Laporan Praktikum R-Lab
KR01-Disipasi Kalor Hot Wire
Nama : Krisna Dwi Nugroho
NPM : 1206202412
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Elektro Program Studi : Teknik Komputer Kode Praktikum : KR01
Tanggal Praktikum : 22 Maret 2013
Laboraturium Fisika Dasar UPP IPD
KR-01 Disipasi Kalor Hot Wire
Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
Alat
1. Kawat pijar (hotwire) 2. Fan
3. Voltmeter dan Ampermeter 4. Adjustable power supply 5. Comcoder
6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Dasar 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.
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
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 dalam bentuk persamaan linear atau persamaan polynomial.
Pada percobaan yang akan dilakukan, yaitu mengukur tegangan pada temperatur ambient dan mengukur tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan kecepatan yang dihasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara akan divariasi melalui daya yang diberikan ke fan, yaitu 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s.
1. Untuk memulai praktikum, praktikan meng-klik “link ke RLab” pada bagian bawah modul KR01!
2. Mengaktifkan Web Cam! (klik icon video pada halaman web r-lab)!
3. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s, dengan meng”klik” pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.
4. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas”.
5. Mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hotwire dengan cara meng”klik” icon “ukur”.
6. Mengulangi langkah ke-3 hingga ke-5 untuk kecepatan 70, 110, 150, 190, dan 230 m/s!
Tugas & Evaluasi
1. Berdasarkan data yang didapat, buatlah grafik yang menggambarkan hubugan tegangan hotwire dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.
2. Berdasarkan pengolahan data diatas, 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 hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?
5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.
Data dan Hasil Percobaan
1. Kecepatan 0 m/s
Waktu Kecepatan angin V-HW I-HW
Waktu Kecepatan angin V-HW I-HW
3. Kecepatan 110 m/s
Waktu Kecepatan angin V-HW I-HW
1 110 2.062 54.1
10 110 2.063 55.5
4. Kecepatan 150 m/s
Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW
1 150 2.055 54.2
10 150 2.054 56.3
5. Keecepatan 190 m/s
Waktu Kecepatan angin V-HW I-HW
1 190 2.05 54.3
3 190 2.05 54.8
4 190 2.051 55.2
5 190 2.051 55.7
6 190 2.051 56
7 190 2.05 56.3
8 190 2.05 56.5
9 190 2.05 56.2
10 190 2.05 55.9
6. Kecepatan 230 m/s
Keterangan: kecepatan angin (m/s)
Grafik Tegangan Terhadap Waktu
1. Kecepatan 0 m/s
Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW
1 230 2.047 54.3
2 230 2.047 54.4
3 230 2.047 54.5
4 230 2.048 54.6
5 230 2.047 54.7
6 230 2.047 54.9
7 230 2.047 55.1
8 230 2.047 55.3
9 230 2.047 55.7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0
0.5 1 1.5 2 2.5
V = 0 m/s
2. Kecepatan 70 m/s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08
V = 70 m/s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4. Kecepatan 150 m/s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
6. Kecepatan 230 m/s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 70 110 150 190 230
Tegangan Rata-Rata Terhadap Waktu
No .
Kecepatan Angin Tegangan Rata-Rata
1 0 2.112
Persamaan Angin Sebagai Fungsi Hotwire
Untuk memudahkan perhitungan, praktikan dapat menggunakan data dari Tegangan Rata-Rata dalam pengolahan data Least Square
No. xi yi xi^2 yi^2 xiyi
1 0 2.112 0 4.460544 0
2 70 2.0805 4900 4.32848025 145.635
3 110 2.0618 12100 4.25101924 226.798
6 230 2.0471 52900 4.19061841 470.833
∑ 750 12.4063 128500 25.65577315 1541.013
Keterangan : X = Kecepatan Angin
Y = Tegangan Rata-Rata
Jadi, persamaan dari fungsi kecepatan angin adalah
y = -0.000281x + 2.103
Berdasarkan perhitungan sebelumnya, persamaan yang diperoleh
y = -0.000281x + 2.103
y – 2.103 = -0.000281x
x = 7483.99 – 3558.72
dengan,
x = kecepatan angin
y = tegangan listrik
Dengan persamaa diasat, dapat disimpulkan bahwa kawat hotwire dapat digunakan untuk mengukur kecepatan udara atau angin. Serta dapat disimpulkan bahwa tingginya tengangan yang dihasilkan dipengaruhi oleh semakin kecilnya kecepatan udara yang mengalir, begitu pula sebaliknya. Semakin besarnya kecepatan udara yang mengalir, maka semakin rendah tengangan yang tercatat.
Analisa Percobaan
1. Analisa Percobaan dan Hasil
Dalam percobaan ini, praktikan membuktikan bahwa sebuah kawat hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan udara. Para percobaan ini, praktikan menggunakan R-Lab sebagai tempat untuk melakukan praktikum dengan menggunakan komputer untuk mengakses R-Lab.
Pada percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire”, terdapat beberapa variabel, yaitu kecepatan udara sebagai variabel bebas dan tegangan listrik sebagai variabel terikat. Kecepatan udara diatur menjadi beberapa variasi, yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Pengukuran tegangan dilakukan setiap detik selama jangka waktu sepuluh detik untuk setiap kecepatan.
Setelah semua hasil tegangan dari variasi kecepatan diperoleh, praktikan mengolah data dengan menggunakan metode Least Square untuk memperoleh persamaan kecepatan angin. Praktikan menggunakan data kecepatan angin dan tegangan rata-rata untuk memudahkan dalam penghitungan. Sehingga diperoleh persamaan:
y = -0.000281x + 2.103
Karena dalam tujuan percobaan ini adalah menggunakan kawat hot wire sebagai sensor kecepatan udara, maka persamaan tersebut diubah menjadi persamaan baru, yaitu
x = 7483.99 – 3558.72y
2. Analisa Grafik
Pada percobaan ini, terdapat dua buah jenis grafik yang ditampilkan, yaitu grafik tegangan listrik terhadap waktu dan grafik tegangan rata-rata terhadap kecepatan angina. Pada grafik pertama, terlihat bahwa gradient garis pada grafik berslope negatif. Hal ini berarti saat kecepatan udara bertambah, maka tegangan yang ditampilkan nilainya akan semakin kecil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kecepatan udara dengan tegangan listik berbanding terbalik satu sama lain.
Kesimpulan
Sebuah kawat hot wire dapat digunakan sebagai sensor atau alat pengukur kecepatan
udara
Semakin besar kecepatan udara, maka semakin kecil nilai tegangan listrik
Referensi
Giancoli, Douglas C. 2000. Physic for Scientist & Engineers, 3rd Edition. NJ: Prentice Hall.
