rancang bangun alat ukur kalor jenis air berbasis
TRANSCRIPT
RANCANG BANGUN ALAT UKUR KALOR JENIS AIR BERBASIS MIKROKONTROLER
Caecilia Speranda Gultom, Prawito, Arief Sudarmaji
Departemen Fisika, FMIPA UI, Kampus UI Depok 16424
Abstrak
Perubahan energi listrik menjadi energi panas (kalor) dimanfaatkan dalam
pembuatan alat pengukur kalor jenis air. Percobaan Calender dan Barnes serta
hasil percobaan Joule menjadi dasar teori penelitian ini. Dalam alat ukur ini, akan
diteliti dan dibuktikan nilai kalor jenis air dengan teknik memanaskan aliran air
melalui pemberian energi panas ke elemen pemanas yang dialiri arus listrik. Oleh
karena itu, diperlukan pengukuran besaran-besaran fisika yang berkaitan dalam
menentukan kalor jenis yaitu, temperatur di dua titik, sebelum dan sesudah
melalui pemanas yang dibaca oleh sensor suhu bertipe LM35; massa air dengan
timbangan digital yang memiliki satuan gram; tegangan diberikan kepada
pemanas yang diatur melalui mikrokontroler dan pengkondisi sinyal; arus listrik
yang mengalir di pemanas dibaca oleh sensor arus bertipe ACS712-20A-T.
Mikrokontroler diprogram menggunakan piranti lunak Baskom AVR, sedangkan
LCD atau komputer digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran. Komputer
diprogram menggunakan program monitoring melalui jalur komunikasi COM
yang merupakan standar komunikasi serial.
Kata kunci : Percobaan Joule, Kalor Jenis, Mikrokontroler, Percobaan Calender-
Barnes
Abstract
The changes of electrical energy into thermal energy (heat) is utilized in the
design of water specific heat capacity measuring instrumentation system.
Calender-Barnes’s experimnent and also Joule’s experiment result is the
theoretical basis of this study. In this study, the value of water specific heat
capacity is studied and proved by means of heating the water flow using the
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
electrical water. Therefore, it is necessary to measure several physical quantities
relating to determining the specific heat capacity, i. e, the temperature of the water
before and after flowing the heating element, wich are read by LM35 temperature
sensor, the mass of the water that is measured using digital scales, the applied
voltage to the electrical heater that is measured by signal conditioning unit and the
ADC, and also the electrical current flowing through the heater wich is measured
by ACS 712-20A current sensor. A microcontroller is programmed using bascom
AVR software to control the overall processed, while the LCD or the computer is
used to display the measurement result. Serial communication port is used to
connect the microcontroller to the computer.
Keywords: Joule’s experiment, Specific capacity, Microcontroller, Calender-
Barnes’s experiment
1. PENDAHULUAN
Pemilihan penggunaan metode Calender-Barnes dan hasil percobaan Joule
sebagai acuan dasar rancang bangun alat ukur kalor jenis air, tak lain untuk
membuktikan kebenaran metode fisika yang berhubungan dengan kalor jenis air
sebagai parameter ukurnya. Hasil pembuatan alat ini, pengaplikasiannya akan
dijadikan sebagai suatu inovasi dalam ilmu pengetahuan fisika.
Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh James Prescott Joule,
didefinisikan menjadi tepat 1 kalori untuk setiap 4,182 Joule dan disebut "The
Mechanical Equivalent of Heat“. Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari
zat bertemperatur lebih tinggi ke zat yang bertemperatur lebih rendah sampai
dicapai kondisi setimbang, yaitu zat-zat dalam kondisi temperatur yang sama.
Satuan yang digunakan untuk kalor adalah kalori atau Joule.
Kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur dari 1 gram massa bahan sebesar 1 °C[2]. Parameter yang digunakan
untuk mendapatkan nilai kalor jenis, yaitu suhu awal dan suhu akhir (perbedaan
suhu yang konstan), debit air, dan daya listrik pada pemanas. Parameter-parameter
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
ini terukur menggunakan sensor-sensor dan rangkaian pengkondisi sinyal
kemudian diolah dan ditampilkan pada program monitoring.
2. TINJAUAN TEORITIS
a. Percobaan Calender dan Barnes
Eksperimen Calender dan Barnes menjadi dasar acuan penelitian ini.
Calender dan Barnes melakukan percobaan tentang kalor jenis air dengan cara
mengalirkan air melewati pemanas pada sistem mekaniknya, menjaga suhu awal
air sebelum memasuki pemanas untuk tetap konstan kemudian mengukur suhu
akhir atau suhu setelah air melewati pemanas. Debit air yang mengalir juga
diukur, keadaan pemanas dibuat terlindungi dari pengaruh lingkungan untuk tetap
menjaga panasnya hingga mencapai titik yang stabil pada perubahan suhu air atau
tidak lagi mengalami perubahan suhu air sesudah melewati pemanas dalam waktu
tertentu. Dengan melakukan dua kali percobaan maka ditemukan besar nilai kalor
jenis air pada sistem yang mengalir :
C = ( P2 - P1 ) / (m2 - m1 ) ( 1 - 0) (2.5)
Dimana :
P1 = Daya Listrik 1
P2 = Daya Listrik 2
m = massa (Kg)
c = Kalor Jenis (J/kg°C)
1 = Suhu Akhir air (°C)
0 = Suhu Awal air (°C)
Gambar 1. Percobaan Calender dan Barnes
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
3. METODE PENELITIAN
a. Perancangan Mekanik
Skema dan blok diagram alat ukur kalor jenis air berbasis mikrokontroler
dapat dijelaskan melalui gambar dibawah ini.
Gambar 2. Rancang Bangun Alat Ukur Kalor Jenis Air Berbasis Mikrokontroler
Keterangan gambar 1 :
1. Bak Penampung Air;
2. Pompa Air;
3.Tabung Ketinggian Air;
4. Tabung Pemanas Air;
5. Timbangan dan wadah;
6. Power Supply Variable.
Gambar 3. Block Diagram ”Alat Ukur Kalor Jenis Air Berbasis
Mikrokontroler”
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
Sistem mekanik terdiri dari pompa air yang mengalirkan air dari bak
penampung air melewati tabung pemanas untuk dipanaskan. Pemanas diberi beda
potensial dengan nilai tertentu melalui pengaturan PWM (Pulse Width
Modulation) dari mikrokontroler. Suhu air sebelum dan sesudah melewati
pemanas akan diukur menggunakan sensor suhu tipe LM35, beda potensial
terukur melalui pengkondisi sinyal tegangan, dan arus yang terukur terbaca oleh
sensor arus ACS 712. Air yang telah dipanaskan akan mengalir ke wadah terakhir
dan ditimbang untuk memperoleh nilai debit air. Semua parameter yang
dibutuhkan untuk memperoleh nilai kalor jenis air dikirim ke program monitoring
untuk diolah dan ditampilkan.
b. Perancangan Sistem Kontrol
Dalam proses rancang bangun alat ukur kalor jenis air berbasis
mikrokontroler dibuat perancangan sistem control untuk mengatur beda potensial
yang diberikan ke elemen pemanas (heater) dimana beda potensial diatur
menggunakan nilai PWM (Pulse Width Modulation) mikrokontroler. IC
mikrokontroler yang digunakan yaitu, IC mikrokontroler AVR ATmega 16.
Gambar 4. Rangkaian Minimum sistem ATmega 16
PB.0/(XCK/T0)1
PB.1/(T1)2
PB.2/(INT2/AIN0)3
PB.3/(OC0/AIN1)4
PB.4/(SS)5
PB.5/(MOSI)6
PB.6/(MISO)7
PB.7/(SCK)8
(ADC0)/PA.040
(ADC1)/PA.1 39
(ADC2)/PA.238
(ADC3)/PA.3 37
(ADC4)/PA.436
(ADC5)/PA.5 35
(ADC6)/PA.6 34
(ADC7)/PA.7 33
(SCL)/PC.0 22
(SDA)/PC.1 23
(TCK)/PC.2 24
(TMS)/PC.3 25
(TDO)/PC.4 26
(TDI)/PC.5 27
(TOSC1)/PC.6 28
(TOSC2)/PC.7 29
(RXD)/PD.0 14
(TXD)/PD.1 15
(INT0)/PD.2 16
(INT1)/PD.3 17
(OC1B)/PD.4 18
(OC1A)/PD.5 19
(ICP)/PD.6 20
(OC2)/PD.7 21XTAL113
XTAL212
VCC10
AVCC30
AREF32
AGND31
RST9
GND11
IC1ATMEGA16
X111MHz
C1 30
C2 30
C4 104
L1 10uH
C3 104
RSTVCC
+
C5 106 R1 4K7
RST
MOSI1
LED3
RST5
SCK7
MISO9
VCC2
GND 4
GND6
GND 8
GND10
J1 ISP AVRMOSI
RSTSCKMISO
GND
VCC
GND
VCC
TX1in11
TX2in10
RX1out12
RX2out9
TX1out 14
TX2out 7
RX1in 13
RX2in 8
C1+1
C1-3
C2+4
C2-5
VS+ 2
VS- 6
IC2MAX232
C6105
C7105
C8105
C9105
TXD
RXD1
RX1
TX
RXD2 TX
TXD RX2
MOSI
SCKMISO
TXDRXD
Vin
GND
+5V
IC3
780
5
C10 334
+
C11 106
R2 47
T1
TIP
29
55
+12V
RSEDB4DB5DB6DB7
S1
PWMAPWMBPUMP
S2S3
GND
S4
R3 220
AL
GND
123456789
10111213141516
LCD
VCCGND
VORSGNDE
DB4DB5DB6DB7
GNDAL
+12V
123456
J2
RXD1
RXD2
RX1
RX2RXDRX
123
J3
GNDRXTX
I1V1I2V2SELT1T2T3
12
J4
GND+12V
123
J5
PWMA
PWMBPWM
1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20
J6
I1V1I2V2SELT1
T2
T3GND
+12VVCC
S1S2S3S4
PWMPUMP
VR
15
K
VCC
GND
VO
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
Port-port yang digunakan yaitu, PortA sebagai pembacaan nilai ADC dari sensor-
sensor yang digunakan. PortD.4 dan PortD.5 pengendalian nilai PWM (Pulse
Width Modulation).
Gambar 5. Rangkaian Pemanas
Tegangan yang dihasilkan oleh power supply, dihubungkan ke rangkaian
pemanas. Pada rangkaian pemanas terdapat IC BD 139, IC BD 140, IC 4N28, IC
TL 081 yang bekerjasama dengan beberapa komponen lainnya untuk
mempertahankan tegangan yang masuk dari power supply (+VDC,-VDC) dan
tegangan ini dapat diatur sesuai kebutuhan pemanas melalui PWM oleh IC IC
4N28 dan IC TL 081 yang diperkuat hingga memanaskan heater atau pemanas
dengan besar hambatan 11,52 Ω.
Tegangan keluaran yang dihasilkan untuk memanaskan elemen pemanas
dari 0VDC sampai + 24 VDC,-24VDC. Rangkaian ini diatur melalui PWM dari
mikrokontroler, sehingga dapat dikontrol sesuai dengan penggunaan. Transistor
TIP 147 dan TIP 142, berfungsi untuk menyearahkan dan mempertahankan nilai
positif dan negatif pada keluaran rangkaian pemanas.
Gambar 6. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Suhu LM 35
+V1
GN
D3
Vo 2
IC9 LM35
+
C18106
R29
2K
7
+ C17106
VCC 0V
T1
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
LM35 adalah sensor temperatur dengan keluaran berupa tegangan analog
yang linier terhadap temperatur yang berada di sekitar permukaan sensor.
Perbandingan keluaran tegangan terhadap temperatur adalah 10 mV/°C. Dengan
melihat spesifikasi dari sensor LM35 dapat ditentukan rangkaian yang dibutuhkan
agar sensor dapat dikoneksikan dengan mikrokontroler yang digunakan dalam
sistem, yaitu AVR ATmega16. Pin keluaran dari LM35 dihubungkan dengan pin
ADC yang dimiliki oleh ATmega16 secara langsung tanpa memerlukan rangkaian
penguat, karena dengan sensitivitas yang dimiliki LM35, 10 mV/°C, tegangan
keluaran dari LM35 dapat dengan baik dibaca oleh pin masukan ADC. Kemudian
ditambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin keluaran LM35 dan tegangan
nol (ground) agar tegangan keluaran dari LM35 lebih stabil dan perubahan akan
lebih halus tanpa sinyal derau (noise).
Gambar 7. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus ACS 712-20A-T
ACS712-20A-T adalah sensor arus dengan keluaran berupa tegangan
analog yang linier terhadap arus yang mengalir melalui pin-pin IP+ menuju pin
pin IP-. Perbandingan keluaran tegangan terhadap temperatur adalah 100 mV/A.
Dengan melihat spesifikasi dari sensor ACS712-20A-T dapat ditentukan
rangkaian yang dibutuhkan agar sensor dapat dikoneksikan dengan
mikrokontroler yang digunakan dalam sistem, yaitu AVR ATmega16. Pin
keluaran dari ACS712-20A-T dihubungkan dengan pin ADC yang dimiliki oleh
ATmega16 secara langsung tanpa memerlukan rangkaian penguat, karena dengan
sensitivitas yang dimiliki ACS712-20A-T, 100 mV/A, tegangan keluaran dari
ACS712-20A-T dapat dengan baik dibaca oleh pin masukan ADC. Kemudian
ditambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin keluaran ACS712-20A-T dan
tegangan nol (ground) agar tegangan keluaran dari ACS712-20A-T lebih stabil
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
dan perubahan akan lebih halus tanpa sinyal derau (noise). Selain itu pada pin
VCC dari sensor ACS712-20A-T pun dihubungkan kapasitor yang pin kedua dari
kapasitornya terhubung dengan tegangan nol (ground), hal tersebut dimaksudkan
agar tegangan di pin VCC dapat terjaga kestabilannya.
Gambar 8. Rangkaian pengkondisi sinyal tegangan
Sensor tegangan yang digunakan berupa rangkaian rasio tegangan yang
bertujuan mengkonversi tegangan DC yang besar menjadi tegangan DC yang
dapat diterima oleh pin ADC dari mikrokontroler AVR ATmega16, yaitu
maksimal 2,56 Volt sebagai tegangan referensi internal dari mikrokontroler.
Gambar 9. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Timbangan Digital
Sinyal yang diberikan oleh timbangan digital berupa tegangan yang harus
dikonversi terlebih dahulu sebelum diteruskan ke pin ADC dari mikrokontroler
AVR ATmega16, yaitu maksimal 2,56 Volt. Pada rangkaian pengkondisi sinyal
ini terdapat rangkaian Zero dan span dimana, zero berfungsi meng-nol kan
tegangan yang keluaran awal ketika timbangan saat 0 gram belum menunjukan
10K10K
10K10K
Vref
+Vs -Vs
24.7K
24.7K
2
1
8
3
7 5 4
6
IC6 AD620
C14 104 C15 104
+15V -15V
0V
R28
2K7
+
C16
106
VR3
10K
R27 120K
VR4 20K
12
J7
T3
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
0Volt pada alat ukur multimeter. Sedangkan span berfungsi untuk mengatur
keluaran maksimum dari timbangan agar diterima mikrokontroler sesuai dengan
tegangan maksimal yang diinginkan, yaitu 2,56 Volt. IC yang digunakan adalah
IC AD 620.
c. Perancangan Software
Perancangan software pada rancang bangun alat ukur kalor jenis air
berbasis mikrokontroler bertujuan untuk menjalankan sistem kontrol. Perancangan
software berupa pemograman pada chip mikrokontroler AVR ATmega16. Aliran
program terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 10. Aliran Program dari alat ukur kalor jenis berbasis mikrokontroler
Program ini diawali dengan menginisialisasi LCD, TIMER, ADC, Port dan
Eksternal Interupt yang digunakan setelah melakukan proses mulai, kemudian
mengkonversi nilai ADC yang diterima dari sensor-sensor dan rangkaian
elektronik sebagai parameter perhitungan kalor jenis air. Setelah dikonversi
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
parameter-parameter tersebut ditampilkan ke LCD sebagai display dan menunggu
persetujuan permintaan pengiriman data ke program monitoring untuk diolah dan
ditampilkan melalui grafik.
d. Program Monitoring
Program monitoring digunakan dalam percobaan ini sebagai tampilan akhir
dari hasil percobaan dan pengatur PWM antara pengguna dan sistem. Parameter
yang ditampilkan pada program monitoring yaitu, daya elemen pemanas,
perbedaan suhu awal dan akhir setelah melewati pemanas, debit air dan
perhitungan nilai kalor jenis air. Grafik yang ditampilkan adalah grafik perubahan
suhu awal dan akhir sebelum dan sesudah melewati pemanas persatuan waktu.
Gambar 11. Front panel alat ukur kalor jenis air berbasis mikrokontroler
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
Gambar 12. Block diagram alat ukur kalor jenis air berbasis mikrokontroler
Block diagram dari alat ukur kalor jenis air berbasis mikrokontroler terdiri dari
empat bagian, yaitu:
1. Inisialisasi penggunaan nilai baud rate, jumlah bit yang digunakan, COM
serial yang digunakan, dan tombol Start sebagai awal dari mulainya proses
kerja alat.
2. Penggunaan Fungsi number to decimal string untuk mengubah jenis karakter
yang dikirim dari mikrokontroler ke program monitoring agar dapat dibaca
olehnya dan diolah, pada bagian ini dilakukan pengaturan nilai daya yang
diinginkan oleh pengguna.
3. Bagian ini terdapat fungsi select, berfungsi untuk mengatur dua atau tiga
proses yang hendak dijalankan terlebih dahulu. Pada alat ukur kalor jenis air
terjadi dua proses pemilihan, yang pertama ketika program monitoring
menerima perintah dengan karakter $H# berarti proses yang dijalankan
adalah mengirim perbedaan suhu awal dan akhir melewati pemanas pada
proses pertama dengan nilai daya heater 1. Jika perintah dengan karakter $P#
berarti proses yang dijalankan adalah mengirim perbedaan suhu awal dan
akhir melewati pemanas pada proses kedua dengan nilai daya heater 2.
Kemudian mengambil nilai konversi ADC dari setiap sensor melalui fungsi
Split dan fungsi decimal to number untuk diolah dengan fungsi Formula dan
dikirim ke grafik dan tampilan pada program monitoring serta hasil nya
disimpan pada proses bagian terakhir atau ke empat.
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
4. Bagian terakhir dari pemograman monitoring yaitu, proses penyimpanan
semua parameter yang diperoleh dalam sebuah tipe file, misalnya excel
menggunakan fungsi format into file. Penyimpanan dan pemberhentian
proses kerja alat akan terjadi ketika program monitoring menerima perintah
berupa karakter $S#.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan pengerjaan rancang bangun alat ukur kalor jenis air
berbasis mikrokontroler maka dilakukan pengujian pada setiap sistem dan
pengambilan data keseluruhan sistem serta penganalisaan terhadap alat, sistem
yang sudah bekerja sesuai yang diinginkan atau tidak. Hasil pengujian terlihat
pada gambar dibawah ini :
Gambar 13. Grafik Pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya
10 Watt.
Hasil pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 10 Watt
menunjukan bahwa ketika daya pemanas 73 Watt maka beda suhu antara suhu
sebelum dan sesudah melewati pemanas sebesar 1,5 °C dan ketika daya pemanas
83 Watt maka beda suhu antara suhu sebelum dan sesudah melewati pemanas
sebesar 2°C, berarti beda suhu antara daya pemanas 1 dan daya pemanas 2 yaitu,
0,5°C. ketika debit air yang terukur 252,8 g/menit maka nilai kalor jenis yang
diperoleh 4,7J/g°C. Dengan formula c = beda daya / ((debit/60) ( beda suhu 2 -
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
beda suhu 1 )). Pada grafik terlihat hasil sensor suhu tipe LM 35 untuk beda suhu
1 dan beda suhu 2 tidak terlihat stabil, ini dikarenakan sensor yang kurang
sensitive terhadap perubahan suhu yang cepat. Kesalahan literatur kalor jenis air
dari alat ukur kalor jenis air ketika dilakukan percobaan berulang-ulang dengan
beda daya 10 Watt adalah 13,0%.
Gambar 14. Pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 20 Watt
Hasil pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 20 Watt
menunjukan bahwa ketika daya pemanas 35 Watt maka beda suhu antara suhu
sebelum dan sesudah melewati pemanas sebesar 2,2 °C dan ketika daya pemanas
55 Watt maka beda suhu antara suhu sebelum dan sesudah melewati pemanas
sebesar 3°C, berarti beda suhu antara daya pemanas 1 dan daya pemanas 2 yaitu,
0,8°C. ketika debit air yang terukur 307,4 g/menit maka nilai kalor jenis yang
diperoleh 4,9J/g°C. Dengan formula c = beda daya / ((debit/60) ( beda suhu 2 -
beda suhu 1 )). Pada grafik terlihat hasil sensor suhu tipe LM 35 untuk beda suhu
1 dan beda suhu 2 tidak terlihat stabil, ini dikarenakan sensor yang kurang
sensitive terhadap perubahan suhu yang cepat. Kesalahan literatur kalor jenis air
dari alat ukur kalor jenis air ketika dilakukan percobaan berulang-ulang dengan
beda daya 20 Watt adalah 16,1%.
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
Gambar 15. Pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 33 Watt
Hasil pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 33 Watt
menunjukan bahwa ketika daya pemanas 55 Watt maka beda suhu antara suhu
sebelum dan sesudah melewati pemanas sebesar 2,5 °C dan ketika daya pemanas
88 Watt maka beda suhu antara suhu sebelum dan sesudah melewati pemanas
sebesar 3,5°C, berarti beda suhu antara daya pemanas 1 dan daya pemanas 2 yaitu,
0,5°C. ketika debit air yang terukur 307,4 g/menit maka nilai kalor jenis yang
diperoleh 6,4J/g°C. Dengan formula c = beda daya / ((debit/60) ( beda suhu 2 -
beda suhu 1 )). Pada grafik terlihat hasil sensor suhu tipe LM 35 untuk beda suhu
1 dan beda suhu 2 tidak terlihat stabil, ini dikarenakan sensor yang kurang
sensitive terhadap perubahan suhu yang cepat. Kesalahan literatur kalor jenis air
dari alat ukur kalor jenis air ketika dilakukan percobaan berulang-ulang dengan
beda daya 33 Watt adalah 53,3%.
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
Gambar 16. Pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 38 Watt
Hasil pengujian sistem alat ukur kalor jenis air dengan beda daya 38 Watt
menunjukan bahwa ketika daya pemanas 35 Watt maka beda suhu antara suhu
sebelum dan sesudah melewati pemanas sebesar 1,5 °C dan ketika daya pemanas
73 Watt maka beda suhu antara suhu sebelum dan sesudah melewati pemanas
sebesar 2,5°C, berarti beda suhu antara daya pemanas 1 dan daya pemanas 2 yaitu,
1°C. ketika debit air yang terukur 307,4 g/menit maka nilai kalor jenis yang
diperoleh 7,4J/g°C. Dengan formula c = beda daya / ((debit/60) ( beda suhu 2 -
beda suhu 1 )). Pada grafik terlihat hasil sensor suhu tipe LM 35 untuk beda suhu
1 dan beda suhu 2 tidak terlihat stabil, ini dikarenakan sensor yang kurang sensitif
terhadap perubahan suhu yang cepat. Kesalahan literatur kalor jenis air dari alat
ukur kalor jenis air ketika dilakukan percobaan berulang-ulang dengan beda daya
38 Watt adalah 70,0%.
Dari data pengujian sistem alat ukur kalor jenis air yang dilakukan dengan
melakukan perubahan beda daya ditiap pengambilan data menunjukan bahwa
semakin besar daya yang diberikan maka semakin cepat perubahan suhu yang
terjadi, perubahan nilai massa ditiap menit nya atau debit air yang berubah-ubah
menunjukan bahwa kurang sensitifitas dari alat yang digunakan, begitu juga
terlihat pada data suhu yang mengalami perubahan beda suhu kurang konstan
dapat disebabkan oleh sensor suhu yang kurang baik dalam pembacaan data yang
cepat saat pengiriman, sensitifitas yang kurang terhadap objek yang diteliti.
Keadaan beda daya mampu memanaskan heater dengan baik, terlihat pada
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
perubahan suhu air saat mengalir sebelum melewati dan sesudah melewati
pemanas. Namun, sistem ini telah berjalan dengan baik sebab mampu menghitung
nilai kalor jenis air walau dengan hasil perhitungan yang kurang tepat. Kesalahan
literatur rata-rata pada percobaan ini yaitu, ± 29 % menunjukan bahwa percobaan
ini dapat dikatakan bahwa sistem alat ini berjalan baik tetapi dengan hasil
perhitungan yang kurang tepat. Semakin besar nilai beda suhu 1 dan beda suhu 2
maka nilai kesalahan literatur terhadap hasil kalor jenis air semakin besar.
Tabel 1. Hasil data alat ukur kalor jenis air
No. Beda Daya
(Watt)
Beda suhu
(°C)
Debit
(g/menit)
Kalor jenis
(J/g°C)
Kesalahan
literatur (%)
1 10 0,5 252,8 4,7 13,0
2 20 0,8 307,4 4,9 16,1
3 33 0,5 307,4 6,4 53,3
4 38 1 307,4 7,4 70,0
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
5. KESIMPULAN
1. Sensor-sensor yang digunakan telah mengalami pengujian dan
memberikan hasil yang baik sebagai kelayakan pemakaian.
2. Nilai pengaturan dan perubahan PWM mempengaruhi besar nilai
tegangan yang diinginkan untuk memanaskan pemanas.
3. Kesalahan pengukuran terjadi karena proses pertukaran kalor antara air
di dalam tabung pemanas dengan kalor di lingkungan atau pengaruh luar
lainnya dan kurangnya kesensitifitas dari sensor dan alat pendukung.
Kesalahan literatur rata-rata dari pengukuran sebesar ± 29%.
6. SARAN
1. Penggunaan sensor-sensor yang lebih sensitif akan menghasilkan data
yang lebih akurat.
2. Mengubah aliran air secara berkala dan sistem aliran yang tepat akan
menghasilkan data perubahan suhu yang lebih baik. Penggunaan jenis air
yang baik dengan penyaringan berulang seperti Aquades.
3. Penambahan vacuum jacket pada tabung pemanas akan memperkecil
temperature yang terlepas ke udara.
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012
7. DAFTAR ACUAN
1. Halliday, D dan Resnick, R .1984. Fisika Jilid 1, Edisi ke-3. Jakarta:
Penerjemah Pantur Silaban Ph.D dan Drs. Erwin Sucipto. Penerbit
Erlangga (722-748).
2. Sear, F.W dan Zemansky, M.W .1994. Fisika Untuk Universitas 1
Jilid 1. Jakarta. Penerbit BINACIPTA (373-398).
3. Tipler, Paul. A. 1998. Fisika Jilid 1, Edisi ke-3. Jakarta: Penerjemah
Lea Prasetio dan Rahmad W.Adi. Penerbit Erlangga (597-618).
4. Bunyi hukum-hukum dalam ilmu fisika,
http://www.scribd.com/doc/56041220/Bunyi-Hukum dibuka 2 mei
2012-20.00
5. Joule’s Experiment .Wolfram Demonstration Projects,
http://demonstrations.wolfram.com/JoulesExperiment/ dibuka 2 mei
2012-20.10
6. www. all datasheet.com , dibuka pada 10-sept-2012
7. Pulse Width Modulation (PWM),
http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-width-modulation-pwm.html
,dibuka pada 10-sept-2012
Rancang bangun ..., Caecilia Speranda Gultom, FMIPA UI, 2012