laporan praktikum
TRANSCRIPT
LAPORAN R-LAB Disipasi Kalor Hot Wire
Nama : Ayu Sabrina
NPM : 0906640734
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Kimia
Kode Praktikum : KR01
Tanggal Praktikum : 23 Februari 2010
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)
Universitas IndonesiaDepok
DISIPASI KALOR HOT WIRE
KR01
I. Tujuan Percobaan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Peralatan
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
III. Landasan Teori
III.1 Teori Tambahan
Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran
telah memungkinkan berbagai pengukuran aliran fluida dilakukan dengan
berbagai sensor yang memberikan hasil-hasil yang dapat dikatakan cukup
akurat. Untuk pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor
yang banyak digunakan adalah hotwire anemometer. Sebelum dapat
digunakan, hotwire jenis ini harus terlebih dahulu dikalibrasi yang menyatakan
suatu hubungan antara tegangan kawat dengan kecepatan angin. Jika
persamaan ini telah diperoleh, maka setiap informasi mengenai kecepatan
dalam percobaan i ni dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan
tersebut.
Ada beberapa persamaan yang dapat digunakan dalam melakukan
kalibrasi, antara lain simple power-law dan extended power-law. Setiap
persamaan tersebut memiliki keakuratan yang dihubungkan dengan grafik
pada setiap percobaan. Keakurasian persamaan respon kalibrasi tersebut
ditentukan oleh nilai optimum konstanta pangkat yang dipilih untuk
menghasilkan sebuah kurva yang baik. Banyak peneliti memiliki anggapan
yang berbeda mengenai nilai maksimum ini.
Ada yang berpendapat bahwa extended power-law memiliki nilai yang
lebih akurat dibandingkan dengan simple power-law. Namun, ada juga
pendapat beberapa peneliti yang berpendapat sebaliknya. Mempertimbangkan
permasalahan pemilihan persamaan respon kalibrasi untuk rentang kecepatan
keluar yang berbeda-beda, maka pemilihan persamaan akurasi dapat
menguunakan metode look table.
III.1.1 Single Normal Hot Wire Probe
Single normal probe adalah suatu tipe hotwire probe yang paling
umum digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan
aliran dalam arah aksial saja. Probe jenis ini terdiri dari sebuah kawat logam
pendek yang halus yang disatukan pada dua prong nikel atau baja yang
dipanasi dengan arus listrik dan bekerja berdasarkan prinsip perpindahan
panas konveksi. Jumlah perpindahan panas yang diterima oleh probe
dinyatakan dengan overheat ratio yang dirumuskan sebagai:
Dimana Rw adalah resistansi kawat pada temperatur pengoprasian dan Ra
adalah resistansi dingin pada temperatur ambient. Dari hambatan yang ada,
maka akan berkaitan dengan hubungan energi listrik. Persamaan ini dituliskan
sebagai:
Dimana w adalah energi listrik, V adalah tegangan listrik, I adalah arus listrik
yang mengalir pada rangkaian, dan adalah waktu. Bila probe dihembuskan
udara maka akan merubah nilai resistansi kawat sehingga merubah besarnya
arus listrik yang mengalir. Semakin cepat udara yang mengalir maka
perubahan maka perubahan nilai resistansi juga semakin besar dan arus listrik
juga berubah.
III.1.2. Sistem Hotwire Anemometer dan Spesifikasi Single Normal Hot Wire ProbeSistem hot wire anemometer memiliki spesifikasi khusus seperti
menggunakan single normal hotwire probe. DISA 55M01 main unit, 55M11
CTA booster adapter, dan 55M05 power pack. Probe yang digunakan
dioperasikan dalam suatu mode temperatur konstan untuk menyediakan respon
frekuensi yang lebih tinggi. Dalam mode temperatur konstan, resistansi kawat,
Rw dipertahankan konstan ntuk memfasilitasi respon instantaneous dari
inersia termal sensor terhadap berbagai perubahan dalam kondisi aliran.
Gambar 1 Single Normal Hot Wire Sensor
III.1.3 Persamaan Respon Kalibrasi
III.1.3.1 Persamaan Simple Power LawPersamaan ini dirumuskan sebagai:
Dimana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E adalah tegangan
kawat, yang dapat juga dituliskan sebagai V, n merupakan konstanta pangkat,
dan U merupakan komponen kecepatan aksial.
III.1.3.2 Persamaan Extended Power LawPersamaan ini dirumuskan sebagai:
Dimana A,B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n=0,5.
III.2 Teori PercobaanSingle 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.
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.
IV. Prosedur Percobaan
Eksperimen ini dilakukan dalam media Rlab. Setelah masuk di halaman Rlab,
prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Mengaktifkan WebCam (meng-klik icon video pada halaman
web r-Lab)
2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/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 drus 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. Hasil dan Evaluasi
1. Grafik hubungan tegangan Hotwire dengan waktu untuk tiapkecepatan aliran udara
Data pengukuran tegangan dan kuat arus dengan kecepatan
angin 0 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
1 2.112 56.5
2 2.112 55.6
3 2.112 55.7
4 2.112 55.8
5 2.112 55.8
6 2.112 55.9
7 2.112 56.0
8 2.112 56.0
9 2.112 55.9
10 2.112 55.9
Data pengukuran tegangan dan kuat arus pada kecepatan
angin 70 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
1 2.051 58.9
2 2.053 57.8
3 2.054 58.0
4 2.052 57.9
5 2.053 57.6
6 2.053 57.3
7 2.052 56.6
8 2.052 56.0
9 2.054 55.4
10 2.055 54.9
Data pengukuran tegangan dan kuat arus pada kecepatan
angin 110 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
1 2.033 54.3
2 2.034 54.6
3 2.034 55.2
4 2.034 55.7
5 2.034 56.5
6 2.036 57.3
7 2.035 58.0
8 2.036 58.3
9 2.034 58.6
10 2.035 58.7
Data pengukuran tegangan dan kuat arus pada kecepatan
angin 150 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
1 2.037 54.5
2 2.028 54.4
3 2.027 55.3
4 2.026 56.8
5 2.027 58.5
6 2.026 59.1
7 2.026 58.2
8 2.027 56.6
9 2.027 55.3
10 2.027 54.6
Data pengukuran tegangan dan kuat arus pada kecepatan
angin 190 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
12.022 54.5
22.022 54.6
32.022 55.1
42.022 55.9
52.022 56.8
62.023 57.7
72.022 58.6
82.023 58.9
92.022 59.3
102.023 59.2
Data pengukuran tegangan dan kuat arus pada kecepatan
angin 230 m/s
WAKTU (S) V-HW I-HW
12.020 59.1
22.020 59.0
32.020 59.4
42.020 58.4
52.021 56.9
62.020 55.7
72.020 54.8
82.019 54.6
92.018 54.6
102.018 54.8
2. Grafik hubungan Tegangan Hotwire dengan
Kecepatan aliran angina
No Kecepatanangin
(m/s) /x
Rata-rata nilai tegangan / y
1 0 2.112
2 70
3 110
4 150
5 190
6 230
3. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari
tegangan Hotwire
Persamaan didefinisikan dengan rumus umum y = mx + b.
Dari seluruh data
pengukuran tegangan dan kuat arus pada tiap kecepatan
angin, maka
didapatkan data selengkapnya
4. Analisis Percobaan, Hasil, dan Grafik
a. Analisis Percobaan
Percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” yang dilakukan dengan
menggunakan sistem R-Lab (Remote Laboratory) ini dimulai dengan
mengaktifkan Web cam, yaitu dengan mengklik icon video yang ada pada
halaman R-Lab. Hal ini harus dilakukan agar dalam menjalankan praktikum,
alat peraga yang ditampilkan benar-benar berada dalam
kondisi siap untuk dipakai. Selain itu, dengan mengaktifkan Web cam, dapat
menghindarkan kita dari kesalahan-kesalahan yang diakibatkan oleh prosedur
kerja yang tidak dikerjakan secara benar (seperti diharuskan untuk menunggu
sampai alat peraga yang ditampilkan menunjukkan angka nol). Jika kita tidak
mengaktifkan web cam, maka
percobaan kita rentan salah, sehingga daa yang diambil akan mengalami
kesalahan yang berlanjut pada kesalahan dalam pengolahan data maupun 15
hasilnya, yaitu didapat suatu nilai yang bukan merupakan nilai yang
sebenarnya, sehingga kita diharuskan untuk mengulang percobaan.
Setelah mengaktifkan web cam, hal yang dilakukan selanjutnya adalah
memberikan aliran udara sebesar 0 m/s, yaitu dengan mengklik pilihan drop
down yang ada pada icon “atur kecepatan aliran”. Hal ini dilakukan untuk
memastikan bahwa aliran udara yang diberikan adalah sebesar 0 m/s, sehingga
kesalahan dalam pengambilan data tidak terjadi dalam percobaan kali ini.
Kemudian, setelah menyetel kecepatan aliran sebesar 0 m/s, motor
penggerak kipas harus dinyalakan. Hal ini dilakukan untuk menggerakkan
kipas agar berputar, dan menghasilkan kecepatan sebesar 0 m/s (walaupun pada
kenyataannya kipas tidak bergerak). Untuk menggerakkan motor kipas, kita
harus mengklik radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas”.
Jika kita tidak mengklik radio button tersebut, maka secara otomatis kipas tidak
akan berputar dan menghasilkan kecepatan yang kita inginkan, sehingga
percobaan mengalami kegagalan, yang mengakibatkan data yang diambil juga
mengalami kesalahan.
Untuk mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire, kita bisa
melakukannya dengan mengklik icon “ukur”. Setelah mengklik tombol “ukur”
maka akan terjadi pergerakan kipas dan perubahan tegangan. Setelah
menunggu selama beberapa detik, maka akan muncul data yang meliputi
waktu, kecepatan aliran, tegangan, dan arus yang dihasilkan. Percobaan
dilanjutkan dengan mengubah kecepatan aliran menjadi 70, 110, 150, 190, dan
230 m/s, dengan prosedur yang sama seperti prosedur di atas.
b. Analisis Hasil
Data yang diperoleh dari percobaan ini meliputi waktu, kecepatan,
tegangan, dan arus yang merupakan data yang telah dicetak oleh sistem.. Dari
data yang terlihat, terdapat beberapa data yang tidak berada dalam suatu
kecenderungan untuk berada dalam satu nilai. Selisih data yang keluar dari
kecenderungan untuk berada dalam satu nilai itu memang tidak terlalu jauh.
Akan tetapi, data tersebut merupakan data yang kurang baik, yang dapat
mengakibatkan hasil yang diperoleh tidak akurat. Dalam menganalisis data ini,
praktikan tidak dapat menganalisis penyebab secara fisis, apa-apa yang
menyebabkan timbulnya nilai-nilai yang keluar dari kecenderungan tersebut,
karena praktikan tidak melakukan percobaan secara langsung.
c. Analisis Grafik
Pada percobaan ini, terdapat tujuh buah grafik, yaitu enam buah grafik
yang menghubungkan waktu dengan tegangan untuk tiap-tiap kecepatan aliran
udara, sedangkan satu grafik yang lain merupakan grafik yang menghubungkan
tegangan dengan kecepatan aliran udara. Dari ke-enam grafik yang merupakan
grafik tegangan vs waktu, bisa terlihat bahwa terdapat simpangan yang cukup
jauh untuk kecepatan aliran udara dari 70 m/s sampai dengan 230 m/s. Akan
tetapi, hal ini hanya dikarenakan skala pada sumbu y yang digunakan dalam
grafik ini sangat kecil, sehingga grafik yang ditampilkan “seolah-olah”
memiliki simpangan yang besar. Jika kita memperbesar skala pada sumbu y,
maka grafik yang dihasilkan hampir berbentuk garis lurus yang sejajar dengan
sumbu x. Simpangan yang terjadi ini, dikarenakan kumpulan data yang
dihasilkan, ada sebagian data yang keluar dari kecenderungan, sebagaimana
seperti yang telah dijelaskan pada analisis data di atas.
Pada grafik yang menggambarkan hubungan antara kecepatan aliran
dengan tegangan, dapat terlihat bahwa kecepatan aliran udara berbanding
terbalik dengan tegangan. Hal ini dapat terlihat dari persamaan grafik yang di
dapat dari metode least square yaitu:
y = -2297.016x + 4831.20
Pada persamaan grafik di atas, gradiennya bernilai negatif, sehingga grafik
akan terus turun seiring dengan bertambahnya tegangan (kecepatan aliran udara
berbanding terbalik dengan tegangan). Persamaan y = -2297.016x + 4831.20
didapat dengan menggunakan metode least-square, untuk membuat persamaan
umum grafik tersebut dengan jarak simpangan yang sangat kecil. Gradien (m)
dan nilai konstanta (b), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
M=n
Dengan x pada kasus ini adalah tegangan, dan y adalah kecepatan aliran angin. Kesalahan
yang didapat dengan menggunakan least-square ini dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan, dengan δy Didapatkan hasil bahwa δm adalah 481.531, dan δb adalah 986.68.
Hasil ini merupakan kesalahan yang didapat dengan menggunakan metode least square.
VI. Kesimpulan
1. Single normal probe hot-wire merupakan salah satu jenis hotwire yang
umumnya banyak digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi
kecepatan aliran ( fluida) dengan menghubungkan kedua ujung probe
dengan sumber tegangan.
2. 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)
3. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga
semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah
4. Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat
ratio yang dirumuskan sebagai :
Overheat Ratio =
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan
udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).
VII. Referensi
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third
Edition, Prentice
Hall, NJ, 2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th
Edition, Extended
Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Kanginan, Marthen; Seribu Pena Fisika SMA, Erlangga, Jakarta,
2005,
Link RLab
http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01
IX. LAMPIRAN
Tabel Data Eksperimen
No Waktu Kec Angin V- HW I-HW
1 1 0 2.112 56.52 2 0 2.112 55.63 3 0 2.112 55.74 4 0 2.112 55.85 5 0 2.112 55.86 6 0 2.112 55.97 7 0 2.112 56.08 8 0 2.112 56.0
9 9 0 2.112 55.910 10 0 2.112 55.911 1 0 2.112 54.812 2 0 2.112 54.413 3 0 2.112 54.214 4 0 2.112 54.115 5 0 2.112 53.916 6 0 2.112 53.917 7 0 2.112 53.918 8 0 2.112 53.919 9 0 2.112 53.920 10 0 2.112 53.921 1 70 2.051 58.922 2 70 2.053 57.823 3 70 2.054 58.024 4 70 2.052 57.925 5 70 2.054 57.626 6 70 2.053 57.327 7 70 2.053 56.628 8 70 2.052 56.029 9 70 2.054 55.430 10 70 2.055 54.931 1 110 2.033 54.332 2 110 2.034 54.633 3 110 2.034 55.234 4 110 2.034 55.735 5 110 2.034 56.536 6 110 2.036 57.337 7 110 2.035 58.038 8 110 2.036 58.339 9 110 2.034 58.640 10 110 2.035 58.741 1 150 2.027 54.542 2 150 2.028 54.443 3 150 2.027 55.344 4 150 2.026 56.845 5 150 2.027 58.546 6 150 2.026 59.147 7 150 2.026 58.248 8 150 2.027 56.649 9 150 2.027 55.350 10 150 2.027 54.651 1 190 2.022 54.552 2 190 2.022 54.653 3 190 2.022 55.154 4 190 2.022 55.955 5 190 2.022 56.856 6 190 2.023 57.757 7 190 2.022 58.658 8 190 2.023 58.959 9 190 2.022 59.360 10 190 2.023 59.261 1 230 2.020 59.162 2 230 2.020 59.063 3 230 2.020 59.464 4 230 2.020 58.465 5 230 2.021 56.966 6 230 2.020 55.7
67 7 230 2.020 54.868 8 230 2.019 54.669 9 230 2.018 54.670 10 230 2.018 54.8