KR01- Disipasi Famila Anindia Putri (1306404790)
-
Upload
famila-anindia-putri -
Category
Documents
-
view
11 -
download
0
description
Transcript of KR01- Disipasi Famila Anindia Putri (1306404790)
-
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
Nama/NPM : Famila Anindia Putri
Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknologi Bioproses
No & Nama Percobaan : KR01 & Disipasi Kalor Hot Wire
Minggu Percobaan : Minggu ke-4
Tanggal Percobaan : 18 Maret 2014
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
-
Disipasi Kalor Hot Wire
I. Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Alat
1. Kawat pijar (hotwire)
2. Fan
3. Voltmeter dan Amperemeter
4. Adjustable power supply
5. Camcorder
6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Landasan Teori
Single normal probe adalah suatu tipe hot wire 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
dan bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas konveksi. Besarnya energi listrik yang
terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut dan
lamanya waktu arus listrik mengalir. Dari penjelasan tersebut dapat digambarkan dengan
rumus berikut:
.. (1)
Keterangan:
P = daya (W)
= tengangan listrik (V)
= arus listrik (A)
t pe n ( )
-
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.
Disipasi kalor adalah energi yang hilang dari suatu sistem dan masuk ke dalam
lingkungan karena adanya suatu gesekan, vikositas, hambatan listrik, dan lain-lain. Prinsip
dari disipasi kalor ini sering dimanfaatkan dalam hotwire anemometer. Hotwire
anemometer adalah salah satu alat pengukuran yang sering digunakan sampai saat ini.
Prinsip kerja dari hotwire anemometer yaiitu perpindahan panas dari kawat yang
dipanaskan menuju cairan yang bersAuhu lebih rendah. Dengan demikian, hubungan
antara kecepatan aliran dan output listrik dapat dihubungkan
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.
IV. Prosedur Percobaan
1. Mengaktifkan Web caM (mengklik icon video pada halaman web r-Lab)
2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan mengklik pilihan drop
down p d icon t kecep t n li n.
3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengklik radio button pada icon
meng id pk n powe pply kip .
4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon
k .
5. Mengulang langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s!
V. Data Pengamatan
1. Kecepetan Aliran Angin 0 m/s
Waktu
(s)
Kecepatan Angin
(m/s)
V-HW I-HW
1 0 2.112 53.9
2 0 2.112 54.1
3 0 2.112 54.5
4 0 2.112 54.7
5 0 2.112 54.5
6 0 2.112 54.2
7 0 2.112 53.9
8 0 2.112 53.9
9 0 2.112 53.9
10 0 2.112 54.1
2. Kecepetan Aliran Angin 70 m/s
Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW
-
(s) (m/s)
1 70 2.068 55.4
2 70 2.069 54.7
3 70 2.071 54.2
4 70 2.069 54.1
5 70 2.069 54.4
6 70 2.068 55.1
7 70 2.069 55.6
8 70 2.069 55.3
9 70 2.069 54.6
10 70 2.069 54.2
3. Kecepetan Aliran Angin 110 m/s
Waktu
(s)
Kecepatan Angin
(m/s)
V-HW I-HW
1 110 2.053 54.7
2 110 2.052 54.4
3 110 2.053 54.4
4 110 2.052 54.9
5 110 2.053 55.7
6 110 2.052 56.0
7 110 2.052 55.3
8 110 2.052 54.5
9 110 2.052 54.3
10 110 2.051 54.7
4. Kecepetan Aliran Angin 150 m/s
Waktu
(s)
Kecepatan Angin
(m/s)
V-HW I-HW
1 150 2.046 55.4
2 150 2.045 54.7
3 150 2.045 54.4
4 150 2.045 54.6
-
5 150 2.045 55.3
6 150 2.045 56.1
7 150 2.045 55.9
8 150 2.044 55.0
9 150 2.045 54.5
10 150 2.045 54.5
5. Kecepetan Aliran Angin 190 m/s
Waktu
(s)
Kecepatan Angin
(m/s)
V-HW I-HW
1 190 2.041 55.9
2 190 2.04 56.2
3 190 2.04 56.3
4 190 2.041 55.8
5 190 2.041 55.2
6 190 2.041 54.7
7 190 2.041 54.5
8 190 2.041 54.5
9 190 2.04 54.9
10 190 2.041 55.5
6. Kecepetan Aliran Angin 230 m/s
Waktu
(s)
Kecepatan Angin
(m/s)
V-HW I-HW
1 230 2.038 55.1
2 230 2.038 55.9
3 230 2.038 56.3
4 230 2.038 56.3
5 230 2.038 55.6
6 230 2.037 54.9
7 230 2.038 54.6
-
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
2.066
2.067
2.068
2.069
2.07
2.071
2.072
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
8 230 2.038 54.6
9 230 2.038 55.0
10 230 2.038 55.9
VI. Pengolahan data
1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Hotwire dengan Waktu
1. Kecepatan Aliran Udara 0 m/s
2. Kecepatan Aliran Udara 70 m/s
-
2.05
2.051
2.052
2.053
2.054
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
2.043
2.044
2.045
2.046
2.047
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
2.0395
2.04
2.0405
2.041
2.0415
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
3. Kecepatan Aliran Udara 110 m/s
4. Kecepatan Aliran Udara 150 m/s
5. Kecepatan Aliran Udara 190 m/s
-
2.0365
2.037
2.0375
2.038
2.0385
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tega
nga
n (
v)
Waktu (s)
Tegangan Vs Waktu
6. Kecepatan Aliran Udara 230 m/s
2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Hotwire dengan Kecepatan Aliran Angin
Berdasarkan data yang didapat, kita bisa menghitung teganagn rata-rata
Tegangan
(V=0 m/s)
Tegangan
(V=70 m/s)
Tegangan
(V=110 m/s)
Tegangan
(V=150 m/s)
Tegangan
(V=190 m/s)
Tegangan
(V=230 m/s)
2.112 2.068 2.053 2.046 2.041 2.038
2.112 2.069 2.052 2.045 2.04 2.038
2.112 2.071 2.053 2.045 2.04 2.038
2.112 2.069 2.052 2.045 2.041 2.038
2.112 2.069 2.053 2.045 2.041 2.038
2.112 2.068 2.052 2.045 2.041 2.037
2.112 2.069 2.052 2.045 2.041 2.038
2.112 2.069 2.052 2.044 2.041 2.038
2.112 2.069 2.052 2.045 2.04 2.038
2.112 2.069 2.051 2.045 2.041 2.038
2.112 2.069 2.0522 2.045 2.0407 2.0379
Tabel Data Hubungan Kecepatan Angin dengan Tegangan Rata-rata
Kecepatan Angin
(m/s)
Tegangan Rata-rata
(V)
0 2.112
70 2.069
110 2.0522
-
150 2.045
190 2.0407
230 2.0379
Dari data diatas, dapat disajikan dalam grafik dibawah ini.
3. Persamaan Kecepatan Angin sebagai Fungsi dari Tegangan Hot Wire
Untuk mencari persamaan garis hubungan antara tegangan dengan kecepatan
aliran angin dibutuhkan data-data sebagai berikut:
No. Kecepatan
Angin (m/s) = Xi
Tegangan Rata-
Rata (V) = Yi
Xi Yi Xi Yi
1 0 2.112 0 4.460544 0
2 70 2.069 4900 4.280761 144.83
3 110 2.0522 12100 4.21152484 225.742
4 150 2.045 22500 4.182025 306.75
5 190 2.0407 36100 4.16445649 387.733
6 230 2.0379 52900 4.15303641 468.717
750 12.3568 128500 25.45234774 1533.772
562500 152.6905 16512250000 647.8220055 2352456.5
y = -0.000312x + 2.0984
1.98
2
2.02
2.04
2.06
2.08
2.1
2.12
0 70 110 150 190 230
Twga
nga
n R
ata
-rat
a (v
)
Kecepatan Angin (m/s)
Hubungan Kecepatan dengan Tegangan Rata-rata
Tegangan Rata-rata (m/s) Linear (Tegangan Rata-rata (m/s))
-
Rumus umum persaamaan linear
Untuk membentuk persamaan linear, melalui beberapa tahap:
1. Memasukkan data ke rumus gradien untuk mendapat nilai gradien
( ) ( )( )
( ) ( )
( ) ( )( )
( ) ( )
Sehingga gradiennya (m) = -0,0003
2. Memasukkan data ke rumus untuk mencari konstanta
( )( ) ( )( )
( ) ( )
( )( ) ( )( )
( ) ( )
Sehingga mendapat persamaan:
Berdasarkan perhitungan tersebut, dapat disimpulkan bahwa kawat hot wire dapat
digunakan sebagai pengukur kecepatan angin. Karena kecepatan angin dipengaruhi oleh
besarnya tegangan. Semakin besar nilai tegangan, maka akan semakin kecil nilai
kecepatan angina, dan demikian sebaliknya.
-
Dengan kesalahan relatif yang terjadi pada percobaan ini adalah
[
( ) ( )( )( ) ( )
( ) ( ) ]
[
( )( ) ( )( )( ) ( )
( ) ( ) ]
( ) ( )
( ) ( )
Kesalahan relatif =
VII. Analisis
A. Analisis Percobaan
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan kecepatan angin dengan
menggunakan hotwire sebagai sensor. Tegangan yang ada pada hotwire berasal dari
kedua ujung probe yang dihubungkan ke suatu sumber tegangan, sedangkan arus
yang mengalir disebabkan karena adanya resistansi atau hambatan yang berasal dari
kawat pijar. Energi listrik yang mengalir pada single normal probe tersebut akan
didisipasikan oleh kawat pijar menjadi energi kalor. Energi listrik yang didisipasi
-
besarnya sebanding dengan tegangan, arus listrik yang mengalir di probe tersebut,
serta lamanya waktu arus listrik mengalir.
Sebelum dialiri dengan udara atau saat kecepatan udara sebesar 0 m/s, tegangan
dan arus listrik yang dihasilkan bersifat konstan, namun ketika probe dialiri dengan
kecepatan udara tertentu maka arus dan tegangan yang bekerja akan mengalami
perubahan. Pada percobaan ini, kita menggunakan beberapa macam variasi kecepatan
udara, seperti 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s.
Perubahan tegangan yang terjadi pada hotwire kawat pijar ini disebabkan oleh
beberapa hal. Seperti kecepatan angin yang menerpa kawat pijar tersebut dengan gaya
(F) tertentu. Adanya angin yang menerpa kawat pijar juga akan menyebabkan
terjadinya perubahan resistansi pada hotwire. Semakin kencang aliran udara yang
mengalir pada probe maka tegangan yang terjadi pada sistem akan semakil kecil,
sedangankan arus yang mengalir akan semakin besar. Perubahan resistansi ini yang
akan menentukan besar kecilnya perpindahan kalor pada probe
B. Analisis Hasil
Berdasarkan pengolahan data dan grafik yang ada, diperoleh nilai tegangan rata-
rata dan arus:
kecepatan angin 0 m/s,
kawat tidak terkena aliran angin sehingga kawat tidak mengalami perubahan
resistensi.
kecepatan angin 70m/s
tegangan rata-rata sebesar 2.069 V, arus rata-rata 54.76
kecepatan angin 110m/s
tegangan rata-rata sebesar 2.0522 V, arus rata-rata 54.89 A.
kecepatan angin sebesar 150m/s
tegangan rata-rata sebesar 2.045 volt, arus rata-rata 55.04 A.
kecepatan angina 190m/s
tegangan rata-rata sebesar 2.0407 V , arus rata-rata 55.35 A
kecpatan angin sebesar 230m/s
tegangan rata-rata 2.0379 V, arus rata-rata 55.42 A
-
Pada percobaan diatas, dapat dikatakan bahwa semakin besar kecepatan angin,
maka tegangan akan turun, namun penurunan nilai tegangannnya semakin lama akan
semakin kecil jika penurunannya sangat kecil dapat dianggap tidak berubah, karena
tidak memengaruhi. Pada percobaan dapat diamati bahwa arus mengalami kenaikan, hal
ini disebabkan karena tegangan pada Hot wire turun sehingga arus dapat menjadi besar
C. Analisis Grafik
Pada percobaan ini, terdapat dua macam grafik, yaitu grafik hubungan waktu
dengan tergangan dan grafik hubungan tegangan dengan kecepatan aliran angin. Pada
grafik hubungan waktu dengan tegangan dapat diketahui bahwa semakin lama waktu
yang digunakan untuk menyalakan kipas dan menghembuskan angin maka energi kalor
yang didapat dari perubahan energi listrik pun akan semakin melemah dan nilainya
akan menurun sehingga tegangan hot wire akan semakin menurun seiring dengan
bertambahnya waktu. Namun antara kecepatan satu dengan yang lain, seperti pada
antara kecepatan 0 m/s dengan 70 m/s memiliki jarak yang sangat besar, dimana
semakin tinggi kecepatan, jarak antar grafik semakin kecil. Hal ini terjadi karena
adanya disipasi kalor.
Sedangkan, pada grafik kedua yaitu grafik hubungan tegangan dengan kecepatan
angin, terlihat bahwa terdapat hubungan yang berbanding terbalik. Ketika kecepatan
angin semakin cepat maka tegangan akan semakin turun. Hal tersebu terlihat dari grafik
yang menurun. Dapat diamati juga bahwa semakin besar kecepatan angin maka
penurunan nilai tegangan semakin kecil sampai mendekati 0. Hal ini menandakan
bahwa grafik memiliki gradien yang bernilai negatif. Grafik tersebut memiliki fungsi
sebagai berikut.
Pada fungsi diatas gradien atau m yang didapat sebesar -0.000311597
D. Analisis Kesalahan
Pada percobaan ini terjadi kesalahan-kesalahan yang menyebabkan data yang
diperoleh berbeda dengan acuan yang ada. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain :
-
1. Peralatan yang tidak mengalami proses kalibrasi terlebih dahulu sehingga
hasilnya kurang akurat
2. Percobaan dilakukan secara online, sehingga sulit bagi praktikan untuk
menentukan faktor kesalahan lain secara menyeluruh
3. Kesalahan dalam proses penghitungan akibat kesalahan pembulatan maupun
penggunaan aturan angka penting.
VIII. Kesimpulan
Dari percobaan yang dilakukan mendapatkan kesimpulan bahwa Hotwire dapat digunakan
sebagai alat sensor kecepatan aliran udara. Karena kecepatan angin dipengaruhi oleh
besarnya tegangan. Semakin besar nilai tegangan, maka akan semakin kecil nilai kecepatan
angina, dan demikian sebaliknya
IX. Referensi
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ,
2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition,
John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.