LAPORAN PRAKTIKUM Disipasi Kalor Hot Wire

Nama / NPM : Muhammad Fadlilah / 1306370335 Fak. / Prodi Studi : Teknik/ Teknik Metalurgi dan Material Kelompok : A8 No dan Nama Percobaan : KR 01 – Disipasi Kalor Hot Wire Minggu Percobaan : 02 Tanggal Percobaan : 6/3/2014

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

KR01 – Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Praktikum

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat dan Bahan

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

Gambar 1. Disipasi Kalor Hot Wire

III. Landasan Teori

Single normal probe adalah suatu tipe hotwire yang paling banyak digunakan sebagai sensor

untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah axial. 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. 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 ......... ( 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 temperature 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 dihasilkan

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.

Rw

Ra

III. Cara Kerja

1. Mengaktifkan Web Cam dengan mengklik icon video pada halaman web r-Lab.

2. Memberikan aliranudara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop down

pada icon “atur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon

“menghidupkan power supply kipas.

4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon “ukur”.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s.

IV. Tugas & 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 hubunganTegangan

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.

V. Tugas & Evaluasi

1. Grafik antara tegangan dengan waktu:

Dalam kecepatan angin 0 m/s

Waktu V-HW

1 2.112

2 2.112

3 2.112

4 2.112

5 2.112

6 2.112

7 2.112

8 2.112

9 2.112

10 2.112

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 0 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Dalam kecepatan angin 70 m/s

Waktu V-HW

1 2.069

2 2.069

3 2.069

4 2.068

5 2.068

6 2.070

7 2.069

8 2.071

9 2.070

10 2.069

2.0665

2.067

2.0675

2.068

2.0685

2.069

2.0695

2.07

2.0705

2.071

2.0715

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 70 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Dalam kecepatan angin 110 m/s

Waktu V-HW

1 2.051

2 2.050

3 2.052

4 2.051

5 2.051

6 2.052

7 2.051

8 2.051

9 2.051

10 2.050

2.049

2.0495

2.05

2.0505

2.051

2.0515

2.052

2.0525

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 110 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Dalam kecepatan angin 150 m/s

Waktu V-HW

1 2.044

2 2.042

3 2.043

4 2.043

5 2.043

6 2.043

7 2.043

8 2.043

9 2.043

10 2.043

2.041

2.0415

2.042

2.0425

2.043

2.0435

2.044

2.0445

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 150 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Dalam kecepatan angin 190 m/s

Waktu V-HW

1 2.039

2 2.039

3 2.039

4 2.039

5 2.038

6 2.039

7 2.039

8 2.039

9 2.039

10 2.038

2.0374

2.0376

2.0378

2.038

2.0382

2.0384

2.0386

2.0388

2.039

2.0392

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 190 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Dalam kecepatan angin 230 m/s

Waktu V-HW

1 2.036

2 2.036

3 2.036

4 2.036

5 2.036

6 2.036

7 2.036

8 2.036

9 2.035

10 2.035

2.0344

2.0346

2.0348

2.035

2.0352

2.0354

2.0356

2.0358

2.036

2.0362

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin 230 m/s

V - HW

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

Gabungan dari grafik tersebut

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 m/s

70 m/s

110 m/s

150 m/s

190 m/s

230 m/s

Grafik Hub. Tegangan dan Waktu

Waktu (sekon)

Teg

an

gan

(volt

)

2. Dengan data dan grafik diatas, dapat dibuat grafik yang menggambarkan hubungan kecepatan

angin dengan tegangan rata-rata:

Kecepatan angin (m/s) Rata2 tegangan (V)

0 2.112

70 2.0692

110 2.051

150 2.043

190 2.0388

230 2.0358

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Hubungan kecepatan angin dengan rata2 tegangan

Tegangan Rata2

Kecepatan (m/s)

Teg

an

gan

(volt

)

3. Dari data yang diperoleh, dapat dibuat data mengenai persamaan kecepatan angin sebagai

fungsi dari tegangan hotwire:

Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire menggunakan metode kuadrat

terkecil, dimana y = a + bx

Y= Tegangan

X= Kecepatan angin

Maka dapat dicari persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hot wirenya adalah :

No. x (m/s) y (V) x2 (m

2/s

2) y

2 (V

2) x.y (m/s . V)

1 0 2.112 0 4.46054 0

2 70 2.0692 4900 4.28159 144.844

3 110 2.051 12100 4.2066 225.61

4 150 2.043 22500 4.17385 306.45

5 190 2.0388 36100 4.15671 387.372

6 230 2.0358 52900 4.14448 468.234

∑ ( Jumlah ) 750 12.3498 128500 25.4238 1532.51

4. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat menggunakan kawat Hotwire

sebagai pengukur kecepatan angin?

Dengan memperhatikan percobaan dan hasil data yang diperoleh, dapat diambil

kesimpulan bahwa kawat hotwire bisa digunakan untuk mengukur kecepatan angin., tetapi bukan

nilai pasti dari kecepatannya. Hal ini dibuktikan dari persamaan kecepatan angin terhadap

tegangan hotwire. Jika ditelaah lebih lanjut, dapat diketahui bila kecepatan angin meningkat

maka tegangan di hotwire akan berkurang. Penyebabnya adalah angin yang berhembus melalui

hotwire akan merubah resistansi dari hotwire tersebut sehingga arus yang mengalir juga

mengalami perubahan. Apabila kecepatan angin semakin tinggi, maka resistansi kawat akan

membesar dan mempengaruhi arus listrik. Sehingga pada akhirnya dapat kita simpulkan bahwa

kawat hotwire bisa digunakan untuk mengukur kecepatan angin.

5. Berikut ini adalah analisis dari praktikum ini:

A. Analisis Percobaan

Pada percobaan kali ini menggunakan rlab. Perbedaan rlab dengan manual yaitu, jika

praktikum dengan rlab praktikan tidak berhubungan langsung dengan alat-alat praktikum. Saat

praktikum rlab harus dipastikan bahwa internet harus berfungsi dengan baik dan lancar. Tujuan

dari praktikum ini adalah mengetahui hotwire bisa digunakan untuk mengukur kecepatan angin.

Ada kelemahan dan keuntungan apabila praktikum menggunakan rlab. Kelemahannya adalah

praktikan tidak mampu membayangkan keadaan yang sesungguhnya dari alat-alat praktikum dan

hal yang terjadi dalam praktikum. Kelebihannya adalah kemudahan yang ditawarkan kepada

praktikan, sehingga praktikan bisa mengambil data kapanpun dan dimanapun.

Dalam percobaan hot wire ini, ada beberapa variabel yaitu kecepatan angin (0 m/s, 70

m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, 230 m/s). Setelah login dan menyalakan webcam, kita langsung

mengubah kecepatan sesuai data yang diperlukan lalu menyalakan tombol power, lalu dapat data

dan grafik yang dibutuhkan, kemudian menyimpannya ke dalam excel. Pada keadaan kecepatan

angin 0 m/s, tegangan belum dipengaruhi oleh angin. Pada keadaan kecepatan angin tertinggi

yaitu 230 m/s, nilai tegangan berubah menjadi lebih kecil. Aliran angin yang melalui hotwire

mampu menaikkan nilai resistansi sehingga tegangan menjadi lebih kecil.

B. Analisis Hasil

Dalam percobaan kali ini, perbandingan data diperoleh dari 6 variabel kecepatan angin

dan tegangan yang dihasilkan. Selanjutnya, dalam 1 variabel kecepatan misalnya 0 m/s, dilihat

perubahan tegangan dalam selang waktu 10 detik yang dicatat setiap detik. Dari 10 nilai

tegangan yang diperoleh dalam 10 detik tersebut, diambil nilai rata-ratanya sehingga didapat

nilai tegangan rata-rata untuk setiap kecepatan angin. Hal ini dilakukan untuk melihat bagaimana

pengaruh waktu terhadap tegangan pada hotwire pada kecepatan angin tertentu dan bagaimana

pengaruh waktu terhadap tegangan rata-ratanya. Kemudian tegangan listrik yang ada di hotwire

menghasilkan energi listrik yang akan didisipasi menjadi energi panas. Energi panas inilah yang

akan digunakan untuk mempertahankan suhu sensor supaya konstan untuk menghitung

kecepatan angin.

Kecepatan angin yang dipakai adalah 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, 230 m/s.

Jika data yang diperoleh diamati, beberapa data tegangan mengalami perubahan walaupun

perubahan yang ditampilkan sangat kecil. Secara umum apabila kita mengambil tegangan rata-

rata untuk setiap kecepatan angin, maka akan kita dapatkan penurunan tegangan rata-rata seperti

yang ditampilkan oleh grafik berikut.

Kemudian dapat dibuat persamaan untuk menentukan kecepatan angin (x) terhadap tegangan

hotwire (y) sebagai berikut :

C. Analisis Grafik

Dari grafik hubungan kecepatan angin dengan rata-rata tegangan diatas, dapat kita ambil

kesimpulan bahwa semakin tinggi kecepatan angin maka semakin kecil pula tegangan yang

diperoleh. Hal ini disebabkan kecepatan angin yang tinggi akan meningkatkan resistansi hotwire

dan tegangan yang ditunjukkan akan semakin kecil.

D. Kesimpulan

Berdasarkan praktikum disipasi kalor hotwire ini, dapat diketahui kecepatan angin melalui

persamaan yang dibuat melalui hasil pengamatan. Tetapi, adanya kesalahan relatif yang besar

menyebabkan alat ini tidak bisa mengukur kecepatan angin dengan benar. Alat ini hanya bisa

digunakan untuk memperkirakan besar kecilnya kecepatan angin dengan melihat perubahan

tegangan dan arus pada hotwire tersebut. Akhirnya, kecepatan angin berbanding terbalik dengan

tegangan dan berbanding lurus dengan arus.

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

Hubungan kecepatan angin dengan rata2 tegangan

Tegangan Rata2

Kecepatan (m/s)

Teg

an

ga

n (

volt

)

Referensi

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.

2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

R-lab: http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01