LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Duli Asih Siregar/1106068024

Fak/ Program Studi : Teknik/Teknik Elektro

No & Nama Percobaan : KR-01/ Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : IV

Tanggal Percobaan :15 Maret 2012

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Alat

1. Kawat pijar (hot wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable Power Supply

5. Camcoder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

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 didisipasi oleh kawat

menjadi energi kalor. Besarnnya energy listrik yang terdisipasi sebanding dengan

tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut, dan lamanya waktu arus listrik

mengalir.

𝑷 = 𝒗. 𝒊.∆𝒕

Dimana: P = daya (watt)

V = tegangan (volt)

I= arus listrik (Ampere)

t = waktu (s)

Bila probe dihembuskan udara, maka akan merubah nilai resistansi kawat

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

mengalir, maka perubahan 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

Dimana: 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 polynomial.

Cara kerja

Eksperimen rLab dilakukan dengan mengklik tombol rLab

1. Mengaktifkan tombol rLab (mengklik ikon video pada halaman web rLab)

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan mengklik pilihan

drop down pada ikon “atur kecepatan aliran”

3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengklik radio button 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.

Tugas dan Evaluasi

1. Berdasarkan data yang didapat, buatlah grafik yang menggambarkan

hubungan tegangan hot wire dengan kecepatan aliran angin

2. Berdasarkan pengolahan data, buatlah grafik yang menunjukkan 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.

A. HASIL PENGAMATAN

Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 0 2.112 54.0

2 0 2.112 54.0

3 0 2.112 53.9

4 0 2.112 53.9

5 0 2.112 53.9

6 0 2.112 53.9

7 0 2.112 53.9

8 0 2.113 53.9

9 0 2.113 53.9

10 0 2.113 53.9

1 70 2.067 54.0

2 70 2.068 54.1

3 70 2.067 54.1

4 70 2.069 54.1

5 70 2.066 54.2

6 70 2.067 54.3

7 70 2.065 54.3

8 70 2.066 54.4

9 70 2.068 54.5

10 70 2.069 54.6

1 110 2.049 55.6

2 110 2.048 55.5

3 110 2.048 55.4

4 110 2.047 55.5

5 110 2.048 55.4

6 110 2.047 55.5

7 110 2.047 55.5

8 110 2.048 55.4

9 110 2.048 55.4

10 110 2.048 55.4

1 150 2.039 56.7

2 150 2.039 56.2

3 150 2.039 55.9

4 150 2.039 55.7

5 150 2.039 55.4

6 150 2.040 55.1

7 150 2.039 55.0

8 150 2.039 54.8

9 150 2.040 54.7

10 150 2.039 54.6

1 190 2.035 55.9

2 190 2.034 56.0

3 190 2.034 56.3

4 190 2.034 56.6

5 190 2.035 56.9

6 190 2.035 57.3

7 190 2.035 57.4

8 190 2.034 57.3

9 190 2.034 57.3

10 190 2.034 57.1

1 230 2.031 56.2

2 230 2.031 56.4

3 230 2.031 56.7

4 230 2.032 57.1

5 230 2.031 57.5

6 230 2.031 57.5

7 230 2.031 57.4

8 230 2.031 57.1

9 230 2.031 56.8

10 230 2.031 56.2

Tabel 1

B. PENGOLAHAN DATA

a) Tegangan pada kec.angin= 0 m/s

waktu kec.angin V-HW I-HW

1 0 2.112 54

2 0 2.112 54

3 0 2.112 53.9

4 0 2.112 53.9

5 0 2.112 53.9

6 0 2.112 53.9

7 0 2.112 53.9

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 53.9

10 0 2.112 53.9

tabel 2

grafik 1

b) Tegangan pada kec.angin=70 m/s

waktu kec.angin V-HW I-HW

1 70 2.067 54

2 70 2.068 54.1

3 70 2.067 54.1

y = 2.112R² = 3E-16

2.111155

2.115590

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Hubungan waktu dan tegangan pada kecepatan angin= 0

Series1

Linear (Series1)

4 70 2.069 54.1

5 70 2.066 54.2

6 70 2.067 54.3

7 70 2.065 54.3

8 70 2.066 54.4

9 70 2.068 54.5

10 70 2.069 54.6

grafik 2

c) Tegangan pada kec.angin= 110 m/s

waktu kec.angin V-HW I-HW

1 110 2.049 55.6

2 110 2.048 55.5

3 110 2.048 55.4

4 110 2.047 55.5

y = 1E-05x + 2.067R² = 0.000

2.064

2.065

2.066

2.067

2.068

2.069

2.07

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Hubungan waktu dan tegangan pada Kec.angin= 70

Series1

Linear (Series1)

5 110 2.048 55.4

6 110 2.047 55.5

7 110 2.047 55.5

8 110 2.048 55.4

9 110 2.048 55.4

10 110 2.048 55.4

Grafik 3

d) Tegangan pada kec.angin=150 m/s

waktu kec.angin V-HW I-HW

1 150 2.039 56.7

2 150 2.039 56.2

3 150 2.039 55.9

y = -6E-05x + 2.048R² = 0.084

2.0465

2.047

2.0475

2.048

2.0485

2.049

2.0495

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Hubungan waktu dan tegangan pada Kec.angin= 110

Series1

Linear (Series1)

4 150 2.039 55.7

5 150 2.039 55.4

6 150 2.04 55.1

7 150 2.039 55

8 150 2.039 54.8

9 150 2.04 54.7

10 150 2.039 54.6

Grafik 4

e)Tegangan pada kec.angin=190m/s

waktu kec.angin V-HW I-HW

1 190 2.035 55.9

2 190 2.034 56

3 190 2.034 56.3

4 190 2.034 56.6

5 190 2.035 56.9

y = 5E-05x + 2.038R² = 0.121

2.0388

2.039

2.0392

2.0394

2.0396

2.0398

2.04

2.0402

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Hubungan waktu dan tegangan pada Kec.angin= 150

Series1

Linear (Series1)

6 190 2.035 57.3

7 190 2.035 57.4

8 190 2.034 57.3

9 190 2.034 57.3

10 190 2.034 57.1

grafik 5

e) Tegangan pada kecepatan angin= 230

waktu (s) kec.angin V-HW I-HW

1 230 2.301 56.2

2 230 2.301 56.4

3 230 2.301 56.7

4 230 2.301 57.1

y = -4E-05x + 2.034R² = 0.045

2.0338

2.034

2.0342

2.0344

2.0346

2.0348

2.035

2.0352

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Hubugan waktu dan tegangan pada Kec.angin= 190

Series1

Linear (Series1)

5 230 2.301 57.5

6 230 2.301 57.5

7 230 2.301 57.4

8 230 2.301 57.1

9 230 2.301 56.8

10 230 2.301 56.2

grafik 5

Hubungan tegangan dan kecepatan aliran Hotwire

kecepatan angin rata-rata tegangan

0 2.112

70 2.067

110 2.047

150 2.039

y = 2.301R² = 6E-17

2.300079

2.304911

0 5 10 15

Tega

nga

n (V

olt

)

waktu (s)

Chart Title

Series1

Linear (Series1)

190 2.034

230 2.301

grafik 6

Persamaan kecepatan angin dan tegangan hotwire

Hubungan daya dan energi listrik dinyatakan dengan:

𝑉. 𝐼. 𝑡 = 𝑊 𝑉. 𝐼. 𝑡 = 𝐹. 𝑠

dari persamaan tersebut kita ketahui bahwa rumus untuk jarak ialah:

𝑠 = 𝑣. 𝑡

Dimana: 𝑠 = jarak tegangan hotwire dengan kipas

𝑣 = kecepatan angin (m/s)

𝑡 = waktu (s)

maka: 𝑉. 𝐼. 𝑡 = 𝐹.𝑣. 𝑡

𝑉. 𝐼 = 𝐹. 𝑣

y = 0.0009x + 2.041R² = 0.147

2

2.05

2.1

2.15

2.2

2.25

2.3

2.35

0 50 100 150 200 250

Tega

nga

n (V

olt

)

kecepatan angin

Hubungan tegangan dan kecepatan angin

Series1

Linear (Series1)

𝑉 =𝐹.𝑣

𝐼

dari persamaan tersebut, hubungan tegangan dan waktu dapat kita hitung dengan

perhitungan Least Square.

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

No. X Y Xy x2 y2

1 0 2.112 0 0 4.46

2 70 2.067 144.69 4900 4.27

3 110 2.047 225.17 12100 4.19

4 150 2.039 305.85 22500 4.16

5 190 2.034 386.46 36100 4.14

6 230 2.301 529.23 52900 5.29

𝑛 = 6 𝑥 =6𝑖=1 750 𝑦 =6

𝑖=1 12.6 𝑥𝑦 =6𝑖=1 1591.4 𝑥26

𝑖=1 =128500 𝑦2 =6𝑖=1 26.51

𝑚 =𝑛 𝑥𝑖𝑦𝑖 − ( 𝑥𝑖)( 𝑦𝑖)

6𝑖=1

6𝑖=1

6𝑖=1

𝑛 𝑥𝑖2 − ( 𝑥𝑖)

6𝑖=1

26𝑖=1

𝑚 =6 1591.4 − 750 12.6

6 128500 − 750 2

𝑚 = 0.00047

𝑏 = 𝑥𝑖

2 𝑦𝑖 − ( 𝑥𝑖)( 𝑥𝑖𝑦𝑖)6𝑖=1

6𝑖=1

6𝑖=1

61

𝑛 𝑥𝑖2 − ( 𝑥𝑖)

6𝑖=1

26𝑖=1

𝑏 = 128500 12.6 − 750 1591.4

6 128500 − (750)2

𝑏 = 2.041

Kesalahan:

𝛿𝑦2 =1

(𝑛 − 2) 𝑦𝑖

2𝑛

𝑖=1−

𝑥𝑖2( 𝑦𝑖)

𝑛𝑖=1

2𝑛𝑖=1 − 2( 𝑥𝑛

𝑖=1 𝑖)( 𝑥𝑖𝑦𝑖)( 𝑦𝑖) + 𝑛( 𝑥𝑖𝑦𝑖)

𝑛𝑖=1

2𝑛𝑖=1

𝑛𝑖=1

𝑛 𝑥𝑖2 − ( 𝑥𝑖)

2𝑛𝑖=1

𝑛𝑖=1

𝛿𝑦 = 0.17

Maka kesalahan relative terhadap 𝑚 =

𝛿𝑚 = 𝛿𝑦 𝑛

𝑛( 𝑥𝑖2) − ( 𝑥𝑖

𝑛𝑖=1 )2𝑛

𝑖=1

𝛿𝑚 = 0.17 0.007 = 1.2 × 10−3

kesalahan relative terhadap 𝑏 =

𝛿𝑏 = 𝛿𝑦 𝑥𝑖

2𝑛𝑖=1

𝑛 𝑥𝑖2𝑛

𝑖=1 − ( 𝑦𝑖)2𝑛𝑖=1

𝛿𝑏 = 0.17 4.5 = 0.77

Maka persamaan untuk tegangan hotwire dan kecepatan angin dinyatakan dalam:

𝑦 = 0.00047𝑥 + 2.041

Dimana: 𝑦 = tegangan hotwire (𝑉𝑜𝑙𝑡)

𝑥 = kecepatan angin (𝑚/𝑠)

Dari persamaan tersebut, kita dapat mencari tegangan kawat pijar pada setiap

kecepatan angin. Misalnya apabila kita memasukkan nilai kecepatan angin x = 150,

maka nilai tegangan y = 2.116 Volt. Dari persamaan tersebut dapat dikatan bahwa

tegangan hotwire cocok digunakan sebagai sensor kecepatan angin.

ANALISA

Dalam percobaan KR01-Hotwire ini terdapat tiga hal yang perlu dianalisis,

yaitu analisis terhadap percobaan, grafik, dan hasil. Analisis terhadap ketiga hal

tersebut sangat penting dilakukan untuk mengembangkan pola pemikiran terhadap

kemungkinan-kemungkinan yang tejadi selama percobaan dilakukan, dan bagaimana

pengaruhnya terhadap hasil dari pengolahan data.

1) Analisa Percobaan

Dalam percobaan rLab kali ini tujuan eksperimen adalah menggunakan

hotwire (kawat pijar) sebagai sensor kecepatan angin. Sebuah kawat dialiri listrik

diberi angin dengan kecepatan bervariasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190

m/s, dan 230 m/s, kawat mengalami perubahan tegangan pada setiap kecepatan

angin. Pada saat kecepatan angin dinaikkan dari 0 hingga 70, nilai tegangan pada

kawat pijar berkurang, sementara nilai arus listrik yang mengalir bertambah besar,

begitu seterusnya ketika kecepatan angin diperbesar, nilai tegangan semakin kecil dan

nilai arus semakin besar.

Dari percobaan ini dapat kita ketahui bahwa kawat pijar yang dialiri listrik

diberi gaya oleh angin sehingga memperkecil nilai resistansi (tahanan) dalam kawat.

Hal tersebut dapat kita lihat melalui:

𝑉. 𝐼 = 𝐹.𝑣

dimana arus listrik dan tegangan berbanding terbalik sehingga semakin besar

kecepatan angin, gaya dan arus semakin besar, sedangkan tegangan semakin kecil.

2) Analisa grafik

Dalam percobaan KR-01 ini dapat dilihat beberapa grafik yang menunjukkan

hubungan waktu dengan tegangan, dan hubungan tegangan dan kecepatan angin.

Pada gafik hubungan waktu dan kecepatan angin, yaitu pada grafik 1 dapat

dilihat grafik mengandung garis lurus dimana x=0 yang artinya tegangan sama

dengan nol sehingga tidak ada perubahan nilai tegangan terhadap nilai waktu,

sedangkan pada grafik 5 tidak ada perubahan tegangan terhadap waktu. Sementara itu

pada grafik lain yang juga menunjukkan hubungan tegangan dan waktu, yaitu pada

kecepatan angin 70, 110,150, dan 190, dihasilkan kurva yang berbeda-beda. Fungsi

dari tiap-tiap kurva dihitung secara least square menunjukkan hubungan kecepatan

angin (x) dengan tegangan (y). Kemiringan garis (fungsi) dalam grafik tersebut ada

yang menurun dan naik seiring pertambahan waktu. Secara umum, grafik yang

ditampilkan menunjukkan nilai yang fluktuatif untuk tegangan.

Untuk grafik yang menunjukkan hubungan tegangan dan kecepatan angin

didapatkan dari perhitungan secara least square terhadap rata-rata tegangan pada

setiap kecepatan angin . Perhitungan tersebut menghasilkan grafik yang menurun dari

kecepatan angin=0 m/s hingga 190m/s, namun pada kecepatan angin=230 m/s, nilai

tegangan naik. Dari grafik tersebut juga dihasilkan garis lurus yaitu fungsi yang

dihitung dari least square tadi. Fungsi yang dihasilkan oleh grafik hubungan tegangan

dan kecepatan angin tersebut menunjukkan hasil yang berbeda dibanding grafik-

grafik sebelumnya dimana fungsi yang dihasilkan menyatakan semakin besar

kecepatan angin semakin besar pula tegangannya. Kesalahan mungkin disebabkan

pada data tegangan ketika kecepatan angin sama dengan 230 m/s yang jauh berbeda

dari nilai tegangan lain. Dari grafik terlihat bahwa kurva menurun dari tegangan awal

saat kec.angin sama dengan nol, akan tetapi kurva justru berbalik arah naik menuju

sumbu y positif. Mungkin disinal letak kesalahan percobaan terjadi dimana saat

percobaan terjadi, alat pencatat nilai tegangan kurang sensitif.

3) Analisis Hasil

Dari hasil percobaan ini diketahui hubungan tegangan dan kecepatan angin

yang dinyatakan dalam 𝑦 = 0.00047𝑥 + 2.041 dimana y merepresentasikan nilai

tegangan listrik yang mengaliri kawat pijar, sementara x mewakili nilai kecepatan

angin. Dengan hasil tersebut kita dapat mencari nilai tegangan pada nilai kecepatan

angin berapapun. Namun, apabila kita memasukkan kembali salah satu nilai

kecepatan, maka nilai tegangan yang dihasilkan tidak akan sama persis sama seperti

yang tercantum di dalam tabel.

Dari perhitungan kesalahan relatif menghasilkan nilai yang sangat kecil,

artinya kemampuan alat ukur dalam percobaan ini cukup akurat karena peralatannya

merupakan sistem yang dikomputerisasi, akan tetapi tidak menjadi jaminan bahwa

tidak terjadi kesalahan teknis selama alat mencatat data perubahan tegangan hotwire,

misalnya kurang sensitifnya alat mengkalibrasi nilai tegangan pada kawat. Kesalahan

lain bisa terjadi karena human error misalnya kesalahan pada perhitungan akibat

pembulatan nilai berulang kali atau diakibatkan koneksi internet yang lambat

sehingga mengganggu kendali jarak jauh.

Kesimpulan:

1. Dari percobaan KR01 Hotwire ini dapat diketahui bahwa kawat pijar yang

dialiri listrik dapat dijadikan sensor dalam mengukur kecepatan angin.

2. Tegangan yang mengaliri kawat sebagian akan didisipasikan oleh angin

menjadi kalor, akibatnya tegangan yang mengaliri kawat akan berkurang.

3. Kesalahan yang mungkin terjadi pada saat percobaan dapat disebabkan

kesalahan pengambilan data oleh komputer.

4. Dari perolehan grafik secara umum dapat dikatakan bahwa semakin besazr

kecepatan angin, semakin kecil pulalah nilai tegangan, yang artinya nilai

tegangan berbanding terbalik dengan nilai kecepatan angin.