laporan praktikum (laprak) modul kr 01 - disipasi kalor hot wire

KR 01 Disipasi Kalor Hot Wire Halaman 1

Laporan Praktikum

Nama/NPM : Imam Taufiq Ramadhan/1306370612

Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Kimia

Grup : B4

Nomor & Nama Percobaan : KR01 Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Pekan 3

Tanggal Percobaan : Jumat, 14 Maret 2014

Koordinator Asisten : Rizal Ferdiansyah

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia


Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan

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. Landasan Teori

Dewasa ini, banyak pekerjaan menggunakan electro-mechanic (semi otomatis) dengan sistem

robotic (full automatic) seperti penggunaan Flexible Manufacturing Systems (FMS) dan

Computerized Integrated Manufacture (CIM) dan sebagainya. Model apapun yang digunakan

dalam sistem otomasi pemabrikan sangat tergantung kepada keandalan sistem kendali yang

berupa sensor atau transduser.

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting

dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah

sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Besaran masukan

pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti besaran fisika, kimia,

mekanis dan sebagainya. Untuk memakaikan besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem

manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih

dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer.

Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan

disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini : (D Sharon, dkk, 1982)

Linearitas

Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai

tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor

panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti

ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan dengan

masukannya berupa sebuah grafik.


Sensitivitas

Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur.

Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan perubahan keluaran

dibandingkan unit perubahan masukan. Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang

dinyatakan dengan satu volt per derajat, yang berarti perubahan satu derajat pada masukan

akan menghasilkan perubahan satu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja

memiliki kepekaan dua volt per derajat, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor

yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila

tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran

keseluruhan.

Tanggapan Waktu

Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahan

masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah

termometer merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi merkuri.

Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan hertz (Hz). [1 hertz

berarti 1 siklus per detik, 1 kilohertz berarti 1000 siklus per detik]. Pada frekuensi rendah, yaitu

pada saat temperatur berubah secara lambat, termometer akan mengikuti perubahan tersebut

dengan setia.

Disipasi Energi

Energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain

disebut kalor. (Syukri S, 1999).

Hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut termodinamika.

Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor,

kerja, dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan

keadaan (Keenan, 1980). Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi

dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah

kalor yang dipindahkan ke sistem (Petrucci, 1987). Hukum kedua termodinamika, yaitu

membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan. Proses spontan yaitu reaksi yang

berlangsung tanpa pengaruh luar. Sedangkan reaksi tidak spontan tidak terjadi tanpa bantuan

luar. Energi disipasi dapat berarti energi yang hilang dari suatu sistem. Hilang dalam arti berubah


menjadi energi lain yang tidak menjadi tujuan suatu sistem (dalam percobaan, energi listrik

berubah menjadi energi kalor).

Timbulnya energi disipasi secara alamiah tidak dapat dihindari. Contohnya:

1. Energi panas yang timbul akibat gesekan. Dalam hal ini, timbulnya gesekan dianggap

merugikan.

2. Energi listrik yang terbuang akibat adanya hambatan pada kawat penghantar.

3. Energi panas pada transformator (trafo). Trafo dikehendaki untuk mengubah tegangan.

Namun, pada kenyataan, timbul panas pada trafo. Panas inilah yang dianggap sebagai

energi disipasi.

Dalam fisika, disipasi mewujudkan konsep sistem dinamis di mana modus mekanis yang

penting, seperti gelombang atau osilasi, kehilangan energi selama waktu, biasanya karena

tindakan gesekan atau turbulensi. Energi yang hilang diubah menjadi panas, menaikkan

temperatur dari sistem. Sistem seperti ini disebut sistem disipasi.

Hotwire sebagai Sensor Kecepatan Aliran Udara

Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran telah memungkinkan berbagai

pengukuran aliran fluida dilakukan dengan berbagai sensor yang memberikan hasil-hasil

pengukuran yang akurat. Untuk pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor yang

banyak digunakan adalah hotwire anemometer. 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 .........( 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 temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

Perkembangan teknologi yang cepat dalam peralatan penyensoran telah memungkinkan berbagai

pengukuran aliran fluida dilakukan dengan berbagai sensor yang memberikan hasil-hasil

pengukuran yang akurat. Untuk pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satu jenis sensor yang

banyak digunakan adalah hot-wire anemometer. Sebelum digunakan dalam pengukuran aliran,

hot-wire anemometer harus dikalibrasi untuk menentukan suatu persamaan respon kalibrasi yang

menyatakan suatu hubungan antara tegangan kawat (wire voltage, E) dengan kecepatan referensi

(reference velocity, U). Setelah persamaan respon kalibrasi tersebut diperoleh, kemudian

informasi kecepatan dalam setiap percobaan utama dapat dievaluasi dengan menggunakan

persamaan respon tersebut.

Ada beberapa bentuk persamaan respon kalibrasi berbentuk persamaan linear atau persamaan

polynomial, di antaranya adalah persamaan simple power-law [1] dan persamaan extended

power-law [2] yang dapat digunakan dalam konversi data.

1. Persamaan Simple Power-law

Persamaan ini diperkenalkan oleh L.V. King dan dirumuskan sebagai berikut:

E2 = A + BU

n

Di mana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E merupakan tegangan kawat, n

merupakan konstanta pangkat, dan U merupakan komponen kecepatan aksial.

2. Persamaan Extended Power-law

Persamaan ini diperkenalkan oleh R.G. Siddal dan T.W. Davies yang diformulasikan sebagai

berikut:

E2 = A + BU

n + CU

dimana A, B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n = 0.5.

Setiap persamaan respon ini memiliki keakurasian yang dihubungkan dengan curve fit yang

dihasilkan pada suatu rentang kecepatan exit yang digunakan untuk setiap percobaan.

Keakurasian persamaan respon kalibrasi tersebut ditentukan oleh nilai optimum konstanta


pangkat yang dipilih untuk menghasilkan suatu curve fit yang baik. Sehubungan dengan

keakurasian curve fit dari persamaan respon kalibrasi tersebut, beberapa peneliti telah mengkaji

keakurasian curve fit dari persamaan simple power-law dengan rentang kecepatan referensi atau

kecepatan exit yang berbeda-beda untuk menghasilkan nilai optimum konstanta pangkat selain

nilai optimum (nopt = 0.5) yang disarankan oleh King. King menggunakan rentang kecepatan

exit moderat dari 1020 meter/detik, sementara Collis dan Williams menyarankan nilai optimum

konstanta pangkat sebesar 0.45 dengan rentang 0.02 < Re < 44 untuk menghasilkan suatu curve

fit yang baik. Berbeda dengan para peneliti sebelumnya, Bruun dan Swaminathan, Bacic et al.

menyarankan nilai optimum sebesar 0.4 0.45 pada kecepatan exit moderat tersebut digunakan

untuk persamaan simple power-law. Lebih jauh, penelitian awal yang dilakukan oleh Bruun dan

Tropea menjelaskan bahwa persamaan extended power-law oleh Siddall dan Davies (1972) tidak

mampu memberikan suatu curve fit yang lebih akurat dibandingkan curve fit dari persamaan

simple power-law bahkan untuk suatu rentang kecepatan exit yang besar.

Mempertimbangkan permasalahan pemilihan persamaan respon kalibrasi untuk rentang

kecepatan exit yang berbeda-beda tersebut, studi ini bertujuan untuk menguji keakurasian curve

fit kedua persamaan respon tersebut dengan suatu rentang kecepatan exit yang lebih besar.

Selanjutnya, hasil pengujian yang diperoleh digunakan sebagai referensi pemilihan persamaan

respon kalibrasi yang tepat dalam pengukuran aliran jet terpulsasi. Peningkatan akurasi

persamaan respon yang dipilih dapat dilakukan dengan menggunakan metode look-up table.

Parameter-parameter yang dievaluasi meliputi normalized standard deviation, u dan sum of

errors squared (SES). Kalibrasi dilakukan pada single normal hotwire probe untuk pengukuran

kecepatan satu komponen (axial velocity).

Sistem hot-wire anemometer yang digunakan meliputi sebuah single normal hot-wire 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 untuk memfasilitasi respon sesaat dari sensor inersia termal terhadap berbagai perubahan

dalam kondisi aliran.


Kawat pada probe adalah suatu kawat single normal yang terbuat dari material Sigmond Cohn

alloy 851 (79%Pt, 15%Rh, and 6%Ru). Kawat probe ini memiliki kekuatan tarik maksimum,

koefisien temperatur dari resistivity dan resistivity masing-masing sebesar 1.724x106 kPa,

0.7x10-3 oC-1, dan 30x106 cm. Panjang kawat adalah 2 mm dengan diameter, dw berukuran

10.16 m.

Ada 3 macam metode yang dapat digunakan dalam pengoperasian hotwire, yaitu constant

current anemometer (CCA), constant temperature anemometer (CTA), dan constant voltage

anemometer (CVA). Prinsip CTA adalah mempertahankan suhu konstan di atas suhu

lingkungan. Daya atau panas yang dibutuhkan untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan

digunakan untuk menghitung keceptan angin. Untuk Constant Current Anemometer (CCA)

perubahan kecepatan angin tergantung nilai resistansi sensor dan daya yang diberikan pada

sensor selalu tetap. Keuntungan metode ini adalah distorsi elektronik sangan kecil terutama pada

frekuensi yang sangat tinggi dan respon suhu tegangan yang linear. Sedangkan CVA adalah

metoda yang saat ini sedang dikembangkan, di mana prinsip CVA sangat dipengaruhi oleh

tegangan yang mengalir melalui kawat.

Metode CTA


Metode CCA

Metode CVA

Single normal probe dan Tabung Pitot diletakkan tegak lurus terhadap arah aliran dengan

menggunakan angle calibrator kira-kira 1 diameter downstream di depan aparatus steady jet.

Jarak antara probe dan Tabung Pitot adalah 4 mm untuk menghindari efek interferensi aliran

antara satu sama lain. Posisi 1 diameter ini untuk memfasilitasi intensitas turbulensi yang rendah

dan proses ekuilisasi antara tekanan statis, ps dan tekanan atmosfer, patm. Rentang kecepatan

exit yang digunakan adalah dari 2 sampai dengan 80 meter/detik untuk memberikan kecepatan

exit maksimum melebihi 50 meter/detik sebagaimana diharapkan untuk kecepatan exit pada

aliran jet terpulsasi. Rentang kecepatan exit ini dibagi menjadi 10 kecepatan exit yang berbeda

yang berselisih sama untuk setiap dua kecepatan yang berurutan: Heater dan pulsed jet nozzle.

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 0,

70, 110, 150, dan 190 dari daya maksimal 230 m/s.

Konveksi

Konveksi adalah proses di mana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul dari satu tempat ke

tempat yang lain. Sementara konduksi hanya melibatkan molekul (dan/atau elektron) yang hanya

bergerak dalam jarak yang kecil dan bertumbukan, konveksi melibatkan pergerakan molekul

dalam jarak yang besar. Tungku dengan udara yang dipaksa, di mana udara dipanaskan, dan


kemudian ditiup oleh kipas angin ke dalam ruangan, merupakan satu contoh konveksi yang

dipaksakan. Konveksi alami juga terjadi, dan satu contoh yang banyak dikenal adalah bahwa

udara panas akan naik. Misalnya, udara di atas radiator (atau pemanas jenis lainnya) memuai

pada saat dipanaskan, dan kerapatannya akan berkurang; karena kerapatan menurun, udara

tersebut naik, sama seperti sebatang kayu yang diceburkan ke dalam air akan terapung ke atas

karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air. Air samudra yang hangat atau dingin,

seperti Gulf Stream yang sejuk, menunjukkan konveksi alami dalam skala besar. Angin

merupakan contoh konveksi yang lain, dan cuaca pada umumnya merupakan hasil dari arus

udara yang konvektif.

IV. Prosedur Percobaan

Percobaan kali ini adalah percobaan R-Lab. Oleh karena itu, percobaan dilakukan secara online

dengan bantuan perangkat percobaan elektronik yang terdapat di laboratorium percobaan KR01

Departemen Fisika Fakultas MIPA Universitas Indonesia. Prosedur percobaan untuk percobaan

disipasi kalor hotwire adalah sebagai berikut:

1. Mengaktifkan "web cam" dengan meng-klik

gambar video pada halaman web R-Lab

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s

, dengan meng-klik pilihan drop down pada gambar atur

kecepatan aliran

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan

meng-klik radio button pada gambar menghidupkan

power supply kipas

4. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik gambar

ukur.

5. Mengulang kembali langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan yang berbeda, yaitu 70 , 110 ,

150 , 190 dan 230 m/s.

V. Hasil dan Evaluasi

Pada percobaan "Disipasi Kalor Hotwire", kecepatan angin diubah-ubah sebanyak enam kali.

Kecepatan angin yang diujikan adalah sebesar 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, hingga

230 m/s. Data berikut adalah hasil percobaan yang diperoleh. Dari data tersebut kita dapat

memperoleh grafik hubungan antara "Tegangan Hotwire dan Waktu" untuk setiap kecepatan


aliran udara dan hubungan antara "Rata-Rata Tegangan Hotwire dan Kecepatan Aliran Angin"

pada masing-masing percobaan. Lalu, kita dapat menghitung persamaan garis sebagai literatur

untuk sebaran nilai perolehan data percobaan.

V.1. Hasil Percobaan & Grafik Hubungan antara Waktu (s) dan Tegangan (volt)

Grafik 1

Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin 0 m/s

Grafik 2


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan Angin (m/s) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Tegangan/V-HW (Volt) 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112 2.112

Kuat Arus/I-HW (Ampere) 53.9 53.9 53.9 53.9 54 54.2 54.3 54.2 54 53.9

y = 0.0218x + 53.9 R = 0.1818

0

10

20

30

40

50

60

Nilai

Waktu (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



Kuat Arus/I-HW (Ampere) 54.7 54.2 54 54.1 54.6 55.1 54.8 54.3 54.1 54

y = -0.0003x + 2.0648 R = 0.339

y = -0.0176x + 54.487 R = 0.0192

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Nilai

Waktu (s)


Grafik 3


Grafik 4


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



Kuat Arus/I-HW (Ampere) 54.2 54.7 55.2 55.5 55.1 54.5 54.2 54.2 54.4 54.9

y = -0.0001x + 2.0467 R = 0.1787

y = -0.0321x + 54.867 R = 0.0432

0

20

40

60

80

100

120

Nilai

Waktu (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




y = 8E-05x + 2.0391 R = 0.2048

y = -0.0794x + 55.267 R = 0.1999

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Nilai

Waktu (s)


Grafik 5


Grafik 6


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




y = 0.0001x + 2.0356 R = 0.6364

y = 0.0085x + 55.013 R = 0.0022

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Nilai

Waktu (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




y = 5E-05x + 2.0339 R = 0.1212

y = -0.0127x + 54.92 R = 0.0052

0

50

100

150

200

250

Nilai

Waktu (s)


V.2. Grafik Hubungan antara Tegangan (volt) & Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Grafik 7

V.3. Persamaan Tegangan Hotwire

Tabel 1

Pengukuran Ke- Kec. Angin (m/s) (xi) V-HW (Volt) (yi) Xi2 Yi

2 xiyi

1 0 2.112 0 4.460544 0

2 70 2.0633 4900 4.25720689 144.431

3 110 2.0461 12100 4.18652521 225.071

4 150 2.0395 22500 4.15956025 305.925

5 190 2.0363 36100 4.14651769 386.897

6 230 2.0342 52900 4.13796964 467.866

Total 750 12.3314 128500 25.34832368 1530.19

m =

=

=

0 70 110 150 190 230

Tegangan/V-HW (Volt) 2.112 2.0633 2.0461 2.0395 2.0363 2.0342

y = 0.0052x2 - 0.0497x + 2.1511 R = 0.9592

1.98

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

N

i

l

a

i

Kecepatan Angin (m/s)

Tegangan/V-HW (Volt) Poly. (Tegangan/V-HW (Volt))


=

= -3.233 x 10-4

b =

=

=

=

= 2.09565

Jadi, persamaan tegangan hotwire-nya adalah y = -0.0003233x + 2.09565

V.4 Analisis Kesalahan Literatur dan Penentuan Validitas Persamaan sebagai Panduan

Setelah itu kita dapat mencari kesalahan pada perhitungan dengan rumusan sebagai berikut:

b = y

dengan

y = (

)

=

(

)

= (

)

=

= 0.01403

sehingga

b = 0.01403


= 0.01403

= 0.01403

= (0.01403)(0.78505)

= 0.01101

Selanjutnya, dari hasil perhitungan ini kita dapat menghitung besarnya kesalahan dari

perhitungan, yaitu:

TK =

x 100%

=

x 100%

= 0.525%

Dari keseluruhan perhitungan di atas, kita dapat menghitung besarnya kecepatan angin dengan

memasukkan data tegangan yang terukur pada hot wire ke dalam persamaan yang telah kita

peroleh. Namun, persamaaan tersebut tidak dapat dijadikan panduan pada percobaan pada setiap

percobaan hot wire karena nilai resistensi kawat yang kemungkinan besar berbeda. Tetapi, hot

wire memiliki kemungkinan besar untuk menjadi sebagai pengukur kecepatan angin pada setiap

percobaan hot wire karena memiliki tingkat kesalahan literatur yang sangat kecil dan memang

sudah digunakan pada percobaan hot wire pada umumnya. Sebagai tambahan, kita juga dapat

menentukan besarnya kecepatan angin dengan persamaan polinomial, selain menggunakan

persamaan linear, yang kita dapatkan dari grafik hubungan antara tegangan dan kecepatan angin.

Persamaan polinomial dapat kita lihat pada Grafik 7, yaitu:

y = 0.0052x2-0.0497x+2.1511

Persamaan ini didapatkan langsung melalui program regresi yang terdapat pada microsoft excel.

VI. Analisis

Bagian ini merupakan bagian analisis dari percobaan Disipasi Kalor Hot Wire yang telah

praktikan lakukan sebelumnya pada R-Lab. Analisis ini meliputi analisis percobaan, hasil, dan

grafik. Pada bagian analisis percobaan, akan dijelaskan mengenai faktor-faktor yang

memengaruhi hasil atau data pengamatan selama percobaan berlangsung. Pada bagian analisis

hasil, akan dianalisis data-data pengamatan dan telah diolah pada pengolahan data yang


merupakan hasil dari percobaan, apakah data-data tersebut sudah sesuai dengan literatur yang

telah praktikan pelajari sebelumnya atau belum akan dianalisis pula kesalahan-kesalahan yang

terjadi selama percobaan berlangsung. Selain itu tujuan percobaan akan diketahui apakah telah

terpenuhi atau tidak. Pada bagian analisis grafik, grafik yang merupakan hasil dari data

pengamatan akan dicoba untuk dianalisis. Dari analisis grafik tersebut, akan diketahui besar

kesalahan relatif yang terdapat pada data-data pengamatan hasil percobaan.

1) Analisis Percobaan

Pada percobaan kali ini, praktikan melakukan percobaan R-Lab di mana praktikum dilakukan

secara remote. Praktikan dapat mengakses percobaan yang diperlukan melalui sebuah komputer

dengan bantuan jaringan internet. Pertama-tama, praktikan menyetel kecepatan aliran menjadi

sebesar 0 m/s. 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.

Salah satu kelemahan dari percobaan dengan system R-Lab adalah praktikan tidak mengetahui

kondisi lingkungan di sekitar lingkungan percobaan. Padahal perbedaan waktu dalam melakukan

percobaan sangat mempengaruhi hasil percobaan. Data menjadi kurang akurat karena percobaan

dilakukan pada system (lingkungan) yang berbeda. Untuk melakukan percobaan juga hanya

disediakan satu server untuk setiap jenis percobaan yang artinya bahwa hanya ada satu user yang

dapat mengakses percobaan tersebut. Hal ini menyebabkan praktikan untuk mengantri lama

karena R-Lab selalu dalam status sedang digunakan. Selain itu, hal-hal seperti putusnya koneksi

internet saat berlangsungnya percobaan sangat mempengaruhi hasil percobaan.


Saat melakukan prosedur percobaan, terdapat beberapa gejala fisis yang memengaruhi data

pengamatan hasil percobaan. Gejala-gejala fisis tersebut adalah: Perubahan kondisi lingkungan

setiap kali percobaan dilangsungkan pada waktu yang berbeda. Praktikan tidak dapat

menentukan kondisi seperti apa yang dapat menghasilkan data pengamatan yang tepat ataupun

akurat. Praktikan juga tidak mengetahui waktu yang tepat untuk melakukan percobaan. Pada

percobaan ini, praktikan diberi kebebasan untuk melakukan percobaan kapan saja, entah itu

siang, di mana suhu lingkungan tinggi; entah itu malam ataupun pagi, di mana suhu lingkungan

saat itu lebih rendah dibandingkan suhu lingkungan pada siang hari.

2) Analisis Hasil

Pada percobaan Disipasi Kalor Hot Wire ini dilakukan 6 kali percobaan dengan kecepatan aliran

fan yang berbeda. Hal ini dilakukan untuk melihat bagaimana pengaruh waktu terhadap tegangan

pada hot wire pada kecepatan tertentu dan bagaimana pengaruh waktu terhadap tegangan rata.

Tegangan di dalam kawat akan menghasilkan energi listrik yang akan didisipasi oleh kawat

menjadi energi kalor sehingga kawat akan menjadi panas. Kalor tersebut nantinya digunakan

untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan guna menghitung kecepatan angin dalam

percobaan tersebut. Sedangkan perubahan kecepatan angin tergantung nilai resistansi sensor.

Selain itu, percobaan ini juga dapat digunakan untuk menganalisis hubungan antara kecepatan

aliran udara dengan arus listrik. Ketika udara dihembuskan kepada probe, makan nilai resistansi

kawat akan berubah sehingga mengubah besarnya nilai arus listrik yang mengalir. Semakin cepat

udara mengalir, maka perubahan nilai arus listrik yang mengalir berubah dan nilai resistansi

menjadi semakin besar.

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.

Dari hasil yang diperoleh, didapat nilai tingkat kesalahan relatif adalah 0,525%. Hal ini

menunjukkan bahwa data yang diperoleh praktikan sangat baik karena kesalahan relatif yang


kurang dari 5%, bahkan hanya 0,525 angka di atas 0% - yang merupakan standar saat tidak

terjadi kesalahan.

3) 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 = -0.0003233x + 2.09565

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 = -0.0003233x + 2.09565 didapat dengan menggunakan metode least-

square, untuk membuat persamaan umum grafik tersebut dengan jarak simpangan yang sangat

kecil. Gradien (m) dan nilai konstanta (b), Dengan x pada kasus ini adalah tegangan, dan y

adalah kecepatan aliran angin.

Sebagai penjelasan tambahan, grafik tegangan terhadap waktu menunjukkan hubungan antara

tegangan dan waktu yang diberikan pada kecepatan angin yang berbeda-beda sesuai dengan

prosedur percobaan. Pada grafik ini, waktu berfungsi sebagai variabel X dan tegangan

didefinisikan sebagai variabel Y menunjukkan bahwa kecepatan angin yang diberikan oleh fan

tetap, sehingga semakin lama angin bertiup maka energi kalor menjadi lebih kecil. Jadi, nilai dari

tegangan listrik akan menjadi lebih kecil seiring dengan penambahan waktu yang ada. Penurunan

ini terjadi karena ada disipasi dari kalor hotwire yang terjadi pada kecepatan angin tertentu.


Pada grafik kedua hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan, praktikan mendapat juga

suatu perbandingan negatif antara tegangan dan kecepatan aliran angin. Hampir sama dengan

hubungan waktu, grafik ini memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan aliran angin, maka

akan makin menurun tegangan listrik. Untuk grafik hubungan ini, praktikan membuat dua grafik

yang keduanya menggambarkan hubungan kecepatan aliran angin dengan tegangan kawat hot

wire dengan konteks grafik yang berbeda. Pada grafik yang pertama menghubungkan tegangan

dengan masing-masing kecepatan aliran angin dan grafik kedua menghubungkan dengan

kecepatan rata-rata.

VII. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat kita ambil melalui percobaan ini didasarkan pada tujuan adalah sebagai

berikut:

1. Hot wire dapat digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara dengan cara

menggunakan kawat sebagai sensor. Cara kerjanya dengan masing-masing ujung

hotwire dihubungkan ke sebuah sumber tegangan supaya energi listrik dapat mengalir

pada hotwire tersebut. Energi listrik ini akan didisipasi oleh hotwire menjadi kalor.

Kalor tersebut untuk mempertahankan suhu sensor agar konstan guna menghitung

kecepatan angin.

2. Grafik menunjukkan bahwa nilai tegangan semakin kecil pada kecepatan angin yang

semakin besar. Hal ini disebabkan karena semakin besar angin yang diberikan, maka

gradian temperature yang melewati probe pun juga semakin besar sehingga

menyebabkan kehilangan kalor yang lebih besar.

3. Persamaan linear y = ax + b yang ada pada grafik umumnya a bernilai negatif yang

menunjukkan bahwa nilai y dari percobaan tersebut semakin lama semakin kecil

seiring dengan penambahan nilai x.

1. Semakin besar kecepatan angin, semakin kecil tegangan yang akan dihasilkan.

2. Resistansi yang semakin besar dalam tegangan yang digunakan akan semakin besar

sesuai dengan penambahan kecepatan angina yang ada.

3. Energi listrik yang dihasilkan oleh tegangan dan arus dan perubahan suhu yang

terjadi mengakibatkan energi kalor pada hotwire.


VIII. Referensi

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

2000.

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

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

laporan praktikum (laprak) modul kr 01 - disipasi kalor hot wire

Documents