Laporan Praktikum

Nama/NPM : Adisa Larasati/1406577202

Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Komputer

Group & Kawan Kerja : Group 3

Andrea Devina

Antonius Ian

Aqsha Justirandi Padyani

Jeffrey Riady

Rizky Obindias

Sangghadatu Abda M.

Suryaningrum P.

Widyaningsih Bungin Sura’

No. & Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Pekan 1

Tanggal Percobaan : Jumat, 27 Februari 2015

Nama Asisten : Fitria Anggraini

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

I. Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. 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

III. 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

didisipasi oleh kawat menjadi energy kalor. Besarnya energy listrik yang

terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe

tersebut dan lamanya waktu arus listrik yang mengalir.

𝑃 = 𝑣. 𝐼. ∆𝑡

Bila probe dihembuskan udara maka akan merubah resistansi kawat sehingga

merubah besarnya arus listrik yang mengalir. Semakin cepat udara yang mengalir

maka perubahan nilai resistansi juga semakin besar dana rus listrik yang mengalir

juga berubah, jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh

obverheat ratio yang dirumuskan sebagai :

𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 = 𝑅𝑤

𝑅𝑎

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara)

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan)

Hotwire probe harus dikalibrasikan untuk menentukan persamaan yang

menyatakan hubungan antara tegangan kawat (wirevoltage, 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 polynomial.

Pada percobaan yang akan dilakukan yaitu mengukur tegangan kawat pada

temperatur ambient dan mengukur tegangan kawat bila dialiri udara dengan

kecepatan yang dihasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara oleh fan akan

divariasikan melalui daya yang diberikan ke fan yaitu 70, 110, 150, 190, dan 230

m/s.

Dan nanti untuk mendapatkan persamaannya, akan digunakan metode least

square, yang merupakan pendekatan standar untuk perkiraan solusi dari sistem

overdetermined, yaitu persamaan yang ada lebih banyak persamaan daripada

yang tidak diketahui, “least square” berarti bahwa solusi secara keseluruhan

memperkecil penjumlahan dari pangkat dari kesalahan yang dibuat pada hasil

dari setiap persamaan. Berikut adalah rumus yang digunakan :

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑦 − (Σ𝑥)(Σ𝑦)

𝑛Σ𝑥2 − (Σ𝑥)2

𝑏 = Σ𝑥2Σ𝑦 − (Σx)(Σxy)

𝑛Σ𝑥2 − (Σ𝑥)2

IV. Cara Kerja

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

2) Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik”

pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.

3) Menghidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada

icon “menghidupkan power supply kipas.

4) Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik

icon “ukur”.

5) Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230

m/s.

V. 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

VI. Hasil & Evaluasi

A) Data Hasil Pengamatan

Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 0 2.112 53.9

2 0 2.112 54.1

3 0 2.112 54.4

4 0 2.112 54.5

5 0 2.112 54.2

6 0 2.112 54.0

7 0 2.112 53.9

8 0 2.112 54.1

9 0 2.112 54.4

10 0 2.112 54.5

1 70 2.064 55.0

2 70 2.062 55.4

3 70 2.065 55.1

4 70 2.065 54.6

5 70 2.065 54.3

6 70 2.065 54.3

7 70 2.064 54.7

8 70 2.066 55.1

9 70 2.066 55.3

10 70 2.067 55.0

1 110 2.047 54.6

2 110 2.048 54.5

3 110 2.047 54.7

4 110 2.048 55.2

5 110 2.047 55.7

6 110 2.047 55.6

7 110 2.048 55.0

8 110 2.048 54.6

9 110 2.050 54.5

10 110 2.047 54.9

1 150 2.040 55.8

2 150 2.040 55.8

3 150 2.041 55.3

4 150 2.040 54.9

5 150 2.041 54.6

6 150 2.040 54.7

7 150 2.041 55.1

8 150 2.041 55.7

9 150 2.041 55.8

10 150 2.040 55.5

1 190 2.035 55.2

2 190 2.036 55.7

3 190 2.036 56.0

4 190 2.036 55.7

5 190 2.036 55.1

6 190 2.036 54.7

7 190 2.036 54.7

8 190 2.036 55.1

9 190 2.036 55.7

10 190 2.037 56.0

1 230 2.033 54.7

2 230 2.033 54.9

3 230 2.033 55.4

4 230 2.033 56.0

5 230 2.033 56.0

6 230 2.034 55.7

7 230 2.034 55.1

8 230 2.034 54.7

9 230 2.034 54.8

10 230 2.034 55.1

Grafik tegangan terhadap waktu

Rata-rata V-HW tiap kecepatan

Kecepatan Rata-Rata V-HW

0 2.112

70 2.0703

110 2.052

150 2.0447

190 2.0399

230 2.0377

Grafik V-HW rata-rata terhadap kecepatan angin

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

tega

nga

n (

V)

waktu (s)

Grafik Hubungan Tegangan dan Waktu

0 70 110 150 190 230

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

Grafik Hubungan Tegangan dan Kecepatan Angin

B) Pengolahan Data

Kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

Metode least square digunakan untuk membentuk fungsi :

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

Dengan : x = kecepatan angin

y = tegangan hotwire (V-HW)

untuk mencari nilai koefisien persamaan menggunakan rumus

𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑦 − (Σ𝑥)(Σ𝑦)

𝑛Σ𝑥2 − (Σ𝑥)2

𝑏 = Σ𝑥2Σ𝑦 − (Σx)(Σxy)

𝑛Σ𝑥2 − (Σ𝑥)2

Tabel least square

X y x2 y2 xy

1 0 2.112 0 4.46 0

2 70 2.0703 4900 4.29 144.92

3 110 2.052 12100 4.21 225.72

4 150 2.0447 22500 4.18 306.705

5 190 2.0399 36100 4.16 387.58

6 230 2.0377 52900 4.15 468.67

∑ 750 12.3566 128500 25.45 1533.6

∑2 562500

𝑚 = (6)(1533.6) − (750)(12.3566)

(6)(128500) − (562500)

𝑚 = −3.2 𝑥 10−4

𝑏 = (128500)(12.3566) − (750)(1533.6)

(6)(128500) − (562500)

𝑏 = 2.1

Maka persamaan kecepatan angin terhadap tegangan hotwire adalah

𝑦 = (−3.2 𝑥 10−4)𝑥 + 2.1

Setelah itu, kita dapat mencari kesalahan pada perhitungan persamaan

berikut:

𝛿𝑦 = √(1

𝑛 − 2) [𝑦 ∑ −

2

𝑖

𝑥Σ𝑖2Σ(𝑦𝑖)2 − 2Σ𝑥𝑖Σ(𝑥𝑖𝑦𝑖)Σ𝑦𝑖 + 𝑛(Σ𝑥𝑖𝑦𝑖)2

𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2

]

= 0.012

𝛿𝑚 = 𝛿𝑦√𝑛

𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2

= 0.00000072

𝛿𝑏 = 𝛿𝑦√Σ𝑥𝑖

𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2

= 0.0036

Kesalahan relatif = 𝛿𝑏

𝑏= 0.2%

VII. Analisis

A) Analisis Percobaan

Percobaan disipasi kalor hot wire kali ini mempunyai tujuan untuk

mencari kecepatan aliran udara. Hot wire difungsikan sebagai sebuah sensor

yang mendeteksi kecepatan aliran, namun dlam arah axial saja. Mula-mula,

ketika kipas belum dihidupkan, kecepatan aliran udara 0 m/s, maka akan

didapatkan tegangan dan arus yang konstan. Mekanismenya sebagai berikut,

tegangan pada hot wire berasal dari kedua ujung probe yang terhubung

dengan sumber tegangan, sementara arus yang mengalir terjadi karena

resistansi atau hambatan dari kawat pijar. Energi listrik yang mengalir pada

probe, akan didisipasi oleh kawat pijar menjadi energi kalor. Energi kalor ini

sebanding dengan besarnya tegangan, kuat arus yang mengalir dan lamanya

waktu arus listrik mengalir. Namun ketika dialiri udara, maka terjadi

perubahan terhadap besar tegangan, dan kuat arus listrik yang mengalir.

Perubahan ini terjadi karena gejala-gejala fisis yang bekerja pada hot

wire. Saat kipas angin dihidupkan, angin mengalir pada probe dan menuju

pada kawat pijar dengan kecepatan (v) dan gaya (F), adanya aliran angin pada

kawat pijar menyebabkan terjadinya perubahan nilai resistansi kawat,

dimana sifatnya berbanding lurus dengan kecepatan angin yang mengalir

pada probe. Apabila kecepatan aliran angin semakin kencang, maka tegangan

akan semakin kecil, sementara kuat arus akan semakin besar, begitupun

sebaliknya. Besar atau kecilnya perubahan resistansi akan mempengaruhi

besar kecilnya perpindahan kalor pada probe.

B) Analisis Hasil

Percobaan telah dilakukan sesuai prosedur langkah kerja yang

diberikan. Hasil yang didapatka sesuai rumusan yang ada. Ketika kawat

dihembuskan angin dengan kecepatan tertentu, akan mengakibatkan

oerubahan pada nilai resistansi. Perubahan nilai resistansi berbanding lurus

dengan perubahan nilai tegangan pada probe, dan berbanding terbalik

dengan kuat arus yang mengalir.

𝑅 = 𝑉

𝐼

C) Analisis Grafik

Ada dua grafik yang diperoleh, yang pertama adalah grafik tegangan

terhadap waktu dan yang kedua adalah grafik tegangan terhadap rata-rata

keepatan angin. Dari grafik pertama dapat dilihat bahwa tegangan yang

dihasilkan memiliki nilai yang hampir sama besar dari tiap kecepatan yang

ada pada percobaan, sedangkan pada grafik kedua dapat dilihat bahwa

perubahan tegangan berbanding terbalik dengan kecepatan angin.

D) Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat

menggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?

Dari percobaan dan data yang didapat, bisa disimpulkan bahwa kawat

hot wire tidak dapat dijadikan sebagai pengukur kecepatan karena memiliki

kesalahan yang relative besar. Kawat hot wire hanya dapat digunakan untuk

memperkirakan besar atau kecilnya angin, bukan untuk menentukan nilai

kecepatannya, yaitu dengan melihat perubahan tegangan dan arus yang ada.

VIII. Kesimpulan

1) Kawat hot wire tidak dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin.

2) Kawat hanya dapat digunakan untuk memperkirakan besar kecilnya angin.

3) Kecepatan angin yang terjadi berbanding lurus dengan arus dan berbanding

terbalik dengan tegangan.

IX. Refenrensi

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.

X. Link Rlab

http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01