Kr01 disipasi kalor hot wire

Laporan Praktikum R-Lab

KR01-Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Krisna Dwi Nugroho

NPM : 1206202412

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Elektro

Program Studi : Teknik Komputer

Kode Praktikum : KR01

Tanggal Praktikum : 22 Maret 2013

Laboraturium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

KR-01 Disipasi Kalor Hot Wire

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampermeter

4. Adjustable power supply

5. Comcoder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Dasar 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.

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

𝑅𝑎

P = v i Δ t .........( 1 )

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 dalam bentuk persamaan linear atau

persamaan polynomial.

Pada percobaan yang akan dilakukan, yaitu mengukur tegangan pada temperatur ambient dan

mengukur tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan kecepatan yang dihasilkan oleh fan.

Kecepatan aliran udara akan divariasi melalui daya yang diberikan ke fan, yaitu 70 m/s, 110 m/s,

150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s.

Cara Kerja

1. Untuk memulai praktikum, praktikan meng-klik “link ke RLab” pada bagian bawah

modul KR01!

2. Mengaktifkan Web Cam! (klik icon video pada halaman web r-lab)!

3. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan meng”klik” pilihan drop

down pada icon “atur kecepatan aliran”.

4. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas”.

5. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hotwire dengan cara meng”klik” icon

“ukur”.

6. Mengulangi langkah ke-3 hingga ke-5 untuk kecepatan 70, 110, 150, 190, dan 230

m/s!

Tugas & Evaluasi

1. Berdasarkan data yang didapat, buatlah grafik yang menggambarkan hubugan tegangan

hotwire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Berdasarkan pengolahan data diatas, buatlah grafik yang menggambarkan hubungan

tegangan hotwire dengan kecepatan aliran angin.

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

4. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan hotwire

sebagai pengukur kecepatan angin?

5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

Data dan Hasil Percobaan

1. Kecepatan 0 m/s

Waktu Kecepatan angin V-HW I-HW

1 0 2.112 54.8

2 0 2.112 54.8

3 0 2.112 54.8

4 0 2.112 54.9

5 0 2.112 54.9

6 0 2.112 55

7 0 2.112 55

8 0 2.112 55

9 0 2.112 55

10 0 2.112 54.8

2. Kecepatan 70 m/s


1 70 2.08 54

2 70 2.079 54

3 70 2.083 54

4 70 2.082 54.1

5 70 2.08 54.1

6 70 2.081 54.2

7 70 2.08 54.2

8 70 2.079 54.3

9 70 2.08 54.3

10 70 2.081 54.5

3. Kecepatan 110 m/s


1 110 2.062 54.1

2 110 2.061 54.1

3 110 2.062 54.1

4 110 2.061 54.2

5 110 2.061 54.3

6 110 2.062 54.4

7 110 2.062 54.6

8 110 2.061 54.9

9 110 2.063 55.3

10 110 2.063 55.5


Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 150 2.055 54.2

2 150 2.055 54.1

3 150 2.055 54.2

4 150 2.054 54.3

5 150 2.054 54.5

6 150 2.055 54.8

7 150 2.055 55.2

8 150 2.055 55.7

9 150 2.054 56

10 150 2.054 56.3

5. Keecepatan 190 m/s


1 190 2.05 54.3

2 190 2.05 54.5

3 190 2.05 54.8

4 190 2.051 55.2

5 190 2.051 55.7

6 190 2.051 56

7 190 2.05 56.3

8 190 2.05 56.5

9 190 2.05 56.2

10 190 2.05 55.9


Keterangan: kecepatan angin (m/s)

Grafik Tegangan Terhadap Waktu

1. Kecepatan 0 m/s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V = 0 m/s

Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 230 2.047 54.3

2 230 2.047 54.4

3 230 2.047 54.5

4 230 2.048 54.6

5 230 2.047 54.7

6 230 2.047 54.9

7 230 2.047 55.1

8 230 2.047 55.3

9 230 2.047 55.7

10 230 2.047 55.9

2. Kecepatan 70 m/s


2.077

2.078

2.079

2.08

2.081

2.082

2.083

2.084

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V = 70 m/s

2.06

2.0605

2.061

2.0615

2.062

2.0625

2.063

2.0635

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V = 110 m/s



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

V = 150 m/s

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

V = 190 m/s


Grafik Tegangan Rata-Rata Terhadap Kecepatan Angin

2.0464

2.0466

2.0468

2.047

2.0472

2.0474

2.0476

2.0478

2.048

2.0482

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V = 230 m/s

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Tegangan Rata-Rata Terhadap Waktu

No. Kecepatan Angin Tegangan Rata-Rata

1 0 2.112

2 70 2.0805

3 110 2.0618

4 150 2.0546

5 190 2.0503

6 230 2.0471

Persamaan Angin Sebagai Fungsi Hotwire

Untuk memudahkan perhitungan, praktikan dapat menggunakan data dari Tegangan Rata-Rata

dalam pengolahan data Least Square

No. xi yi xi^2 yi^2 xiyi

1 0 2.112 0 4.460544 0

2 70 2.0805 4900 4.32848025 145.635

3 110 2.0618 12100 4.25101924 226.798

4 150 2.0546 22500 4.22138116 308.19

5 190 2.0503 36100 4.20373009 389.557

6 230 2.0471 52900 4.19061841 470.833

∑ 750 12.4063 128500 25.65577315 1541.013

Keterangan : X = Kecepatan Angin

Y = Tegangan Rata-Rata

𝑚 =𝑛∑xiyi − (∑xi)(∑yi)

n∑xi2 − (∑xi)2

𝑚 =(6 ∗ 1541.013) − (750 ∗ 12.4063)

(6 ∗ 128500) − 562500= −0.000281

𝑏 =∑xi2∑yi − ∑xi∑(xiyi)

n∑xi2 − (∑xi)2

𝑏 =(128500 ∗ 12.4063) − (750 ∗ 1541.013)

(6 ∗ 128500) − 562500= 2.103

Jadi, persamaan dari fungsi kecepatan angin adalah

y = -0.000281x + 2.103

Berdasarkan perhitungan sebelumnya, persamaan yang diperoleh

y = -0.000281x + 2.103

y – 2.103 = -0.000281x

x = 7483.99 – 3558.72

dengan,

x = kecepatan angin

y = tegangan listrik

maka, kecepatan angin = 7483.99 – 3558.72 * (tegangan listrik)

Dengan persamaa diasat, dapat disimpulkan bahwa kawat hotwire dapat digunakan untuk

mengukur kecepatan udara atau angin. Serta dapat disimpulkan bahwa tingginya tengangan yang

dihasilkan dipengaruhi oleh semakin kecilnya kecepatan udara yang mengalir, begitu pula

sebaliknya. Semakin besarnya kecepatan udara yang mengalir, maka semakin rendah tengangan

yang tercatat.

Analisa Percobaan

1. Analisa Percobaan dan Hasil

Dalam percobaan ini, praktikan membuktikan bahwa sebuah kawat hotwire dapat

digunakan sebagai pengukur kecepatan udara. Para percobaan ini, praktikan menggunakan

R-Lab sebagai tempat untuk melakukan praktikum dengan menggunakan komputer untuk

mengakses R-Lab.

Pada percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire”, terdapat beberapa variabel, yaitu kecepatan

udara sebagai variabel bebas dan tegangan listrik sebagai variabel terikat. Kecepatan udara

diatur menjadi beberapa variasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230

m/s. Pengukuran tegangan dilakukan setiap detik selama jangka waktu sepuluh detik untuk

setiap kecepatan.

Setelah semua hasil tegangan dari variasi kecepatan diperoleh, praktikan mengolah data

dengan menggunakan metode Least Square untuk memperoleh persamaan kecepatan

angin. Praktikan menggunakan data kecepatan angin dan tegangan rata-rata untuk

memudahkan dalam penghitungan. Sehingga diperoleh persamaan:

y = -0.000281x + 2.103

Karena dalam tujuan percobaan ini adalah menggunakan kawat hot wire sebagai sensor

kecepatan udara, maka persamaan tersebut diubah menjadi persamaan baru, yaitu

x = 7483.99 – 3558.72y

dengan x berfungsi sebagai kecepatan udara dan y sebagai tegangan listrik. Dengan

persamaan tersebut, dapat dibuktikan bahwa sebuah kawat hotwire dapat digunakan

sebagai sensor atau alat pengukur kecepatan udara.

2. Analisa Grafik

Pada percobaan ini, terdapat dua buah jenis grafik yang ditampilkan, yaitu grafik tegangan

listrik terhadap waktu dan grafik tegangan rata-rata terhadap kecepatan angina. Pada grafik

pertama, terlihat bahwa gradient garis pada grafik berslope negatif. Hal ini berarti saat

kecepatan udara bertambah, maka tegangan yang ditampilkan nilainya akan semakin kecil.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa kecepatan udara dengan tegangan listik berbanding

terbalik satu sama lain.

Kesimpulan

Sebuah kawat hot wire dapat digunakan sebagai sensor atau alat pengukur kecepatan udara

Semakin besar kecepatan udara, maka semakin kecil nilai tegangan listrik

Referensi

Giancoli, Douglas C. 2000. Physic for Scientist & Engineers, 3rd Edition. NJ: Prentice Hall.

Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamental of Physics, 7th Edition. NJ: Wiley & Sons, Inc.

Kr01 disipasi kalor hot wire

Education