Laporan Praktikum R-Lab

KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire

Nama / NPM : Rifqi Aditya / 1506732570

Fakultas / Prodi : Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam / Geologi

Group & Kawan Kerja : Group 6

1. Alfian Ali Murtado

2. Dhara Adhnandya Kumara

3. Ewin Rahman Dzuhri

4. Cattleya Randi

5. Fika Cahya Hadiati

6. Fariz Rahmansyah

7. Safira Nurul Imani

No. & Nama Percobaan : KR 01 – Disipasi Kalor Hot Wire

Tanggal Percobaan : 2 November 2015

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan

1. Kawat Pijar (Hot Wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Amperemeter

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 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 Δ t

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

𝑅𝑎

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 0, 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. Meberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan mengklik pilihan drop down

pada icon “mengatur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas”.

4. Mengukurlah 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. Pengolahan Data 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!

VI. Data Hasil Pengamatan

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 0 2.111 54.0

2 0 2.111 53.9

3 0 2.111 53.9

4 0 2.111 53.9

5 0 2.111 54.0

6 0 2.111 54.1

7 0 2.111 54.3

8 0 2.111 54.5

9 0 2.111 54.4

10 0 2.111 54.3

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 70 2.111 54.4

2 70 2.111 54.5

3 70 2.111 54.4

4 70 2.111 54.3

5 70 2.111 54.2

6 70 2.111 54.0

7 70 2.111 54.0

8 70 2.111 53.9

9 70 2.111 53.9

10 70 2.111 53.9

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 110 2.111 53.9

2 110 2.111 53.9

3 110 2.111 53.9

4 110 2.111 53.9

5 110 2.111 53.9

6 110 2.111 54.0

7 110 2.111 54.1

8 110 2.111 54.2

9 110 2.111 54.3

10 110 2.111 54.4

1 150 2.111 54.0

2 150 2.111 54.2

3 150 2.111 54.3

4 150 2.111 54.5

5 150 2.111 54.4

6 150 2.111 54.3

7 150 2.111 54.1

8 150 2.111 54.0

9 150 2.111 53.9

10 150 2.111 53.9

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 190 2.111 54.4

2 190 2.111 54.5

3 190 2.111 54.4

4 190 2.111 54.3

5 190 2.111 54.1

6 190 2.111 54.0

7 190 2.111 53.9

8 190 2.111 53.9

9 190 2.111 53.9

10 190 2.111 54.0

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 230 2.112 54.4

2 230 2.112 54.2

3 230 2.112 54.0

4 230 2.112 53.9

5 230 2.112 53.9

6 230 2.112 53.9

7 230 2.112 54.0

8 230 2.112 54.1

9 230 2.112 54.2

10 230 2.112 54.4

Grafik Percobaan Tegangan Terhadap Waktu

1. Kecepatan Angin 0 m/s

2. Kecepatan Angin 70 m/s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 0 m/s

V-HW (Volt)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 70 m/s

V-HW (Volt)

3. Kecepatan Angin 110 m/s

4. Kecepatan Angin 150 m/s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 110 m/s

V-HW (Volt)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 150 m/s

V-HW (Volt)

5. Kecepatan Angin 190 m/s

6. Kecepatan Angin 230 m/s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 190 m/s

V-HW (Volt)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

v = 230 m/s

V-HW (Volt)

Grafik Tegangan (Rata-Rata) terhadap Kecepatan Aliran Angin

Persamaan Kecepatan angin sebagai fungsi dari Tegangan Hotwire

Fungsi tersebut kita notasikan sebagai persamaan garis lurus

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐

Karena kecepatan angin dapat berubah-ubah, maka kecepatan angin kita jadikan

sebagai variabel bebas atau (x). Sedangkan nilai tegangan dipengaruhi oleh kecepatan

angin, maka kita jadikan tegangan sebagai variabel terikat atau (y). Lalu m adalah

gradien serta c adalah konstanta dari fungsi.

Parameter X (Kecepatan angin m/s) dan Y (Tegangan rata-rata HotwireVolt)

No. X Y X2 Y2 XY

1 0 2,111 0 4,456321 0

2 70 2,111 4900 4,456321 147,77

3 110 2,111 12100 4,456321 232,21

4 150 2,111 22500 4,456321 316,65

5 190 2,111 36100 4,456321 401,09

6 230 2,112 52900 4,460544 485,76

∑ 750 12,667 128500 26,742149 1583,48

∑2 562500 160,452889 16512250000 715,1425331 2507408,91

2.1106

2.1108

2.111

2.1112

2.1114

2.1116

2.1118

2.112

2.1122

0 50 100 150 200 250

Tega

nga

n (

Vo

lt)

Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Grafik Tegangan (Rata-Rata) Terhadap Kecepatan Aliran Angin

V-HW

Linear (V-HW)

Mencari nilai m :

𝑚 = 𝑛. ∑𝑥𝑦 − ∑𝑥. ∑𝑦

𝑛. ∑𝑥2 − (∑𝑥)2=

(6 ∗ 1583,48) − (750 ∗ 12,667)

(6 ∗ 128500) − (750)2= 3,0125 × 10−6

Mencari nilai c :

𝑏 =∑𝑥2. ∑𝑦 − ∑𝑥. ∑𝑦

𝑛. ∑𝑥2 − (∑𝑥)2=

(128500 ∗ 12,667) − (750 ∗ 12,667)

(6 ∗ 128500) − (750)2= 7,7611

Jadi persamaannya adalah :

𝑦 = 3,0125 × 10−6𝑥 + 7,7611

Karena kita akan mencari persamaan kecepatan angin (x) sebagai fungsi tegangan (y),

maka persamaannya menjadi fungsi x :

𝑥 =𝑦 − 7,7611

3,0125 × 10−6

Dari fungsi tersebut, dapat terlihat bahwa jika kecepatan angin semakin besar, maka

tegangan yang tercatat akan semakin kecil, dan begitu pula sebaliknya. Itu berarti

bahwa kita dapat menggunakan kawat hotwire sebagai pengukur kecepatan angin.

VII. Analisis Data

1. Analisis Percobaan

Percobaan ini memiliki tujuan untuk mengetahui kecepatan angin dengan

menggunakan kawat pijar (hotwire) pada probe sebagai sensor. Kecepatan angin

adalah sebagai variabel bebas (x) dan tegangan sebagai variabel terikat (y). Kecepatan

angin dibuat bervariasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s dan 230 m/s.

Dalam setiap kecepatan angin yang dicoba, terdapat sepuluh detik pengukuran dimana

disetiap detiknya terdapat ukuran tegangan dan arus hot wire. Percobaan dilakukan

berulang-ulang agar bisa mendapatkan data yang baik. Data yang didapat pada

percobaan ini adalah waktu dalam sekon, tegangan dalam volt dan arus dalam ampere

dimana ketiga data data tersebut akan dibuat tabel dan grafik. Setelah diperoleh data-

data yang baik, makan akan dituangkan data tersbeut menjadi bentuk grafik, grafik

yang telah dibuat akan menunjukkan hubungan antara kecepatan angina dan tegangan

yang berbanding terbalik dimana jika kecepatan tinggi makan tegangannya akan

menjadi rendah dan jika kecepatannya rendah makan tegangannya akan menjadi

tinggi. Hal ini disebabkan oleh resistensi yang terpangaruh oleh udara yang ditiupkan

oleh kipas sehingga tegangan dan arus terpengaruhi. Adanya angina yang tertiup

menyebabkan terjadinya perubahan nilai hambaran kawat dan mengakibatkan

terjadinya disipasi kalor.Tegangan pada hotwire berasal dari kedua ujung probe yang

terhubung dengan sumber tegangan, sementara arus yang mengalir terjadi karena

resistansi atau hambatan dari kawat pijar yang bertambah besar seiring dengan

bertambahnya kecepatan angin. 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. Sedangkan kuat arus yang mengalir akan berbanding

terbalik jika dilihat dari persamaan tersebut.

2. Analisis Data

Dari percobaan yang dilakukan, terlihat bahwa tegangan hotwire pada kecepatan 0m/s-

190m/s terlihat konstan namun terlihat terjadi perubahan sebesar 0.001 ketika

kecepatan dinaikan menjadi 230m/s. Hal ini terjadi karena probe menjadi tidak stabil

ketika dialiri angin. Lalu jika dilihat pada grafik tegangan terhadap kecepatan angin,

terlihat bahwa nilai tegangan awalnya konstan dan kemudian naik seiring dengan

bertambahnya kecepatan angin. Kalor sangat dibutuhkan dalam menghitung kecepatan

angin, untuk menjaga suhu dari Hot Wire atau kawat tersebut Karen kalor merupakan

pertanda adanya tegangan listrik yang terjadi atau masuk dan mangalir pada Hot Wire

tersebut sehingga dapat mengubah energi listrik menjadi energy kalor. Seperti apa

yang telah dijelaskan diatas bahwa disipasi kalor diakibatkan oleh penurunan tegangan

dan menyebabkan energy hilang dari system dan kemudian masuk kedalam

lingkungan karena adanya hambatan atau resistor.

3. Analisis Kesalahan (Hasil)

Setelah dilakukan pengolahan data, terlihat bahwa nilai tegangan pada kawat pijar

semakin kecil ketika kecepatan udara semakin besar. Setelah itu nilai tegangan naik

sedikit seiring dengan semakin naiknya kecepatan angin. Dari data yang diperoleh, kita

dapat membuat persamaan untuk mengetahui kecepatan angin berdasarkan nilai

tegangan yang terukur pada probe. Persamaannya adalah persamaan garis lurus

(y=mx+c). Setelah data diolah, didapatkan persamaan:

𝑦 = 3,0125 × 10−6𝑥 + 7,7611

dengan y adalah nilai tegangan, dan x adalah kecepatan angin. Namun fungsi yang

digunakan untuk mencari kecepatan angin berdasarkan tegangan adalah fungsi x,

sehingga bentuk fungsinya diubah menjadi fungsi x, yaitu:

𝑥 =𝑦 − 7,7611

3,0125 × 10−6

VIII. Simpulan

a. Kecepatan angin menaikkan resistensi kawat pijar dan menurunkuan nilai tegangan

pada kawat pijar.

b. Energi listrik pada yang mengalir pada kawat pijar akan terdisipasi dan menjadi energi

kalor yang sebanding dengan tegangan, kuat arus, dan waktu.

c. Hotwire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan angin dengan mengukur nilai

tegangan yang berubah-ubah seiring dengan kecepatan angin yang berubah-ubah pula.

IX. Referensi :

a. Halliday, Resnick, Walker; Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley &

Sons, Inc., NJ, 2005.

b. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.