konvert pdf
Post on 30-Sep-2015
43 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
LAPORAN PRATIKUM
Nama/NPM : Vithiya Sri Yulina / 1306392550
Fak/Jurusan : Teknik Metalurgi dan Material
Grup/Kawan kerja : A-11
No dan Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire
Minggu Percobaan : Pekan 02
Tanggal Percobaan : 03 Maret 2014
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UNIT PELAKSANAAN ILMU PENGETAHUAN DASAR
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
-
Disipasi Kalor Hot Wire
1. Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara
2. Alat
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
3. Landasan teori
Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan
penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dala
memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara
otomatis. 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).
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.
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 bentuk persamaan respon kalibrasi, diantaranya adalah persamaan
simple powerlaw dan persamaan extended power-law 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.
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.
4. Cara kerja
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah
halaman ini.
1. Mengaktifkan Web cam dengan mengklik icon video pada halaman web rlab
2. Memberi aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan
drop down pada ikon atur kecepatan aliran
3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada ikon
menghidupkan power supply kipas
4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara
mengklik ikon ukur
5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan
230 m/s
5. Tugas dan 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.
6. Pengolahan data
1. Berdasarkan data yang didapat . Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan
Tegangan Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.
Kecepatan 0 m/s2
Waktu Kec Angin V-HW I-HW 1 0 2.112 55.0 2 0 2.112 54.9 3 0 2.112 54.9 4 0 2.111 54.9 5 0 2.112 54.8 6 0 2.112 54.6 7 0 2.112 54.6 8 0 2.112 54.6 9 0 2.112 54.5 10 0 2.112 54.3
-
Kecepatan 70 m/s2
2,1104
2,1106
2,1108
2,111
2,1112
2,1114
2,1116
2,1118
2,112
2,1122
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grafik Hubungan antara Waktu dan Tegangan
Column1
Waktu Kec Angin V-HW I-HW 1 70 2.051 55.5 2 70 2.051 55.8 3 70 2.050 56.1 4 70 2.051 56.4 5 70 2.051 56.4 6 70 2.052 56.1 7 70 2.050 55.9 8 70 2.051 55.9 9 70 2.050 55.7 10 70 2.052 55.4
-
Kecepatan 110 m/s2
Waktu Kec Angin V-HW I-HW 1 110 2.031 56.9 2 110 2.034 56.9 3 110 2.031 56.9 4 110 2.031 56.8 5 110 2.032 56.6 6 110 2.031 56.4 7 110 2.032 56.1 8 110 2.032 55.9 9 110 2.031 55.7 10 110 2.033 55.5
2,049
2,0495
2,05
2,0505
2,051
2,0515
2,052
2,0525
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grafik Antara Hubungan Tegangan dan Waktu
V-HW
-
Kecepatan 150 m/s2
Waktu Kec Angin V-HW I-HW 1 150 2.022 54.7 2 150 2.022 55.3 3 150 2.022 56.3 4 150 2.022 57.2 5 150 2.022 56.7 6 150 2.022 55.8 7 150 2.022 55.0 8 150 2.023 54.6 9 150 2.023 54.8 10 150 2.022 55.4
2,0295
2,03
2,0305
2,031
2,0315
2,032
2,0325
2,033
2,0335
2,034
2,0345
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grafik Antara Hubungan Tegangan dan Waktu
V-HW
-
Kecepatan 190 m/s2
2,0214
2,0216
2,0218
2,022
2,0222
2,0224
2,0226
2,0228
2,023
2,0232
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grafik Antara Hubungan Waktu dan Tegangan
Series 1
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW 1 190 2.018 56.6 2 190 2.019 55.6 3 190 2.018 55.0 4 190 2.018 54.7 5 190 2.017 54.9 6 190 2.017 55.3 7 190 2.017 56.3 8 190 2.017 57.1 9 190 2.017 57.2 10 190 2.018 56.5
-
Kecepatan 230 m/s2
Waktu Kec Angin V-HW I-HW 1 230 2.014 54.8 2 230 2.015 55.6 3 230 2.015 56.9 4 230 2.014 57.5 5 230 2.014 56.6 6 230 2.014 55.4 7 230 2.014 54.7 8 230 2.014 55.0 9 230 2.014 55.9 10 230 2.014 57.0
2,016
2,0165
2,017
2,0175
2,018
2,0185
2,019
2,0195
1 2 3 4 5 6
Grafik Antara Hubungan Waktu dan Tegangan
V-HW
-
1. Berdasarkan pengolahan data di atas. buatlah grafik yang menggambarkan hubungan
Tegangan Hotwire dengan Kecepatan aliran angin.
2. Buatlah persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire!
Grafik hubungan antara tegangan (volt) dengan kecepatan aliran angin (m/s)
Untuk menetukan grafik hubungan antara tegangan (volt) dengan kecepatan aliran angin
(m/s), maka terlebih dahulu kita harus menentukan kecepatan rata-rata dari setiap
percobaaan.
Kecepatan aliran angin (m/s) Tegangan rata-rata (volt)
0 2,112
70 2.051
110 2.031
150 2.022
190 2.017
230 2,014
2,0134
2,0136
2,0138
2,014
2,0142
2,0144
2,0146
2,0148
2,015
2,0152
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grafik Antara Hubungan Waktu dan Tegangan
Series 1
-
Berdasarkan data yang ada, untuk menentukan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi
tegangan hotwire kita harus menentukan pendekatan persamaan mana yang akandibuat.
Kecepatan
angin (x1)
Tegangan
rata-rata (y1)
x12 y12 x1y1
0 2,112 0 4,460544 0
70 2,582 4900 6,666724 180,74
110 2,559 12100 6,548481 281,49
150 2,548 22500 6,492304 382,2
190 2,542 36100 6,461764 482,98
230 2,538 52900 6,441444 583,74
750 14,881 128500 37,07126 1911,15
1,96
1,98
2
2,02
2,04
2,06
2,08
2,1
2,12
0 70 110 150 230 290
Grafik Hubungan Antara Kecepatan Angin dengan tegangan rata rata
Vrata-rata
-
Kecepatan aliran angin
(m/s)
(x1)
Tegangan rata-
rata (volt)
(y1)
X12 Y12 X1y1
0 2,112 0 4.460.544 0
70 2.051 4900 4.206.601 143.57
110 2.031 12100 4.124.961 223.41
150 2.022 22500 4.088.484 303.3
190 2.017 36100 4.068.289 383.23
230 2,014 52900 4.056.196 463.32
Dengan X adalah kecepatan angin dan Y adalah tegangan-HW, maka dapat
didapatpersamaan linearnya;
F(x) = bx + a
b = () 1/ N x12- (x1)2 = 0.0001383
a= x12 y1 x1 (x1y1) / N x12 (x1)2
= 1,203
Dengan diketahui a dan b, tinggal memasukkan data kedalam persamaan satu dan
didapatpersamaan yang menyatakan hubungan tegangan kawat yang dilambangkan suatu fungsi
F( x ) dengan kecepatan referensi yang dilambangkan x, seperti dibawah ini :
F (x) = 0.0001383x + 1,203
Sehingga apabila kita memasukkan nilai X maka kita akan mendaptkan table :
-
Kecepatan angin
(m/s)
0 70 110 150 190
V-HW 1,203 1,212 1,218 1,223 1,229
Tabel tegangan linear HW yang apabila kita ingin masukkan kedalam grafik tegangan
rata-rata HW maka kita akan mendapatkan grafik seperti ini :
3. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan kawat
Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?
4. Berdasarkan hasil dari data percobaan, kawat hotwire bisa digunakan untuk menentukan
kecepatan angin dengan persamaan yang menghubungkan keduanya yang berasal dari
percobaan yang telah dilakukan.
5. Berikan analisis dari percobaan ini
Analisis dan Kesimpulan
020406080
100120140160180200
1.203 1.212 1.218 1.223 1.229
Grafik hubungan kecepatan angin dan tegangan kawat hotwire
Series 1
-
Tujuan dari percobaan hotwire adalah mengetahui cara mengukur kecepatan angin
dengan menggunakan alat-alat yang telah di sediakan di laboratorium dengan percobaan
mengunakan internet.
Prinsip kerja dari alat-alat ini adalah menghubungkan tiga objek yaitu waktu, tegangan
dan kecepatan angin. Fungsi hotwire adalah sebagai sensor antara kecepatan angin yang
berbanding terbalik dengan tegangan yang di hasilkan dari percobaan.
Percobaan ini dilakukan dengan menghidupkan webcame dan mengikuti cara-cara
percobaan sesuai dengan vidio yang telah di sediakan. Setelah melakukan percobaan ini
maka akan muncul 10 data yang menunjukan kecepatan aliran energi dari 1 detik sampai 10
detik, dengan kecepatan dari 0,70,110,150,190, dan 230 m/s2 . Dari sini dapat diamati bahwa
semakin tinggi kecepatan aliran udara maka semakin kecil tegangan yang terjadi, begitu juga
sebaliknya. Hal ini dikarenakan adanya reaksi aliran fluida yang berupa aliran udara satu
arah, dimana kawat akan terdisipasi jika dihubungkan dengan sumber tegangan menjadi
kalor. Besar energi terdisipasi yang dihasilkan sebanding dengan arus listrik, tegangan dan
lamanya waktu arus listrik yang mengalir (P = V I t).
Percobaan sebanyak enam kali yang dilakukan melalui remot ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh waktu terhadapat tegangan hotwire di saat kecepatan tertentu. Energi
listrik akan dihasilkan dari tengangan di dalam kawat yang akan disipasi menjadi energi
kalor oleh kawat sehinga kawat akan menjadi panas. Kalor yang di hasilkan akan digunakan
untuk mempertahankan suhu sensor agar dapat konstan dan dapat digunakan untuk
menghitung kecepatan angin. Sedangkan nilai resistansi sensor bergantung pada perubahan
kecepatan angin. Fungsi lain dari percobaan ini adalah untuk mengetahui hubungan antara
kecepatan aliran udara dengan arus listrik. Nilai resistansi kawat akan berubah ketika udara
dihembuskan kepada probe, dan menyebabkan berubahnya nilai arus yang mengalir.
Semakin besarnya nilai resistansi maka nilai arus juga semakin cepat.
Grafik Hubungan antara Tegangan dengan Waktu dari percobaan ini memiliki gradien
positif, dan menghasilkan gradien negatif ketika kecepatan angin 110 m/s2, ini berarti waktu
mempengaruhi tegangan, dimana semakin besar tegangan maka waktu yang diberikan
-
semakin lama. Grafik ini menunjukan kemiringan yang sangat landai, dimana hal ini
berbading terbalik dengan persamaan P = V I t yang menjelaskan bahwa P sebanding
dengan t, yang mengindikasikan bahwa energi listrik yang dihasilkan dan terdisipasi menjadi
kalor akan sebanding dengan tegangan, waktu dan arus lisrik.
Grafik Hubungan antara Tegangan dengan Kecepatan aliran udara yang di dapat dari
percobaan ini menunjukan bahwa tegangan akan semakin rendah bila kecepatan aliran
anginnya semakin tinggi. Percobaan ini mendapatkan persamaan F (x) = 0,00147x + 2.29
dimana F(x)nya adalah tegangan dan x adalah kecepatan angin. Dari grafik dapat
disimpulkan bahwa tegangan akan semakin tinggi jika kecepatan angin tinggi.
Kesimpulan
1. Alat yang digunakan untuk mengukur sensor kecepatan adalah hotwire, hotwire
bekerja dengan cara ujung-ujung hotwire dihubungkan ke sumber tegangan listrik
sehingga energi listrik yang dihasilkan akan menjadi energi kalor.
2. Jika kecepatan angin semakin besar, maka tegangan yang dihasilkan semakin kecil.
3. P = V I t dimana tegangan, arus listrik dan waktu sebanding dengan energi listrik
yang terdisipasi.
-
Refrensi
Giancoli, D.C.; Phisics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ.
2000.Halliday, Resnick, Walker;Fundamentals of Phsics, 7
Th Edition, Extended Edition, Jhon Wiley and sons, inc. NJ. 2005
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, ExtendedEdition, John Wiley
& Sons, Inc., NJ, 2005
top related