kr01- angela susanti - 1206247303

Laporan Praktikum

Nama / NPM : Angela Susanti / 1206247303

Grup & Anggota Grup : B6

1. Adi Putra

2. Amrina Roosyada

3. Alif Nuzulul Hidayat

4. Ahmad Shoheh Dwi Ristono

5. Ahmad Salaam Mirfananda

6. Ahmad Fauzi Arief

7. Angela Pinkan Pustika Rini

Nomor & Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Minggu I

Tanggal Percobaan : Kamis, 28 Februari 2013

Koordinator Asisten : Haryo Sokoidanto Haryo

Laboratorium Fisika Dasar

UPP – IPD

Universitas Indonesia

Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hot wire sebagai sensor kecepatan aliran udara

II. Alat Percobaan

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

III. Teori Dasar

Sebuah interaksi antara dua benda berbeda dapat mengakibatkan perubahan suhu.

Pada dasarnya, selama proses interaksi tersebut, terjadi proses transfer energi antara satu

benda ke benda lain. Proses transfer energi yang terjadi akibat adanya perbedaan

temperatur antara dua atau lebih zat disebut heat flow atau perpindahan kalor. Energi

yang mengalami proses perpindahan tersebut yang disebut sebagai kalor.

Pada abad ke-18, seorang pria bernama Sir James Joule menemukan bahwa jika kita

mengaduk air dengan kuat secara terus menerus, suhu air dapat mengalami peningkatan.

Dengan mengaduk air dengan menggunakan pengaduk, kita dapat menambahkan energi

pada air, karena pengaduk melakukan usaha pada air. Sir Joule juga menemukan bahwa

besarnya peningkatan temperatur sebanding dengan besarnya usaha yang dilakukan.

Dalam kehidupan sehari – hari, kalor dapat mengalami proses disipasi. Disipasi kalor

berarti energi yang hilang dari suatu sistem, masuk ke dalam lingkungan karena adanya

gesekan, viskositas, hambatan listrik, dan lain – lain.

Prinsip disipasi kalor sering dimanfaatkan dalam hotwire anemometer. Hotwire

anemometer merupakan salah satu alat pengukuran yang masih sering digunakan hingga

saat ini. Prinsip kerja hotwire anemometer adalah perpindahan panas dari kawat yang

dipanaskan menuju cairan yang bersuhu lebih rendah. Dengan demikian, hubungan

antara kecepatan aliran dan output listrik dapat dihubungkan.

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 dengan 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

mengubah 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 =

....... (2)

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 linier 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

230m/s.

IV. Cara Kerja

Eksperimen dilakukan setelah mengakses rLab

1. Mengaktifkan webcam dan mengklik icon video pada halaman web rLab

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0m/s dengan meng-klik pilihan drop

down pada icon “atur kecepatan aliran”

3. Menghidupkan motor penggerak 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 kedua hingga keempat untuk kecepatan yang berbeda, yaitu 70,

110, 150, 190, dan 230 m/s.

V. Data Pengamatan

Data dan hasil percobaan :

Dalam percobaan ini mengambil data dari hasil percobaan ketiga.

Tabel 1 – Hasil Percobaan 1 dengan Kecepatan Aliran Udara 0 m/s

Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 0 2,112 54,2

2 0 2,112 55,1

3 0 2,113 54,9

4 0 2,113 54,0

5 0 2,113 53,9

6 0 2,112 54,0

7 0 2,112 54,8

8 0 2,112 55,2

9 0 2,112 54,3

10 0 2,112 53,9

(Tegangan) 2,1123


Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 70 2,067 56,2

2 70 2,067 55,6

3 70 2,066 54,4

4 70 2,066 54,0

5 70 2,065 54,6

6 70 2,066 55,9

7 70 2,065 55,9

8 70 2,064 54,6

9 70 2,066 54,1

10 70 2,067 54,3

(Tegangan) 2,0659


Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 110 2,048 56,9

2 110 2,047 55,6

3 110 2,048 54,4

4 110 2,047 54,3

5 110 2,047 55,2

6 110 2,048 56,5

7 110 2,047 56,3

8 110 2,046 55,0

9 110 2,047 54,3

10 110 2,047 54,3

(Tegangan) 2,0472


Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 150 2,040 54,3

2 150 2,040 54,8

3 150 2,039 56,1

4 150 2,039 56,9

5 150 2,040 56,3

6 150 2,039 55,2

7 150 2,039 54,5

8 150 2,039 54,3

9 150 2,039 54,7

10 150 2,039 55,8

(Tegangan) 2,0393


Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 190 2,035 56,3

2 190 2,035 55,0

3 190 2,036 54,3

4 190 2,035 54,6

5 190 2,035 55,5

6 190 2,035 56,8

7 190 2,035 56,7

8 190 2,035 55,3

9 190 2,034 54,4

10 190 2,035 54,5

(Tegangan) 2,035


Waktu

(sekon)

Kecepatan Angin

(m/s) V-HW I-HW

1 230 2,031 57,0

2 230 2,031 57,1

3 230 2,031 56,0

4 230 2,031 54,9

5 230 2,031 54,4

6 230 2,031 54,5

7 230 2,031 55,2

8 230 2,031 56,4

9 230 2,031 57,2

10 230 2,031 56,7

(Tegangan) 2,031

VI. Pengolahan Data

Dalam proses percobaan, perbedaan kecepatan aliran angin dapat menghasilkan tegangan

hotwire yang berbeda setiap detiknya. Oleh karena itu, dapat dilihat hubungan antara waktu

dengan tegangan hotwire yang dihasilkan tiap detiknya serta hubungan antara tegangan

hotwire dengan kecepatan aliran angin.

a. Grafik Hubungan antara Tegangan Hotwire dengan Waktu

Grafik Hubungan antara Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan 0 m/s

Dengan membuat sebuah garis linear, dapat dilihat hubungan antara waktu dengan

tegangan hotwire berupa persamaan linear y = -0,00005 x + 2,1126 di mana besarnya

tegangan (y) dapat berubah – ubah sesuai dengan besarnya waktu (x)







tegangan hotwire berupa persamaan linear y = -0,00007x + 2,0354 di mana

besarnya tegangan (y) dapat berubah – ubah sesuai dengan besarnya waktu (x)



tegangan hotwire berupa persamaan linear y = 2,031 di mana besarnya tegangan (y)

dapat berubah – ubah sesuai dengan besarnya waktu (x)

b. Grafik Hubungan antara Kecepatan Aliran Angin dengan Tegangan Hotwire

Untuk membuat hubungan antara kecepatan aliran angin dan tegangan hotwire,

praktikan mengambil lima sampel waktu (detik ke-2, ke-4, ke-6, ke-8, dan ke-10) dari

total 10 detik per percobaan (dengan kecepatan aliran udara yang berbeda).

1. Detik ke – 2

Kecepatan

Aliran Angin Tegangan HW x

2 y

2 xy

0 m/s 2,112 0 4,460544 0

70 m/s 2,067 4900 4,272489 144,69

110 m/s 2,047 12100 4,190209 225,17

150 m/s 2,040 22500 4,1616 306

190 m/s 2,035 36100 4,141225 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,124961 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,332 ∑ = 128500 ∑ = 25,35103 ∑ = 1529,64

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = -0,00034 x + 2,097995

2. Detik ke – 4

Kecepatan


2 y

2 xy

0 m/s 2,113 0 4,464769 0

70 m/s 2,066 4900 4,268356 144,62

110 m/s 2,047 12100 4,190209 225,17

150 m/s 2,039 22500 4,157521 305,85

190 m/s 2,035 36100 4,141225 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,124961 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,331 ∑ = 128500 ∑ = 25,34704 ∑ = 1529,42

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = -0,00034 x + 2,09817

3. Detik ke – 6

Kecepatan


2 y

2 xy

0 m/s 2,112 0 4,460544 0

70 m/s 2,066 4900 4,268356 144,62

110 m/s 2,048 12100 4,194304 225,28

150 m/s 2,039 22500 4,157521 305,85

190 m/s 2,035 36100 4,141225 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,124961 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,331 ∑ = 128500 ∑ = 25,34691 ∑ = 1529,53

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = -0,00034 x + 2,09777

4. Detik ke – 8

Kecepatan


2 y

2 xy

0 m/s 2,112 0 4,460544 0

70 m/s 2,064 4900 4,260096 144,48

110 m/s 2,046 12100 4,186116 225,06

150 m/s 2,039 22500 4,157521 305,85

190 m/s 2,035 36100 4,141225 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,124961 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,327 ∑ = 128500 ∑ = 25,33046 ∑ = 1529,17

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = -0,00034 x + 2,0966

5. Detik ke – 10

Kecepatan


2 y

2 xy

0 m/s 2,112 0 4,460544 0

70 m/s 2,067 4900 4,272489 144,69

110 m/s 2,047 12100 4,190209 225,17

150 m/s 2,039 22500 4,157521 305,85

190 m/s 2,035 36100 4,141225 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,124961 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,331 ∑ = 128500 ∑ = 25,34695 ∑ = 1529,49

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = -0,00034 x + 2,09792

Jika dilakukan perhitungan secara menyeluruh (menggunakan rata – rata setiap percobaan

dari total 10 detik), maka hubungan antara tegangan dan kecepatan angin dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Kecepatan

Angin

Tegangan

Hotwire x

2 y

2 x.y

0 m/s 2,1123 0 4,4618 0

70 m/s 2,0659 4900 4,2679 144,613

110 m/s 2,0472 12100 4,1910 225,192

150 m/s 2,0393 22500 4,1587 305,895

190 m/s 2,035 36100 4,141 386,65

230 m/s 2,031 52900 4,125 467,13

∑ = 750 ∑ = 12,3307 ∑ = 128500 ∑ = 25,3454 ∑ = 1529,48

y = mx + b

m = ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

b = ∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ =

=

y = - 0.00034 x + 2.0978

Persamaan di atas merupakan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari hotwire dimana

y merupakan tegangan hotwire dan x adalah kecepatan angin.

Dari hasil percobaan, kawat dapat digunakan sebagai alat pengukur kecepatan angin. Hotwire

akan menghasilkan energi listrik yang didisipasi menjadi energi kalor. Daya yang dihasilkan

pada kawat berbanding lurus dengan besar tegangan, arus, dan perubahan suhu. Kecepatan

udara yang besar mengakibatkan besarnya nilai resistansi, sehingga besarnya tegangan dan

arus pun berubah.

VII. Analisis

a. Analisa Percobaan

Percobaan disipasi kalor hotwire bertujuan untuk memanfaatkan hotwire sebagai alat

sensor kecepatan aliran udara. Percobaan kali ini tidak dilakukan secara manual,

melainkan dilakukan secara online. Untuk dapat melakukan percobaan ini, praktikan

diberikan fasilitas berupa remote laboratory, yang memampukan praktikan untuk dapat

melakukan percobaan secara online, tanpa perlu datang langsung ke laboratorium fisika.

Untuk dapat melaksanakan praktikum, praktikan harus melakukan log in terlebih

dahulu di website sitrampil.ui.ac.id. Setelah melakukan log in ke dalam RLAB, susunan

peralatan percobaan akan tampak. Namun, sebelum melakukan percobaan, link video

webcam harus diaktifkan terlebih dahulu.

Percobaan dimulai dengan cara mengatur kecepatan angin yang akan dialirkan menuju

kawat hotwire. Dengan adanya perbedaan kecepatan angin tersebut, kita dapat

menganalisa kemampuan hotwire sebagai alat sensor kecepatan aliran udara. Untuk

mengatur kecepatan angin, terdapat menu drop down yang memberikan pilihan besarnya

kecepatan angin. Setelah mengatur kecepatan angin, motor penggerak kipas harus

dihidupkan terlebih dahulu dengan cara mengaktifkan radio button.

Setelah kipas penghasil angin dinyalakan, pengukuran tegangan hotwire dapat

dilakukan dengan menekan tombol ukur. Data yang dihasilkan merupakan data tegangan

hotwire selama 10 detik pertama. Ketika hotwire mendapat aliran udara, nilai resistansi

kawat akan berubah, sehingga mengubah besarnya arus listrik yang mengalir. Hal

tersebut juga akan berpengaruh pada besarnya tegangan yang mengalir pada kawat

hotwire. Besarnya tegangan dan arus listrik yang dihasilkan dalam percobaan memiliki

relasi dengan daya listrik yang sebanding dengan besarnya energi kalor yang akan

didisipasi. Peningkatan kecepatan udara tidak diimbangi dengan peningkatan besar

tegangan sebab peningkatan kecepatan udara akan meningkatkan resistansi, yang

berakibat pada penurunan daya maupun energi kalor yang akan didisipasi.

Proses percobaan dilakukan sebanyak enam kali, dengan variasi kecepatan udara yang

berbeda – beda. Variasi kecepatan yang digunakan adalah 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150

m/s, 190 m/s, 230 m/s. Setelah melakukan percobaan secara online, praktikan dapat

mengunduh data percobaannya dalam format file Microsoft Excel.

b. Analisa Hasil Percobaan

Dari data hasil percobaan dengan kecepatan aliran udara 0 m/s, diperoleh tegangan

rata – rata yang dihasilkan oleh kawat hotwire adalah 2,1123 volt dan arus listrik yang

dihasilkan sebesar 54,43 ampere dalam selang waktu selama 10 detik.

Untuk hasil percobaan dengan kecepatan aliran udara sebesar 70 m/s, diperoleh

tegangan rata – rata yang dihasilkan oleh kawat hotwire sebesar 2,0659 volt dan arus

listrik rata – rata yang dihasilkan sebesar 54,96 ampere dalam selang waktu sebesar 10

detik. Data yang diperoleh menunjukkan adanya penurunan besar tegangan rata – rata

akibat adanya peningkatan kecepatan udara yang mengakibatkan peningkatan resistansi.

Dalam percobaan yang dilakukan dengan variasi kecepatan sebesar 110 m/s, diperoleh

hasil tegangan rata – rata yang dihasilkan oleh kawat hotwire sebesar 2,0472 dan

besarnya arus listrik rata – rata yang dihasilkan adalah 55,28 ampere. Akibat dilakukan

peningkatan besarnya kecepatan dalam variasi percobaan ini, rata – rata tegangan yang

dihasilkan pun kembali menurun dari 2,0659 volt menjadi 2,0472 volt.

Pada percobaan keempat, besarnya kecepatan aliran udara diatur menjadi 150 m/s,

sehingga diperoleh besarnya tegangan rata – rata yang dihasilkan oleh kawat hotwire

sebesar 2,0393 volt dan besarnya arus rata – rata yang dihasilkan adalah 55,29 ampere.

Penurunan besarnya tegangan yang dihasilkan juga terjadi dalam percobaan yang

dilaksanakan selama 10 detik ini. Tegangan berkurang dari 2,0472 volt menjadi 2,0393

volt.

Percobaan kelima dilakukan dengan kecepatan aliran udara sebesar 190 m/s, sehingga

dihasilkan besarnya tegangan rata – rata sebesar 2,035 volt dan besarnya arus rata – rata

yang dihasilkan adalah 55,34 ampere dalam selang waktu sebesar 10 detik. Data yang

diperoleh menunjukkan adanya penurunan besarnya tegangan kawat akibat peningkatan

besarnya resistensi.

Untuk percobaan terakhir, besarnya kecepatan yang digunakan adalah 230 m/s,

sehingga dihasilkan besarnya tegangan rata – rata sebesar 2,031 volt dan besarnya arus

rata – rata sebesar 55,94 ampere. Pada percobaan terakhir dengan kecepatan aliran udara

yang paling besar diperoleh tegangan yang paling kecil yaitu 2,031 volt.

c. Analisa Perhitungan

Setelah melakukan percobaan, praktikan diminta untuk melakukan proses pengolahan

data dari hasil percobaan yang telah diperoleh. Praktikan diminta untuk mencari sebuah

persamaan kecepatan udara yang merupakan fungsi dari tegangan hotwire. Karena ada

banyak data yang diperoleh dalam percobaan (60 data), metode yang digunakan untuk

membuat persamaan adalah metode kuadrat terkecil. Dalam metode tersebut, nilai – nilai

yang harus dicari adalah x2, y

2, dan xy.

Hasil pengolahan data percobaan menunjukkan bahwa persamaan yang

menggambarkan hubungan antara kecepatan aliran udara dan tegangan hotwire secara

umum dapat dirumuskan sebagai berikut :

y = - 0.00034 x + 2.0978

dimana y merupakan besarnya tegangan hotwire dan x merupakan besarnya kecepatan

udara.

d. Analisa Grafik

Untuk grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan dan waktu, digunakan

persamaan umum linear berupa y = mx + b, dimana m menyatakan gradien atau

kemiringan garis. Dari keenam data dan grafik yang diperoleh, terlihat bahwa seluruh

nilai gradien bernilai negatif. Gradien yang bernilai negatif menandakan garis bergerak

menuju kanan bawah. Hal ini juga berarti peningkatan besar variabel bebas x akan

mengurangi besarnya variabel terikatnya yaitu variabel y.

Semakin lama kipas dinyalakan, maka semakin sedikit energi kalor. Penurunan

besarnya energi kalor akan mempengaruhi besarnya energi listrik yang nantinya akan

berdampak pula pada besarnya tegangan yang dihasilkan.

Untuk grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan dan kecepatan, aliran

udara, digunakan persamaan umum linear yang serupa dengan grafik sebelumnya, yaitu y

= mx + b, dimana m menyatakan gradien atau kemiringan garis. Gradien yang dihasilkan

selalu bernilai negatif, baik pada detik ke-2, ke-4, ke-6, ke-8, maupun detik ke-10. Hal ini

menunjukkan bahwa pada detik mana pun, peningkatan kecepatan dapat mengakibatkan

penurunan besarnya tegangan yang dihasilkan. Peningkatan kecepatan aliran udara dapat

mengakibatkan peningkatan besarnya resistensi yang dapat mempengaruhi besarnya

tegangan yang dihasilkan.

e. Analisa Kesalahan

Selama melaksanakan percobaan, terdapat beberapa faktor kesalahan yang dapat

mempengaruhi hasil percobaan yang diperoleh. Faktor – faktor tersebut adalah :

1. Peralatan yang tidak mengalami proses kalibrasi terlebih dahulu. Akibat dari

kesalahan ini adalah munculnya variasi data / data yang selalu berubah – ubah

dalam setiap percobaan.

2. Kesalahan dalam proses penghitungan akibat kesalahan pembulatan maupun

penggunaan aturan angka penting.

3. Percobaan dilakukan secara online, sehingga sulit bagi praktikan untuk

menentukan faktor kesalahan lain secara menyeluruh.

VIII. Kesimpulan

Hotwire dapat digunakan sebagai alat sensor kecepatan aliran udara

Peningkatan besarnya kecepatan aliran udara dapat mengakibatkan penurunan

besarnya tegangan yang dihasilkan

Peningkatan besarnya kecepatan aliran udara dapat memberikan dampak berebeda

pada besarnya arus. Arus akan meningkat seiring dengan peningkatan besar

kecepatan aliran udara

Persamaan linear yang menggambarkan hubungan antara kecepatan aliran udara

dan tegangan hotwire adalah :

y = - 0.00034 x + 2.0978

IX. Referensi

Giancoli, D.C. 2000. Physics for Scientists & Engineers 5th

Edition. Jakarta :Erlangga.

Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamentals of Physics 7th

Edition. Jakarta:

Erlangga.

Hendricks, Alphonso. 2010. Physics for Engineering. New York :Gazelle Distribution

Nls.

kr01- angela susanti - 1206247303

Documents