KR01 1506727822 Bisma Renata Artala

DISIPASI HOT WIRE – KR01 BISMA RENATA ARTALA - 1506727822

LAPORAN PRAKTIKUM

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Bisma Renata Artala

NPM : 1506727822

Fakultas : Teknik

Program Studi : Teknik Mesin

Nama Percobaan : KR01 Disipasi kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : 3

Tanggal Percobaan : 2 Oktober 2015

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA


Disipasi Kalor Hot Wire

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Peralatan

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Prinsip Dasar

Disipasi panas adalah fenomena keluarnya panas karena tubrukan atau gesekan di

dalam ruangan yang berisi kumpulan partikel. Gesekan atau friksi biasanya akan menimbulkan

panas. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari antara lain menggesekgesekkan telapak tangan,

mengamplas kayu dan besi, mengebor, membenturkan batu, mengerem, menyalakan korek api,

atau menstater motor dan mobil.

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 Δ 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).

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.


Model percobaan

Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman

ini.

1. Aktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !

2. Berikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop

down pada icon “atur kecepatan aliran”.

3. Hidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas.

4. Ukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon

“ukur”.

5. Ulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s !


Tugas & Evaluasi

1. Berdasarkan data yang didapat , buatlah grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan

Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

2. Berdasarkan pengolahan data di atas, 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 kawat

Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?

5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.


HASIL DAN EVALUASI

Data Pengamatan

1. Data saat kecepatan 0 m/s

Waktu V-HW I-HW

1 2.112 54.3

2 2.112 54.2

3 2.112 54.3

4 2.112 54.3

5 2.112 54.4

6 2.112 54.5

7 2.112 54.6

8 2.112 54.8

9 2.112 55.0

10 2.112 55.0


Waktu V-HW I-HW

1 2.066 55.9

2 2.065 55.7

3 2.064 55.7

4 2.065 55.7

5 2.067 55.6

6 2.067 55.5

7 2.067 55.4

8 2.067 55.4

9 2.067 55.4

10 2.066 55.4


Waktu V-HW I-HW

1 2.049 54.5

2 2.049 55.1

3 2.049 55.7

4 2.048 56.3

5 2.048 56.8

6 2.048 57.0


7 2.047 56.7

8 2.048 56.3

9 2.048 56.0

10 2.048 55.5


Waktu V-HW I-HW

1 2.040 55.6

2 2.041 54.8

3 2.041 54.5

4 2.040 54.3

5 2.041 54.2

6 2.041 54.2

7 2.041 54.5

8 2.041 54.9

9 2.041 55.7

10 2.041 56.4


Waktu V-HW I-HW

1 2.037 54.3

2 2.037 54.3

3 2.036 54.4

4 2.036 54.6

5 2.036 55.0

6 2.037 55.6

7 2.036 56.2

8 2.037 56.6

9 2.037 57.1

10 2.036 57.4


Waktu V-HW I-HW

1 2.033 54.4

2 2.033 54.3

3 2.033 54.4


4 2.032 54.7

5 2.032 54.8

6 2.032 55.2

7 2.032 55.8

8 2.032 56.2

9 2.032 56.6

10 2.032 56.8


Pengolahan Data

Grafik hubungan tegangan hotwire terhadap waktu untuk tiap kecepatan aliran udara

Waktu V1=0 V2=70 V3=110 V4=150 V5=190 V6=230

1 2.112 2.066 2.049 2.040 2.037 2.033

2 2.112 2.065 2.049 2.041 2.037 2.033

3 2.112 2.064 2.049 2.041 2.036 2.033

4 2.112 2.065 2.048 2.040 2.036 2.032

5 2.112 2.067 2.048 2.041 2.036 2.032

6 2.112 2.067 2.048 2.041 2.037 2.032

7 2.112 2.067 2.047 2.041 2.036 2.032

8 2.112 2.067 2.048 2.041 2.037 2.032

9 2.112 2.067 2.048 2.041 2.037 2.032

10 2.112 2.066 2.048 2.041 2.036 2.032


Grafik tegangan hot wire dengan kecepatan angin - Cari tegangan rata-rata hot wire di masing-masing kecepatan

Kecepatan(m/s)

Rata-Rata

Tegangan(V)

0 2.112

70 2.066

110 2.048

150 2.041

190 2.037

230 2.032

Least Square

x=kecepatan angin (m/s) y=rata-rata tegangan pada

tiap-tiap kecepatan angin(V)

x y xy x^2 xy^2

0 2.112 0 0 0

70 2.066 144620 4900 20914944400

110 2.048 225280 12100 50751078400

150 2.041 306150 22500 93727822500

190 2.037 387030 36100 1,49792E+11

230 2.032 467360 52900 2,18425E+11

∑ 750 12.336 1530440 128500 5,33611E+11

2.020

2.030

2.040

2.050

2.060

2.070

2.080

2.090

2.100

2.110

2.120

0 50 100 150 200 250

Rata - Rata Tegangan(V)

Rata - Rata Tegangan(V)


Analisis

Percobaan KR01 tentang disipasi kalor dilakukan secara online melalui rLab. Walaupun

percobaan ini dilakukan secara online, hasil dari percobaan ini dapat mewakili hasil percobaan

langsung yang dilakukan secara manual.

Percobaan ini menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Sumber aliran

udara adalah kipas angin yang dirancang sedemikian rupa di dalam sebuah pipa lengkap dengan

probe yang telah dihubungkan dengan sumber tegangan. Probe itu sendiri berupa kawat logam

pendek halus yang ujung-ujungnya disatukan pada dua kawat baja yang terhubung ke sumber

tegangan. Pada probe akan mengalir arus listrik. Energi pada probe akan didisipasi oleh kawat

menjadi energi kalor. Pada percobaan ini tegangan dan arus diukur pada saat kecepatan 0 m/s,

70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s dan 230 m/s.

Berdasarkan pada prinsip kerjanya, bila kawat atau probe dihembus udara maka nilai resitansi

kawat akan berubah dan jumlah arus yang mengalir juga berubah. Semakin cepat udara yang

y = - 6 ,3327x + 2097, 0 R² = 0,8618 2.000

2.020

2.040

2.060

2.080

2.100

2.120

0 100 200 300

T

e

g

a

n

g

a

n

Kecepatan

Hubungan tegangan dengan kecepatan

Series1

Linear (Series1)


mengalir perubahan nilai resistansinya juga semakin besar. Tegangan semakin menurun saat

kecepatan bertambah, namun arusnya semakin meningkat.

Pada saat kecepatan angin 0 m/s, tegangan dan arus tidak berubah. Namun saat

kecepatan angin bertambah nilai tegangan dan arus berubah. Pengukuran dilakukan selama 10

detik. Dan selama selang waktu tersebut nilai tegangan dan arus tidak terlalu jauh dari nilai

rata-rata. Dapat disimpulkan bahwa lamanya pengukuran tidak terlalu berpengaruh pada nilai

tegangan yang dihasilkan.

Arus dan tegangan yang dihasilkan tidak meningkat atau menurun secara konstan tetapi

mengalami fluktuasi. Hal ini disebabkan ketika probe dihembus angin, probe tidak stabil

sehingga data yang dihasilkan pun berubah-ubah naik turun. Tegangan yang menurun dan arus

yang mengalami peningkatan dan penurunan disebabkan angin yang menerjang kawat

menyebabkan nilai resistansi kawat berubah sehinnga nilai arus dan tegangan pada hot wire

juga berubah. Besar kecilnya perubahan resistansi mempengaruhi perubahan kalor yang

didisipasikan pada probe.

Pada grafik tegangan terhadap kecepatan angin terlihat bahwa jika kecepatan semakin

besar tegangan semakin menurun.perubahan yang sangat besar terlihat pada saat kecepatan 0

m/s menjadi 70 m/s. dan pada percobaan selanjutnya dengan kecepatan yang ditingkatkan

secara teratur perubahan yang terjadi tidak terlalu tajam.

Pada grafik tegangan terhadap waktu terlihat bahwa tegangan cenderung konstan selama

percobaan yang dilakukan selama 10 detik. Meskipun mengalami perubahan nilai yang turun

naik, besar tegangan masih di sekitar nilai tegangan rata-rata. Dari hasil; ini diperoleh

kesimpulan bahwa lamanya waktu yang digunakan untuk percobaan disipasi kalor tidak

berpengaruh terhadap perubahan tegangan.

Meskipun waktu tidak berpengaruh terhadap perubahan tegangan namun berpengaruh

terhadap daya disipasi yang dihasilkan oleh kawat, hal ini sesuai dengan rumus

P = v i Δ t

Adanya hembusan angin yang menerpa kawat akan memberikan kawat gaya dorong

sebesar F. Namun gaya ini tidak diperhitungkan dalam percobaan disipasi kalor.

Pada grafik hubungan tegangan dengan kecepatan didapat persamaan y = -0,3327x +

2097,salah satu nilai tegangan disubstitusikan ke dalam persamaan hasil yang diperoleh akan


berbeda, karena persamaan tersebut merupakan pendekatan dari data yang diperoleh saat

praktikum.

Pada saat melakukan perhitungan saat untuk mendapatkan persamaan kecepatan angin

sebagai fungsi dari tegangan hotwire cenderung terjadi kesalahan. Dibutuhkan ketelitian agar

bisa menghasilkan persamaan yang benar-benar mendekati hasil yang diperoleh dari

praktikum.

Bila dilakukan praktikum secara manual, kecenderungan terjadi kesalahan mengambil

data sangat besar. Karena nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran relatif sama.

Berdasarkan hasil praktikum, kawat hot wire tidak dapat digunakan sebagai pengukur

kecepatan angin karena hasil yang diperoleh berupa data yang berfluktuasi. Kawat menjadi

tidak stabil saat menerima gaya dorong dari angin yang berhembus. Bila diberikan angin

berkecepatan sangat tinggi akan menyebabkan kawat bergetar hebat sehingga nilai

resistansinya juga berubah. Besarnya nilai resistansi kawat yang mempengaruhi arus dan

tegangan tidak dapat menjadi acuan dalam melakukan pengukuran terhadap kecepatan angin.

Hal in akan menyebabkan nilai resistansinya tergantung pada ketahanan kawat dalam

menerima gaya dari angin yang berhembus.

Kesimpulan

1. Kecepatan angin berbanding terbalik dengan tegangan dan berbanding lurus dengan

arus.

2. Besarnya energy listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus dan waktu.

3. Kawat tidak dapat digunakan sebagai sensor pengukur kecepatan udara karena sifatnya

yang tidak stabil saat ditiup angin.


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.

KR01 1506727822 Bisma Renata Artala

Documents

Transcript of KR01 1506727822 Bisma Renata Artala