konvert pdf

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


Kecepatan 110 m/s2


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


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


2,016

2,0165

2,017

2,0175

2,018

2,0185

2,019

2,0195

1 2 3 4 5 6


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


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

konvert pdf

Documents