pada percobaan ini
adalah sebagai berikut:
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.
Alat-alat tersebut tidak kita persiapkan secara langsung namun telah tersedia secara virtual
dalam situs rLab. Yang kita butuhkan dan harus dipersiapkan adalah perangkat komputer dan
koneksi internet.
Langkah pertama yang harus dilakukan adalah log in pada akun sitrampil kita dengan
mengakses e-Laboratory. Kemudian setelah membaca modul percobaan, berlanjut dengan
menuju halaman rLab yang telah dicantumkan. Langkah-langkah kerja untuk praktikum virtual
ini juga diberitahukan kembali: mengatur kecepatan angin dengan variasi yang telah ditentukan
0, 70, 110, 150, 190, dan 230 m/s; berikutnya, kita harus meng-klik ikon tombol radio di bagian
menghidupkan power supply kipas untuk mengaktifkan kipas virtual; untuk mengetahui data
tegangan yang akan diukur kita harus meng-klik tulisan ukur. Langkah-langkah kerja tersebut
diulangi sesuai dengan variasi kecepatan angn yang tekah ditentukan, dan data yang telah kita
kumpulkan dapat diunduh dalam bentuk data atau pun grafik.
Namun pada praktikum virtual ini, praktikan membutuhkan perangkat komputer dan koneksi
internet yang cepat. Jika koneksi yang dimiliki tidak memadai maka waktu percobaan yang
tekah disediakan akan habis sebelum praktikum selesai dan pratikan harus mengulang kembali
percobaan untuk mendapatkan data. Praktikan juga tidak mengetahui kinerja sistem dari
percobaan tersebut, atau pun bagaimana merangkai susunan sistem. Kelebihannya adalah
-
percobaan dapat dilakukan kapan saja waktu dengan peralatan yang kita butuhkan tersebut .
Percobaan pun dapat dilakukan berulang kali meskipun diberikan batasan waktu. Praktikan juga
tidak perlu menyediakan atau pun mencari peralatan yang telah diadakan secara virtual oleh
rLab.
2. Analisis Hasil
Percobaan kali ini dilakukan enam kali percobaan dengan varian kecepatan fan yang
digunakan. Hal ini dilakukan untuk membandingkan tegangan hotwire pada kecepatan udara
yang dihasilkan oleh fan. Nilai resistensi kawat akan berubah saat udara dialirkan sehingga
mengubah besarnya aliran listrik di dalam kawat. Semakin cepat udara yang dialirkan,
perubahan nilai arus listrik yang mengalir berubah dan nilai resistansi menjadi semakin besar.
Pada data pengamatan untuk kecepatan angin 0 m/s memiliki tegangan paling besar, maka
bisa disimpulkan semakin besar kecepatan angin yang dialirkan semakin kecil tegangan yang
dihasilkan.
3. Analisis Grafik
Grafik menunjukkan hubungan antara tegangan pada variable y dan waktu di variable x yang
untuk varian kecepatan angin yang berbeda sesuai modul percobaan. Kecepatan udara tidak
mengalami perubahan pada sumbu, sehingga semakin lama angin bertiup maka energy kalor
menjadi semakin kecil. Dengan kata lain tegangan listrik akan menjadi lebih kecil seiring
dengan bertambahnya waktu. Penurunan tersebut terjadi karena peristiwa disipasi dari kalor
hotwire yang terjadi pada kecepatan angin tertentu. Grafik memperlihatkan bahwa
semakin besar kecepatan aliran angin,maka semakin menurun tegangan listrik.
C. Tugas Akhir
a. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wire adalah :
P = V I
W = V I T
F V = V I T
b. Kita dapat menggunakan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin.
VII. KESIMPULAN
1. Hot wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara. Kinerjanya adalah dengan menghubungkan masing-masing ujung hotwire dengan sumber tegangan agar energi listrik mengalir pada hotwire tersebut. Energi listrik ini akan didisipasi menjadi kalor yang kemudian digunakan untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan guna menghitung kecepatan angin.
2. Grafik menunjukkan hubungan yang berbanding terbalik antara nilai tegangan dengan kecepatan angin.
-
VIII. 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.