LAPORAN R LAB Disipasi Kalor Hot Wire

LAPORAN R-LAB

Disipasi Kalor Hot Wire

Nama

: Faris Muhtadi

NPM

: 1306392411

Fakultas

: Teknik

Departemen

: Teknik Elektro

Program Studi

: Teknik Elektro

Kode Praktikum

: KR 01

Tanggal praktikum : 18 Maret 2014

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan

Dasar

( UPP – IPD )

Universitas Indonesia

Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Alat

1. Kawat pijar (hotwire) 2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter 4. Adjustable power supply 5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

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 ...( 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/Ra

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasia (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.

Cara Kerja

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

1. Aktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !

2. Berikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”. 3. Hidupkan motor pengerak kipas dengan

meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas.

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

5. Ulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s !

Tugas

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?

6. Hasil dan Evaluasi

Data dan hasil percobaan

Tabel 1 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 0 m/s

Waktu ( s )

Kecepatan Angin ( m / s )

Tegangan ( Volt )

Kuat Arus (Ampere )

1 0 2.112 54.7

2 0 2.112 54.2

3 0 2.112 53.9

4 0 2.112 55.0

5 0 2.112 53.9

6 0 2.112 54.5

7 0 2.112 54.2

8 0 2.112 53.9

9 0 2.112 55.0

10 0 2.112 53.9

Tabel 2 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 70 m/s

Waktu ( s )

Kecepatan Angin ( m/s )

Tegangan ( Volt )

Kuat Arus ( Ampere)

1 70 2.065 56.5

2 70 2.067 54.1

3 70 2.066 54.8

4 70 2.066 55.8

5 70 2.066 54.0

6 70 2.065 55.2

7 70 2.065 55.5

8 70 2.065 54.0

9 70 2.065 55.7

Tabel 3 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 110 m/s

Waktu ( s ) Kecepatan Angin (m/s)

Tegangan ( Volt)

Kuat Arus ( Ampere )

1 110 2.045 56.2

2 110 2.045 54.4

3 110 2.045 54.5

4 110 2.045 56.3

5 110 2.044 56.2

6 110 2.045 54.4

7 110 2.045 54.5

8 110 2.045 56.4

9 110 2.046 56.0

10 110 2.046 54.3

Tabel 4 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 150 m/s

Tabel 5 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 190 m/s

Waktu ( s )

Kecepatan Angin ( m/s )

Tegangan ( Volt )

Kuat Arus ( Ampere )

1 190 2.034 57.1

2 190 2.034 55.9

3 190 2.034 54.4

4 190 2.034 56.5

5 190 2.034 56.1

Waktu ( s ) Kecepatan Angin ( m/s )

Teganga

n ( Volt ) Kuat Arus ( Ampere)

1 150 2.037 54.6

2 150 2.037 56.8

3 150 2.037 56.2

4 150 2.037 54.4

5 150 2.037 54.9

6 150 2.037 57.1

7 150 2.037 55.4

8 150 2.038 54.3

9 150 2.037 55.9

6 190 2.034 54.4

7 190 2.034 56.5

8 190 2.034 56.0

9 190 2.033 54.4

10 190 2.034 56.6

Tabel 6 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 230 m/s

Waktu ( s )

Kecepatan Angin ( m/s )

Tegangan ( Volt )

Kuat Arus ( Ampere )

1 230 2.032 56.2

2 230 2.032 57.0

3 230 2.032 54.6

4 230 2.032 55.1

5 230 2.032 57.5

6 230 2.032 55.1

7 230 2.032 54.5

8 230 2.032 56.7

9 230 2.032 56.6

10 230 2.032 54.4

Dari hasil percobaan di di atas, dapat kita gunakan untuk membuat grafik hubungan antara tegangan hot wire dengan waktu.

A. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Waktu )

Grafik 1

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 0

0  0.5  1  1.5  2  2.5 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T E ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 1 

Tegangan 

Grafik 2

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 70

Grafik 3

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 110

Grafik 4

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 150

2.064  2.065  2.066  2.067  2.068 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T e ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 2 

Tegangan  2.043  2.044  2.045  2.046  2.047 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T e ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 3 

Tegangan 

Grafik 5

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 190

Grafik 6

Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 230

2.0365  2.037  2.0375  2.038  2.0385 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T e ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 4 

Tegangan  2.0325  2.033  2.0335  2.034  2.0345 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T e ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 5 

Tegangan  0  0.5  1  1.5  2  2.5 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 

T e ga n ga n  (  V  )   Waktu ( s ) 

Gra1ik 6 

Tegangan 

B. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Kecepatan Aliran Angin)

Dalam mencari hubungan antara tegangan dengan kecepatan aliran angin sebaiknya kita harus terlebih dahulu mencari rata-rata tegangan dari setiap kecepatan angin.

Tabel Kecapatan Aliran Angin & Rata – Rata Tegangan

Kecepatan Angin Rata – Rata Tegangan ( Volt )

0 2.1120

70 2.0656

110 2.0451

150 2.0371

190 2.0339

230 2.0320

Dari tabel tersebut, dapat dibuat grafik yang menyatakan hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan.

C. Persamaan kecepatan angin sebagai Fungsi dari Tegangan Hotwire

Persamaan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan hotwire diperoleh menggunakan metode least square yang terdapat pada tabel berikut :

Kecepatan Angin

( m/s ) Tegangan ( Volt ) X 2

Y2 xy

0 2.112 0 4.460544 0

70 2.0656 4900 4.26670336 144.592

1.95  2  2.05  2.1  2.15 

0  70  110  150  190  230 

R a ta  ‐  R a ta  T e ga n ga n   ( Volt )  Kecepatan Angin ( m/s ) 

Gra1ik 

Rata ‐ Rata Tegangan 

110 2.0451 12100 4.18243401 224.961

150 2.0371 22500 4.14977641 305.565

190 2.0339 36100 4.13674921 386.441

230 2.032 52900 4.129024 467.36

= 750  _12.3257  128500  25_.32523099  1528_.919 

Dengan menggunakan software regresi linear, perhitungan least square dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Pada perhitungan tersebut, nilai b adalah nilai m atau gradien sementara nilai a adalah faktor penambah. Maka persamaan least square

y = - 0,00033938x + 2.0967 y – 2.0967 = - 0.00033938x

x = 6178.03 – 2946.54 y dengan x = kecepatan angin dan y = tegangan, maka

kecepatan angin (m/s) = 6178.03 – 2946.54 ( volt )

Analisa

A. Analisa Percobaan dan Hasil

Pada percobaan kali ini, terdapat 6 kali percobaan mengukur tegangan dengan diberikannya enam kecepatan aliran angin yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Data untuk percobaan ini dilakukan sebanyak 10 kali setiap satu kecepatan aliran angin. Dalam 10 kali pengambilan data , kegiatan tersebut bertujuan untuk menggambarkan tegangan yang dihasilkan tiap detiknya. Setelah data dianalisa maka dibawah ini adalah persamaan-persamaan garis dari masing-masing hubungan antara kecepatan aliran angin tegangan :

1) 0 m/s : y = 2.112

2) 70 m/s : y = - 0.00008x + 2.066 3) 110 m/s : y = 0.000103 + 2.044 4) 150 m/s : y = 0.00003x + 2.036 5) 190 m/s : y = -0.000042x + 2.304 6) 230 m/s : y =2.032

Dari percobaan ini, data yang diolah menggunakan metode

dengan tegangan secara umum dari percobaan ini. Persamaan tersebut adalah :

Kecepatan angin (m/s) = 6178.03 – 2946.54 ( volt )

Setelah melakukan percobaan ini, dari keenam data dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran angin terbukti memengaruhi tegangan yang dihasilkan. Hal ini terlihat pada perhitungan tabel, grafik, maupun least square dimana semakin tinggi aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Hal ini membuktikan bahwa kawat hot wire ternyata cocok untuk mengukur panas tegangan dan kecepatan aliran angin.

B. Analisa Grafik

 Grafik Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu

Melalui grafik ini dapat kita lihat bahwa terdapat variasi data dalam pengukuran ini. Untuk beberapa kecepatan aliran angin tertentu, selama rentang waktu 10 detik percobaan tegangannya stabil. Namun, untuk kecepatan aliran angin yang lainnya, terdapat tegangan yang konstan naik, konstan turun, dan juga fluktuatif. Namun naik dan turunnya angka tegangan tidak terlalu jauh dan masih berada dalam range tegangan yang pertama kali. Hal ini menyatakan bahwa untuk meningkatkan atau menurunkan suatu tegangan maka dibutuhkan waktu yang lebih lama dari 10 detik.  Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Angin dengan

Tegangan

Seperti yang telah dinyatakan dalam bagian analisis percobaan dan hasil. Grafik ini menyatakan bahwa semakin besar aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan

yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena aliran angin akan mengurangi jumlah panas yang akan diterima oleh hot wire. Dan karena hot wire hanya akan bereaksi jika dipicu oleh panas atau kalor maka diperlukan kecepatan aliran angin tidak boleh dalam kecepatan yang besar

C. Analisa Kesalahan

Dalam praktikum ini, terdapat beberapa kesalahan yang dapat menyebabkan kesalahan atau ketidakakuratan dalam pengukuran kesalahan itu antara lain :

 Pengkalibrasian alat ukur (hot wire) yang belum optimal sehingga sensor penangkap panasnya tidak bekerja secara maksimal

 Fasilitas R-Lab yaitu camcorder yang memperlihatkan

video streaming percobaan tersebut. Camcorder yang menampilkan gambar yang tidak jelas akan menyebabkan kesulitan dalam melihat apa yang sebenarnya terjadi di ruang praktikum

 Kesalahan dalam menghitung dan dalam penulisan angka penting.

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa :

• Hot Wire Single Probe merupakan jenis sensor hot wire yang paling sering digunakan karena kemampuannya untuk menyampaikan data pengukuran secara optimal

• Semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan yang dihasilkan akan semakin kecil karena kalor/panas yang diserap oleh hot wire akan berkurang karena adanya angin

Referensi

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

o _{Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th} Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

LAMPIRAN

Praktikum dilakukan pada hari Kamis tanggal 18 Maret 2014

Lampiran 1 (Tabel Data rLab)

No Wakt u

Kec

Angin V-HW

I-HW

1 1 0 2.112 54.7

2 2 0 2.112 54.2

3 3 0 2.112 53.9

4 4 0 2.112 55.0

5 5 0 2.112 53.9

6 6 0 2.112 54.5

7 7 0 2.112 54.2

8 8 0 2.112 53.9

9 9 0 2.112 55.0

10 10 0 2.112 53.9

11 1 70 2.065 56.5

12 2 70 2.067 54.1

13 3 70 2.066 54.8

14 4 70 2.066 55.8

15 5 70 2.066 54.0

16 6 70 2.065 55.2

17 7 70 2.065 55.5

18 8 70 2.065 54.0

19 9 70 2.065 55.7

20 10 70 2.066 54.7

21 1 110 2.045 56.2

22 2 110 2.045 54.4

23 3 110 2.045 54.5

24 4 110 2.045 56.3

25 5 110 2.044 56.2

26 6 110 2.045 54.4

27 7 110 2.045 54.5

28 8 110 2.045 56.4

29 9 110 2.046 56.0

30 10 110 2.046 54.3

31 1 150 2.037 54.6

33 3 150 2.037 56.2

34 4 150 2.037 54.4

35 5 150 2.037 54.9

36 6 150 2.037 57.1

37 7 150 2.037 55.4

38 8 150 2.038 54.3

39 9 150 2.037 55.9

40 10 150 2.037 56.7

41 1 190 2.034 57.1

42 2 190 2.034 55.9

43 3 190 2.034 54.4

44 4 190 2.034 56.5

45 5 190 2.034 56.1

46 6 190 2.034 54.4

47 7 190 2.034 56.5

48 8 190 2.034 56.0

49 9 190 2.033 54.4

50 10 190 2.034 56.6

51 1 230 2.032 56.2

52 2 230 2.032 57.0

53 3 230 2.032 54.6

54 4 230 2.032 55.1

55 5 230 2.032 57.5

56 6 230 2.032 55.1

57 7 230 2.032 54.5

58 8 230 2.032 56.7

59 9 230 2.032 56.6

dengan tegangan secara umum dari percobaan ini. Persamaan tersebut adalah :

Kecepatan angin (m/s) = 6178.03 – 2946.54 ( volt )

Setelah melakukan percobaan ini, dari keenam data dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran angin terbukti memengaruhi tegangan yang dihasilkan. Hal ini terlihat pada perhitungan tabel, grafik, maupun least square dimana semakin tinggi aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Hal ini membuktikan bahwa kawat hot wire ternyata cocok untuk mengukur panas tegangan dan kecepatan aliran angin.

B. Analisa Grafik

 Grafik Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu

Melalui grafik ini dapat kita lihat bahwa terdapat variasi data dalam pengukuran ini. Untuk beberapa kecepatan aliran angin tertentu, selama rentang waktu 10 detik percobaan tegangannya stabil. Namun, untuk kecepatan aliran angin yang lainnya, terdapat tegangan yang konstan naik, konstan turun, dan juga fluktuatif. Namun naik dan turunnya angka tegangan tidak terlalu jauh dan masih berada dalam range tegangan yang pertama kali. Hal ini menyatakan bahwa untuk meningkatkan atau menurunkan suatu tegangan maka dibutuhkan waktu yang lebih lama dari 10 detik.  Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Angin dengan

Tegangan

Seperti yang telah dinyatakan dalam bagian analisis percobaan dan hasil. Grafik ini menyatakan bahwa semakin besar

yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena aliran angin akan mengurangi jumlah panas yang akan diterima oleh hot wire. Dan karena hot wire hanya akan bereaksi jika dipicu oleh panas atau kalor maka diperlukan kecepatan aliran angin tidak boleh dalam kecepatan yang besar

C. Analisa Kesalahan

Dalam praktikum ini, terdapat beberapa kesalahan yang dapat menyebabkan kesalahan atau ketidakakuratan dalam pengukuran kesalahan itu antara lain :

 Pengkalibrasian alat ukur (hot wire) yang belum optimal sehingga sensor penangkap panasnya tidak bekerja secara maksimal

 Fasilitas R-Lab yaitu camcorder yang memperlihatkan video streaming percobaan tersebut. Camcorder yang menampilkan gambar yang tidak jelas akan menyebabkan kesulitan dalam melihat apa yang sebenarnya terjadi di ruang praktikum

 Kesalahan dalam menghitung dan dalam penulisan angka penting.

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa :

• Hot Wire Single Probe merupakan jenis sensor hot wire yang paling sering digunakan karena kemampuannya untuk

• Semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan yang dihasilkan akan semakin kecil karena kalor/panas yang diserap oleh hot wire akan berkurang karena adanya angin

Referensi

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

o _{Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th} Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

LAMPIRAN

Praktikum dilakukan pada hari Kamis tanggal 18 Maret 2014

Lampiran 1 (Tabel Data rLab)

No Wakt u

Kec

Angin V-HW

I-HW

1 1 0 2.112 54.7

2 2 0 2.112 54.2

3 3 0 2.112 53.9

4 4 0 2.112 55.0

5 5 0 2.112 53.9

6 6 0 2.112 54.5

7 7 0 2.112 54.2

8 8 0 2.112 53.9

9 9 0 2.112 55.0

10 10 0 2.112 53.9

11 1 70 2.065 56.5

12 2 70 2.067 54.1

13 3 70 2.066 54.8

14 4 70 2.066 55.8

15 5 70 2.066 54.0

16 6 70 2.065 55.2

17 7 70 2.065 55.5

18 8 70 2.065 54.0

19 9 70 2.065 55.7

20 10 70 2.066 54.7

21 1 110 2.045 56.2

22 2 110 2.045 54.4

23 3 110 2.045 54.5

24 4 110 2.045 56.3

25 5 110 2.044 56.2

33 3 150 2.037 56.2

34 4 150 2.037 54.4

35 5 150 2.037 54.9

36 6 150 2.037 57.1

37 7 150 2.037 55.4

38 8 150 2.038 54.3

39 9 150 2.037 55.9

40 10 150 2.037 56.7

41 1 190 2.034 57.1

42 2 190 2.034 55.9

43 3 190 2.034 54.4

44 4 190 2.034 56.5

45 5 190 2.034 56.1

46 6 190 2.034 54.4

47 7 190 2.034 56.5

48 8 190 2.034 56.0

49 9 190 2.033 54.4

50 10 190 2.034 56.6

51 1 230 2.032 56.2

52 2 230 2.032 57.0

53 3 230 2.032 54.6

54 4 230 2.032 55.1

55 5 230 2.032 57.5

56 6 230 2.032 55.1

57 7 230 2.032 54.5

58 8 230 2.032 56.7

59 9 230 2.032 56.6