Upload
harun-al-rasyid
View
23
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
laporan praktikum fisika dasar
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM
Disipasi Kalor Hot Wire
Nama : Rosya Prilia Chairani
NPM : 1206238646
Fakultas : Teknik
Program studi : Teknik Industri
Group : A5
No. Percobaan : KR01
Tanggal Percobaan: 13 Maret 2013
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Depok
Disipasi Kalor Hot Wire
Tujuan Praktikum
Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara
Alat
1. Kawat pijar (hot wire)
2. Fan
3. Voltmeter dan amperemeter
4. Adjustable power supply
5. Camrecorder
6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Teori Dasar
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
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:
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 ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari
daya maksimal 230 m/s.
Prosedur percobaan
1. Mengaktifkan webcam di rLab
2. Memberikan aliran udara sebesar 0 m/s
3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengaktifkan power supply
kipas
4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat pijar (hot wire)
5. Mengulangi langkah 2 sampai langkah 4 untuk kecepatan 70, 110, 150,
190, dan 230 m/s.
Data Hasil Percobaan
1. V = 0 m/s
Grafik
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 0 2.112 53.9
2 2 0 2.112 54.0
3 3 0 2.112 54.7
4 4 0 2.112 55.2
5 5 0 2.112 54.9
6 6 0 2.112 54.3
7 7 0 2.112 53.9
8 8 0 2.112 53.9
9 9 0 2.112 53.9
10 10 0 2.112 54.2
2. V = 70 m/s
Grafik
2.0535
2.054
2.0545
2.055
2.0555
2.056
2.0565
2.057
2.0575
2.058
2.0585
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 70 2.056 54.4
2 2 70 2.055 54.2
3 3 70 2.056 54.1
4 4 70 2.058 54.3
5 5 70 2.057 54.7
6 6 70 2.055 55.4
7 7 70 2.056 56.0
8 8 70 2.055 56.5
9 9 70 2.055 56.5
10 10 70 2.055 55.9
3. V = 110 m/s
Grafik
2.0345
2.035
2.0355
2.036
2.0365
2.037
2.0375
2.038
2.0385
2.039
2.0395
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 110 2.038 57.2
2 2 110 2.039 57.0
3 3 110 2.037 57.1
4 4 110 2.038 56.9
5 5 110 2.038 56.7
6 6 110 2.037 56.5
7 7 110 2.037 56.2
8 8 110 2.037 56.1
9 9 110 2.036 55.9
10 10 110 2.037 55.7
4. V = 150 m/s
Grafik
2.028
2.0285
2.029
2.0295
2.03
2.0305
2.031
2.0315
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 150 2.029 55.1
2 2 150 2.029 54.6
3 3 150 2.030 54.4
4 4 150 2.029 54.4
5 5 150 2.029 54.7
6 6 150 2.029 55.3
7 7 150 2.029 56.1
8 8 150 2.029 56.9
9 9 150 2.030 57.3
10 10 150 2.031 56.7
5. V = 190 m/s
Grafik
2.0234
2.0236
2.0238
2.024
2.0242
2.0244
2.0246
2.0248
2.025
2.0252
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 190 2.025 56.9
2 2 190 2.024 55.9
3 3 190 2.024 55.2
4 4 190 2.025 54.8
5 5 190 2.025 54.6
6 6 190 2.024 54.5
7 7 190 2.024 54.5
8 8 190 2.024 54.5
9 9 190 2.024 54.6
10 10 190 2.024 54.7
6. V = 230 m/s
Grafik
2.0204
2.0206
2.0208
2.021
2.0212
2.0214
2.0216
2.0218
2.022
2.0222
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
No Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 1 230 2.021 57.7
2 2 230 2.022 56.5
3 3 230 2.022 55.4
4 4 230 2.022 54.7
5 5 230 2.022 54.5
6 6 230 2.022 54.6
7 7 230 2.022 55.1
8 8 230 2.022 56.0
9 9 230 2.022 56.9
10 10 230 2.022 57.5
Pengolahan Data
Tabel hubungan antara kecepatan aliran angin (m/s) dengan tegangan (v)
Kecepatan (m/s) Tegangan rata-rata (v)
0 2.112
70 2.0558
110 2.0374
150 2.0294
190 2.0243
230 2.0219
Grafik
Tabel Least Square
x y xi2 yi
2 xiyi
0 2.112 0 4.460544 0
70 2.0558 4900 4.226314 143.906
110 2.0374 12100 4.150999 224.114
150 2.0294 22500 4.118464 304.41
190 2.0243 36100 4.09779 384.617
230 2.0219 52900 4.08808 465.037
Σ750 Σ 12.2808 Σ 128500 Σ 25.14219 Σ 1522.084
x = tegangan (v)
y = rata-rata kecepatan aliran angin (m/s)
1.96
1.98
2
2.02
2.04
2.06
2.08
2.1
2.12
0 70 110 150 190 230
Tega
nga
n (
v)
Kecepatan angin (m/s)
Perhitungan Least Square
∑ (∑ )(∑ )
∑ (∑ )
( ) ( )( )
( ) ( )
= 0,012
∑ ∑ (∑ )(∑ )
∑ (∑ )
( )( ) ( )( )
( ) ( )
Jadi, persamaan kecepatan angin sebagai fungsi hot wire adalah
y = 0,012x + 0,061
y = kecepatan angin (m/s)
x = tegangan (v)
Analisis Data
A. Analisis Percobaan
Percobaan KR01 dilakukan untuk mengetahui apakah hot wire dapat
digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara. Sumber udara yang
digunakan pada percobaan ini adalah kipas angin. Kecepatan udara yang
digunakan bervariasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan
230 m/s. Pada awal percobaan, digunakan kecepatan udara sebesar 0 m/s.
Pada kecepatan tersebut, tegangan dan arus listrik belum terpengaruh dari
kecepatan udara yang digunakan. Kipas angin dinyalakan, kecepatan kipas
diatur sesuai dengan variasi yang sudah ditentukan sebelumnya. Ketika
kipas angin dinyalakan, kecepatan angin mempengaruhi besar tegangan
dan arus listrik yang mengalir. Semakin besar kecepatan angin, semakin
besar pula arus listriknya. Sedangkan tegangan yang mengalir semakin
kecil karena disebabkan oleh udara yang dihembuskan oleh kipas angin
yang mempengaruhi resistensi pada kawat yang selanjutnya
mempengaruhi tegangan dan arus tersebut. Besar kecilnya perubahan
resistensi inilah yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada
probe.
Energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik
yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.
Maka pada persamaan tersebut,
W= V.I.t
Energi juga sebanding dengan gaya dan perpindahan
Maka,
W=F.s
Sedangkan jarak nilainya bergantung pada kecepatan dan waktu, jadi
energi listrik bergantung pada gaya, kecepatan dan waktu. Itu sebabnya
kecepatan angin mempengaruhi. Besar kecilnya perubahan resistensi inilah
yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada probe.
B. Analisis Hasil
Dengan percobaan ini, didapatkan hasil bahwa semakin besar
kecepatan angin yang digunakan, maka akan semakin besar pula nilai arus
listrik dan semakin kecil nilai tegangan yang mengalir pada kawat hot
wire.
Awalnya, dibuat tabel dan grafik untuk tiap kecepatan angin yang
digunakan. Setelah itu, data hasil pengamatan diolah. Dibuat tabel dan
grafik baru yang berisi kecepatan angin yang digunakan dan tegangan rata-
rata tiap kecepatan yang digunakan. Dengan tabel dan grafik yang
menjelaskan hubungan antara kecepatan angin dan tegangan, jelas terlihat
bahwa kecepatan angin yang digunakan berbanding terbalik dengan
tegangan yang mengalir pada kawat hot wire.
C. Analisis Kesalahan
Dalam melakukan sebuah percobaan, akan muncul faktor-faktor yang
dapat mempengaruhi hasil percobaan. Kesalahan yang terjadi cukup besar.
Kesalahan dapat dilihat dengan cara mensubtitusikan nilai kecepatan angin
dan nilai tegangan pada persamaan yang sudah didapatkan. Hasil yang
ditemukan dari persamaan yang disubtitusi tidak akan sama dengan hasil
yang muncul dari percobaan. Akan tetapi, percobaan ini dilaksanakan
dengan prosedur yang telah ditentukan, dari jarak jauh dan dengan
menggunakan komputer. Jadi, kesalahan yang terjadi pada percobaan ini
hampir bukan dari human error karena semua alat sudah diatur sedemikian
rupa oleh sistem.
D. Analisis Grafik
Berdasarkan grafik yang menjelaskan hubungan antara tegangan dan
waktu yang telah dibuat dari data hasil percobaan, dapat dilihat bahwa
tegangan yang mengalir relatif stabil, hanya memiliki sedikit perubahan.
Hal ini terjadi karena udara dari kipas angin tidak secara langsung berubah
kecepatannya, akan tetapi ada percepatan udara terlebih dahulu. Misalnya
dari kecepatan angin 0 m/s yang diubah menjadi 70 m/s. Tentu saja ketika
kipas dinyalakan, kecepatan angin tidak langsung 70 m/s. Angin
mengalami percepatan terlebih dahulu sehingga pada akhirnya mencapai
kecepatan 70 m/s.
Pada grafik yang menjelaskan hubungan antara tegangan dan
kecepatan angin yang telah dibuat dari data hasil pengolahan, terlihat
bahwa tegangan yang mengalir pada hot wire berbanding terbalik dengan
kecepatan udara yang dihembuskan oleh kipas angin. Semakin besar
kecepatan udara yang diberikan kipas angin, maka nilai tegangan yang
mengalir pada kawat hot wire semakin kecil.
Grafik yang dihasilkan menunjukkan adanya kesinambungan antara
data hasil percobaan dengan kondisi yang seharusnya terjadi, yaitu
kecepatan angin dari kipas angin berbanding terbalik dengan tegangan
yang dihasilkan oleh probe tersebut.
Kesimpulan
1. Besar energi listrik yang terdisipasi berbanding lurus dengan tegangan
yang mengalir, arus listrik yang mengalir dan lamanya waktu listrik
mengalir.
2. Semakin besar kecepatan udara yang digunakan, maka semakin besar pula
nilai resistensi yang dihasilkan dan semakin besar pula arus listrik yang
mengalir.
3. Penurunan tegangan yang mengalir pada kawat berlangsung seiring
dengan meningkatnya kecepatan udara yang digunakan.
4. Persamaan linier kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan adalah
y = 0,012x + 0,061
5. Hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara.
Referensi
Giancoli, D.C; Physics for Scientists and Engineers, Third Edition, Prentice
Hall, NJ, 2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th
Edition, Extended
Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Link rLab
http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01