LAPORAN PRAKTIKUM

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama

:

Indy Prasetya

NPM

:

0406604683

Fakultas

:

Teknik

Departemen/Prodi

:

Teknik Kimia/ Teknik Kimia

Kode Praktikum

:

KR-01

Minggu Percobaan

:

II

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

KR-01 Disipasi Kalor Hot Wire

Tujuan Praktikum

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

Peralatan

kawat pijar (hotwire)

Fan

Voltmeter dan Ampermeter

Adjustable power supply

Camcorder

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Landasan 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 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.

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

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman jadwal

Mengaktifkan Web cam (meng-klik icon video pada halaman web r-Lab)

Menberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.

Menghidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas.

Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon “ukur”.

Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s

Gambar 1. Disipasi Kalor Hot Wire

Hasil dan Evaluasi a. Pengolahan Data

Berdasarkan persamaan (1) diatas, besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan , arus listrik yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir. Maka pada persamaan tersebut,=

Energi juga sebanding dengan gaya dan perpindahan= .

Maka,

. . = . . . = . .

. = .

=

Tegangan Hot Wire VS Waktu

2,120

2,100

Wire

2,080

v=0

Hot

2,060

v=70

Tegangan

v=110

2,040

v=150

v=190

v=230

2,020

2,000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu

Grafik 1. Tegangan Hot Wire Vs. Waktu

Kecepatan

Tegangan

angin

Rata-Rata

0

2,112

70

2,047

110

2,030

150

2,022

190

2,017

230

2,014

Tegangan Rata-Rata

2,12

-rata

2,1

2,08

Rata

2,06

Tegangan

2,04

Tegangan Rata-Rata

2,02

2

0

70

110

150

190

230

Kecepatan Angin

Pengolahan Data Least Square

x

y

x2

y2

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,112

0

4,460544

0

2,048

70

4,194304

4900

2,049

70

4,198401

4900

2,048

70

4,194304

4900

2,046

70

4,186116

4900

2,047

70

4,190209

4900

2,046

70

4,186116

4900

2,049

70

4,198401

4900

2,047

70

4,190209

4900

2,047

70

4,190209

4900

2,046

70

4,186116

4900

2,030

110

4,1209

12100

Ket.

X = tegangan hot wire

Y = kecepatan angin

2,032

110

4,129024

12100

2,030

110

4,1209

12100

2,031

110

4,124961

12100

2,031

110

4,124961

12100

2,030

110

4,1209

12100

2,030

110

4,1209

12100

2,030

110

4,1209

12100

2,029

110

4,116841

12100

2,030

110

4,1209

12100

2,022

150

4,088484

22500

2,023

150

4,092529

22500

2,022

150

4,088484

22500

2,022

150

4,088484

22500

2,023

150

4,092529

22500

2,023

150

4,092529

22500

2,022

150

4,088484

22500

2,022

150

4,088484

22500

2,023

150

4,092529

22500

2,022

150

4,088484

22500

2,016

190

4,064256

36100

2,016

190

4,064256

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,017

190

4,068289

36100

2,014

230

4,056196

52900

2,013

230

4,052169

52900

2,013

230

4,052169

52900

2,014

230

4,056196

52900

2,014

230

4,056196

52900

2,014

230

4,056196

52900

2,014

230

4,056196

52900

2,013

230

4,052169

52900

2,013

230

4,052169

52900

2,013

230

4,052169

52900

= ∑ − (∑ )( ∑ ) ∑ 2 − ∑ 2

= 60.15163,01 − 122,423.7500 60.249,859 − 14987,39= −2031,97

= ∑ 2∑ − (∑ )(∑ ) ∑ 2 − ∑ 2

= 249,859.7500 − 122,423.15163,01 60.249,859 − 14987,39

= 4271

Jadi, persamaan kecepatan angin sebagai fungsi hot wire adalah

= −2031,97 + 4271

dengan x adalah tegangan hot wire, dan y adalah kecepatan angin.

Analisis

i. Percobaan

Pada percobaan KR01 tentang Disipasi Kalor Hot Wire ini dilakukan secara online melalui rLab dengan tujuan untuk mengetahui kemampuan hotwire untuk digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara. Sumber udara yang digunakan dalam percobaan ini adalah kipas angin. Kecepatan udarapun di variasikan, dari 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s ,230 m/s. Pada saat kipas belum dinyalakan, = 0 , besar arus dan tegangan listrik belum terpengaruh dari kecepatan kipas tersebut. Ketika kipas mulai dinyalakan, kecepatan kipaspun di atur sesuai dengan variasi yang diberikan. Ketika kipas dinyalakan, kecepatan angin mempengaruhi arus listrik dan tegangan listrik yang mengalir. Arus listrik menjadi semakin besar, sebanding dengan kecepatan kipas yang diberikan. Sedangkan tegangan listrik menjadi semakin kecil, berbanding terbalik dengan kecepatan angin yang dihasilkan kipas. Hal ini disebabkan oleh udara yang dihembuskan oleh kipas angin mempengaruhi resistensi pada kawat yang selanjutnya mempengaruhi tegangan dan arus tersebut. Ketika angin dialirkan pada probe, angin menerpa kawat pijar dengan kecepatan v dan

gaya F. Terpaan angin tersebut menyebabkan terjadinya perubahan nilai resistensi pada kawat tersebut yang sebanding dengan kecepatan angin. Semakin kencang angin yang dialirkan, semakin besar pula arus listrik yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin besar kecepatan angin yang diberikan, semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Besar kecilnya perubahan resistensi inilah yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada probe.

Hasil

Berdasarkan percobaan KR01 ini, didapatkan hasil bahwa semakin besar kecepatan angin yang dihembuskan, maka semakin besar arus listrik yang mengalir pada hotwire dan tegangan pada kawat tersebut pun semakin kecil. Persamaan yang dihasilkan tidak mutlak benar, karena merupakan pendekatan dari hasil percobaan ini. Hal ini dapat dibuktikan dengan memasukkan salah satu nilai tegangan hot wire ke dalam persamaan

= −2031,97 + 4271. Maka kecepatan yang dihasilkan tidak tepat sama dengan apa yang ada di hasil praktikum.

Kesalahan yang terjadi relatih besar. Walaupun demikian, percobaan yang dilakukan secara jarak jauh dan hanya menggunakan komputer ini sudah dilaksanakan sesuai dengan prosedur yang ada. Besarnya kesalahan bisa dibuktikan dengan menyubtitusikan tegangan hot wire pada percobaan tersebut. Pada praktikum rLab ini ini kesalahan yang terjadi hampir merupakan human eror, karena semua peralatannya sudah terkomputerisasi.

Grafik

Pada grafik pertama, tegangan pada hot wire di setiap waktunya, besar

tegangan dari tiap-tiap kecepatan angin relatif stabil walaupun ada perubahan-perubahan yang sangat kecil. Hal ini terjadi karena udara dari

kipas angin tidak langsung berubah kecepatannya, tapi ia melakukan percepatan terlebih dahulu. Sebagai contoh, saat dilakukan perubahan kecepatan angin dari 0 m/s ke 70 m/s, kipas tidak langsung berubah kecepatannya, tapi melakukan percepatan terlebih dahulu hingga mencapai 70 m/s.

Pada grafik kedua, tegangan pada hot wire berbanding terbalik dengan perubahan kecepatan udara yang dihembuskan oleh kipas angin. Semakin besar kecepatan udara yang berasal dari kipas angin, maka tegangan yang dihasilkan semakin kecil.

Grafik yang dihasilkan menunjukkan adanya kesinambungan antara data hasil percobaan dengan kondisi yang seharusnya terjadi, yaitu kecepatan angin dari kipas angin berbanding terbalik dengan tegangan yang dihasilkan oleh probe tersebut.

VI. Kesimpulan

Kawat hot wire tidak dapat untuk mengukur kecepatan angin, karena nilai yang dihasilkan mempunyai kesalahan yang relatif besar.

Kawat hot wire hanya bisa digunakan untuk memperkirakan besar/kecilnya angin, bukan untuk menentukan nilainya, yaitu dengan melihat perubahan tegangan dan arus yang terjadi pada kawat hot wire tersebut.

Kecepatan angin yang terjadi berbanding terbalik dengan tegangan (V) dan berbanding lurus dengan arus listrik (I)

VII. 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.

VIII. Link rLab

http://sitrampil4.ui.ac.id/kr0 1 X

IX.

Lampiran

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

0

2.112

54.2

2

0

2.112

55.0

3

0

2.112

56.0

4

0

2.112

56.2

5

0

2.112

55.5

6

0

2.112

54.3

7

0

2.112

53.9

8

0

2.112

53.9

9

0

2.112

53.9

10

0

2.112

54.2

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

70

2.048

59.4

2

70

2.049

57.9

3

70

2.048

57.6

4

70

2.046

57.3

5

70

2.047

56.7

6

70

2.046

56.2

7

70

2.049

55.5

8

70

2.047

54.9

9

70

2.047

54.5

10

70

2.046

54.3

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

110

2.030

54.7

2

110

2.032

54.7

3

110

2.030

54.8

4

110

2.031

54.9

5

110

2.031

55.0

6

110

2.030

55.1

7

110

2.030

55.2

8

110

2.030

55.4

9

110

2.029

55.6

10

110

2.030

55.7

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

150

2.022

56.7

2

150

2.023

56.3

3

150

2.022

56.3

4

150

2.022

56.3

5

150

2.023

56.3

6

150

2.023

56.3

7

150

2.022

56.3

8

150

2.022

56.3

9

150

2.023

56.3

10

150

2.022

56.3

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

190

2.016

60.6

2

190

2.016

60.0

3

190

2.017

60.0

4

190

2.017

60.1

5

190

2.017

60.0

6

190

2.017

60.1

7

190

2.017

60.0

8

190

2.017

60.1

9

190

2.017

60.1

10

190

2.017

60.1

Kec

Waktu

Angin

V-HW

I-HW

1

230

2.014

55.0

2

230

2.013

56.1

3

230

2.013

57.3

4

230

2.014

58.6

5

230

2.014

59.8

6

230

2.014

60.1

7

230

2.014

59.5

8

230

2.013

59.1

9

230

2.013

58.1

10

230

2.013

57.0