LAPORAN PRAKTIKUM

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama : Rosya Prilia Chairani

NPM : 1206238646

Fakultas : Teknik

Program studi : Teknik Industri

Group : A5

No. Percobaan : KR01

Tanggal Percobaan: 13 Maret 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

Disipasi Kalor Hot Wire

Tujuan Praktikum

Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara

Alat

1. Kawat pijar (hot wire)

2. Fan

3. Voltmeter dan amperemeter

4. Adjustable power supply

5. Camrecorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori Dasar

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

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:

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.

Prosedur percobaan

1. Mengaktifkan webcam di rLab

2. Memberikan aliran udara sebesar 0 m/s

3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan mengaktifkan power supply

kipas

4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat pijar (hot wire)

5. Mengulangi langkah 2 sampai langkah 4 untuk kecepatan 70, 110, 150,

190, dan 230 m/s.

Data Hasil Percobaan

1. V = 0 m/s

Grafik

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 0 2.112 53.9

2 2 0 2.112 54.0

3 3 0 2.112 54.7

4 4 0 2.112 55.2

5 5 0 2.112 54.9

6 6 0 2.112 54.3

7 7 0 2.112 53.9

8 8 0 2.112 53.9

9 9 0 2.112 53.9

10 10 0 2.112 54.2

2. V = 70 m/s

Grafik

2.0535

2.054

2.0545

2.055

2.0555

2.056

2.0565

2.057

2.0575

2.058

2.0585

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 70 2.056 54.4

2 2 70 2.055 54.2

3 3 70 2.056 54.1

4 4 70 2.058 54.3

5 5 70 2.057 54.7

6 6 70 2.055 55.4

7 7 70 2.056 56.0

8 8 70 2.055 56.5

9 9 70 2.055 56.5

10 10 70 2.055 55.9

3. V = 110 m/s

Grafik

2.0345

2.035

2.0355

2.036

2.0365

2.037

2.0375

2.038

2.0385

2.039

2.0395

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 110 2.038 57.2

2 2 110 2.039 57.0

3 3 110 2.037 57.1

4 4 110 2.038 56.9

5 5 110 2.038 56.7

6 6 110 2.037 56.5

7 7 110 2.037 56.2

8 8 110 2.037 56.1

9 9 110 2.036 55.9

10 10 110 2.037 55.7

4. V = 150 m/s

Grafik

2.028

2.0285

2.029

2.0295

2.03

2.0305

2.031

2.0315

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 150 2.029 55.1

2 2 150 2.029 54.6

3 3 150 2.030 54.4

4 4 150 2.029 54.4

5 5 150 2.029 54.7

6 6 150 2.029 55.3

7 7 150 2.029 56.1

8 8 150 2.029 56.9

9 9 150 2.030 57.3

10 10 150 2.031 56.7

5. V = 190 m/s

Grafik

2.0234

2.0236

2.0238

2.024

2.0242

2.0244

2.0246

2.0248

2.025

2.0252

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 190 2.025 56.9

2 2 190 2.024 55.9

3 3 190 2.024 55.2

4 4 190 2.025 54.8

5 5 190 2.025 54.6

6 6 190 2.024 54.5

7 7 190 2.024 54.5

8 8 190 2.024 54.5

9 9 190 2.024 54.6

10 10 190 2.024 54.7

6. V = 230 m/s

Grafik

2.0204

2.0206

2.0208

2.021

2.0212

2.0214

2.0216

2.0218

2.022

2.0222

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n (

v)

Waktu (s)

No Waktu Kec Angin V-HW I-HW

1 1 230 2.021 57.7

2 2 230 2.022 56.5

3 3 230 2.022 55.4

4 4 230 2.022 54.7

5 5 230 2.022 54.5

6 6 230 2.022 54.6

7 7 230 2.022 55.1

8 8 230 2.022 56.0

9 9 230 2.022 56.9

10 10 230 2.022 57.5

Pengolahan Data

Tabel hubungan antara kecepatan aliran angin (m/s) dengan tegangan (v)

Kecepatan (m/s) Tegangan rata-rata (v)

0 2.112

70 2.0558

110 2.0374

150 2.0294

190 2.0243

230 2.0219

Grafik

Tabel Least Square

x y xi2 yi

2 xiyi

0 2.112 0 4.460544 0

70 2.0558 4900 4.226314 143.906

110 2.0374 12100 4.150999 224.114

150 2.0294 22500 4.118464 304.41

190 2.0243 36100 4.09779 384.617

230 2.0219 52900 4.08808 465.037

Σ750 Σ 12.2808 Σ 128500 Σ 25.14219 Σ 1522.084

x = tegangan (v)

y = rata-rata kecepatan aliran angin (m/s)

1.96

1.98

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 (m/s)

Perhitungan Least Square

∑ (∑ )(∑ )

∑ (∑ )

( ) ( )( )

( ) ( )

= 0,012

∑ ∑ (∑ )(∑ )

∑ (∑ )

( )( ) ( )( )

( ) ( )

Jadi, persamaan kecepatan angin sebagai fungsi hot wire adalah

y = 0,012x + 0,061

y = kecepatan angin (m/s)

x = tegangan (v)

Analisis Data

A. Analisis Percobaan

Percobaan KR01 dilakukan untuk mengetahui apakah hot wire dapat

digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara. Sumber udara yang

digunakan pada percobaan ini adalah kipas angin. Kecepatan udara yang

digunakan bervariasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan

230 m/s. Pada awal percobaan, digunakan kecepatan udara sebesar 0 m/s.

Pada kecepatan tersebut, tegangan dan arus listrik belum terpengaruh dari

kecepatan udara yang digunakan. Kipas angin dinyalakan, kecepatan kipas

diatur sesuai dengan variasi yang sudah ditentukan sebelumnya. Ketika

kipas angin dinyalakan, kecepatan angin mempengaruhi besar tegangan

dan arus listrik yang mengalir. Semakin besar kecepatan angin, semakin

besar pula arus listriknya. Sedangkan tegangan yang mengalir semakin

kecil karena disebabkan oleh udara yang dihembuskan oleh kipas angin

yang mempengaruhi resistensi pada kawat yang selanjutnya

mempengaruhi tegangan dan arus tersebut. Besar kecilnya perubahan

resistensi inilah yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada

probe.

Energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik

yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.

Maka pada persamaan tersebut,

W= V.I.t

Energi juga sebanding dengan gaya dan perpindahan

Maka,

W=F.s

Sedangkan jarak nilainya bergantung pada kecepatan dan waktu, jadi

energi listrik bergantung pada gaya, kecepatan dan waktu. Itu sebabnya

kecepatan angin mempengaruhi. Besar kecilnya perubahan resistensi inilah

yang mempengaruhi perubahan kalor yang terjadi pada probe.

B. Analisis Hasil

Dengan percobaan ini, didapatkan hasil bahwa semakin besar

kecepatan angin yang digunakan, maka akan semakin besar pula nilai arus

listrik dan semakin kecil nilai tegangan yang mengalir pada kawat hot

wire.

Awalnya, dibuat tabel dan grafik untuk tiap kecepatan angin yang

digunakan. Setelah itu, data hasil pengamatan diolah. Dibuat tabel dan

grafik baru yang berisi kecepatan angin yang digunakan dan tegangan rata-

rata tiap kecepatan yang digunakan. Dengan tabel dan grafik yang

menjelaskan hubungan antara kecepatan angin dan tegangan, jelas terlihat

bahwa kecepatan angin yang digunakan berbanding terbalik dengan

tegangan yang mengalir pada kawat hot wire.

C. Analisis Kesalahan

Dalam melakukan sebuah percobaan, akan muncul faktor-faktor yang

dapat mempengaruhi hasil percobaan. Kesalahan yang terjadi cukup besar.

Kesalahan dapat dilihat dengan cara mensubtitusikan nilai kecepatan angin

dan nilai tegangan pada persamaan yang sudah didapatkan. Hasil yang

ditemukan dari persamaan yang disubtitusi tidak akan sama dengan hasil

yang muncul dari percobaan. Akan tetapi, percobaan ini dilaksanakan

dengan prosedur yang telah ditentukan, dari jarak jauh dan dengan

menggunakan komputer. Jadi, kesalahan yang terjadi pada percobaan ini

hampir bukan dari human error karena semua alat sudah diatur sedemikian

rupa oleh sistem.

D. Analisis Grafik

Berdasarkan grafik yang menjelaskan hubungan antara tegangan dan

waktu yang telah dibuat dari data hasil percobaan, dapat dilihat bahwa

tegangan yang mengalir relatif stabil, hanya memiliki sedikit perubahan.

Hal ini terjadi karena udara dari kipas angin tidak secara langsung berubah

kecepatannya, akan tetapi ada percepatan udara terlebih dahulu. Misalnya

dari kecepatan angin 0 m/s yang diubah menjadi 70 m/s. Tentu saja ketika

kipas dinyalakan, kecepatan angin tidak langsung 70 m/s. Angin

mengalami percepatan terlebih dahulu sehingga pada akhirnya mencapai

kecepatan 70 m/s.

Pada grafik yang menjelaskan hubungan antara tegangan dan

kecepatan angin yang telah dibuat dari data hasil pengolahan, terlihat

bahwa tegangan yang mengalir pada hot wire berbanding terbalik dengan

kecepatan udara yang dihembuskan oleh kipas angin. Semakin besar

kecepatan udara yang diberikan kipas angin, maka nilai tegangan yang

mengalir pada kawat hot wire 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.

Kesimpulan

1. Besar energi listrik yang terdisipasi berbanding lurus dengan tegangan

yang mengalir, arus listrik yang mengalir dan lamanya waktu listrik

mengalir.

2. Semakin besar kecepatan udara yang digunakan, maka semakin besar pula

nilai resistensi yang dihasilkan dan semakin besar pula arus listrik yang

mengalir.

3. Penurunan tegangan yang mengalir pada kawat berlangsung seiring

dengan meningkatnya kecepatan udara yang digunakan.

4. Persamaan linier kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan adalah

y = 0,012x + 0,061

5. Hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara.

Referensi

Giancoli, D.C; Physics for Scientists and Engineers, Third Edition, Prentice

Hall, NJ, 2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th

Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Link rLab

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