LAPORAN R-LAB
Disipasi Kalor Hot Wire
Nama
: Faris Muhtadi
NPM
: 1306392411
Fakultas
: Teknik
Departemen
: Teknik Elektro
Program Studi
: Teknik Elektro
Kode Praktikum
: KR 01
Tanggal praktikum : 18 Maret 2014
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan
Dasar
( UPP – IPD )
Universitas Indonesia
Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara. Alat
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
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.
P = v i Δ t ...( 1 )
Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat ratio yang dirumuskan sebagai :
Overheat ratio = Rw/Ra
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasia (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.
Cara Kerja
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman ini.
1. Aktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !
2. Berikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”. 3. Hidupkan motor pengerak kipas dengan
meng”klik” radio button pada icon “menghidupkan power supply kipas.
4. Ukurlah Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik icon “ukur”.
5. Ulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s !
Tugas
1. Berdasarkan data yang didapat , buatlah grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.
2. Berdasarkan pengolahan data di atas, 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 kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?
6. Hasil dan Evaluasi
Data dan hasil percobaan
Tabel 1 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 0 m/s
Waktu ( s )
Tabel 2 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 70 m/s
Tabel 3 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 110 m/s
Tabel 4 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 150 m/s
Tabel 5 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 190 m/s
6 190 2.034 54.4
7 190 2.034 56.5
8 190 2.034 56.0
9 190 2.033 54.4
10 190 2.034 56.6
Tabel 6 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 230 m/s
Waktu (
Dari hasil percobaan di di atas, dapat kita gunakan untuk membuat grafik hubungan antara tegangan hot wire dengan waktu.
A. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Waktu )
Grafik 1
Grafik 2
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 70
Grafik 3
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 110
Grafik 4
Grafik 5
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan Angin v = 190
Grafik 6
B. Grafik Data ( tegangan Hotwire dengan Kecepatan Aliran Angin)
Dalam mencari hubungan antara tegangan dengan kecepatan aliran angin sebaiknya kita harus terlebih dahulu mencari rata-rata tegangan dari setiap kecepatan angin.
Tabel Kecapatan Aliran Angin & Rata – Rata Tegangan
Kecepatan Angin Rata – Rata Tegangan ( Volt )
0 2.1120
Dari tabel tersebut, dapat dibuat grafik yang menyatakan hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan.
C. Persamaan kecepatan angin sebagai Fungsi dari Tegangan Hotwire
Persamaan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan hotwire diperoleh menggunakan metode least square yang terdapat pada tabel berikut :
110 2.0451 12100 4.18243401 224.961
150 2.0371 22500 4.14977641 305.565
190 2.0339 36100 4.13674921 386.441
230 2.032 52900 4.129024 467.36
= 750 12.3257 128500 25.32523099 1528.919
Dengan menggunakan software regresi linear, perhitungan least square dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Pada perhitungan tersebut, nilai b adalah nilai m atau gradien sementara nilai a adalah faktor penambah. Maka persamaan least square
y = - 0,00033938x + 2.0967
y – 2.0967 = - 0.00033938x x = 6178.03 – 2946.54 y dengan x = kecepatan angin dan y = tegangan, maka
kecepatan angin (m/s) = 6178.03 – 2946.54 ( volt )
Analisa
A. Analisa Percobaan dan Hasil
Pada percobaan kali ini, terdapat 6 kali percobaan mengukur tegangan dengan diberikannya enam kecepatan aliran angin yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Data untuk percobaan ini dilakukan sebanyak 10 kali setiap satu kecepatan aliran angin. Dalam 10 kali pengambilan data , kegiatan tersebut bertujuan untuk menggambarkan tegangan yang dihasilkan tiap detiknya. Setelah data dianalisa maka dibawah ini adalah persamaan-persamaan garis dari masing-masing hubungan antara kecepatan aliran angin tegangan :
1) 0 m/s : y = 2.112
2) 70 m/s : y = - 0.00008x + 2.066 3) 110 m/s : y = 0.000103 + 2.044 4) 150 m/s : y = 0.00003x + 2.036 5) 190 m/s : y = -0.000042x + 2.304 6) 230 m/s : y =2.032
Dari percobaan ini, data yang diolah menggunakan metode
dengan tegangan secara umum dari percobaan ini. Persamaan tersebut adalah :
Kecepatan angin (m/s) = 6178.03 – 2946.54 ( volt )
Setelah melakukan percobaan ini, dari keenam data dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran angin terbukti memengaruhi tegangan yang dihasilkan. Hal ini terlihat pada perhitungan tabel, grafik, maupun least square dimana semakin tinggi aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Hal ini membuktikan bahwa kawat hot wire ternyata cocok untuk mengukur panas tegangan dan kecepatan aliran angin.
B. Analisa Grafik
Grafik Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu
Melalui grafik ini dapat kita lihat bahwa terdapat variasi data dalam pengukuran ini. Untuk beberapa kecepatan aliran angin tertentu, selama rentang waktu 10 detik percobaan tegangannya stabil. Namun, untuk kecepatan aliran angin yang lainnya, terdapat tegangan yang konstan naik, konstan turun, dan juga fluktuatif. Namun naik dan turunnya angka tegangan tidak terlalu jauh dan masih berada dalam range tegangan yang pertama kali. Hal ini menyatakan bahwa untuk meningkatkan atau menurunkan suatu tegangan maka dibutuhkan waktu yang lebih lama dari 10 detik. Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Angin dengan
Tegangan
yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena aliran angin akan mengurangi jumlah panas yang akan diterima oleh hot wire. Dan karena hot wire hanya akan bereaksi jika dipicu oleh panas atau kalor maka diperlukan kecepatan aliran angin tidak boleh dalam kecepatan yang besar
C. Analisa Kesalahan
Dalam praktikum ini, terdapat beberapa kesalahan yang dapat menyebabkan kesalahan atau ketidakakuratan dalam pengukuran kesalahan itu antara lain :
Pengkalibrasian alat ukur (hot wire) yang belum optimal sehingga sensor penangkap panasnya tidak bekerja secara maksimal
Fasilitas R-Lab yaitu camcorder yang memperlihatkan
video streaming percobaan tersebut. Camcorder yang menampilkan gambar yang tidak jelas akan menyebabkan kesulitan dalam melihat apa yang sebenarnya terjadi di ruang praktikum
Kesalahan dalam menghitung dan dalam penulisan angka penting.
Kesimpulan
Setelah melakukan percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa :
• Hot Wire Single Probe merupakan jenis sensor hot wire yang paling sering digunakan karena kemampuannya untuk menyampaikan data pengukuran secara optimal
• Semakin besar kecepatan aliran angin maka tegangan yang dihasilkan akan semakin kecil karena kalor/panas yang diserap oleh hot wire akan berkurang karena adanya angin
Referensi
• Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.
LAMPIRAN
Praktikum dilakukan pada hari Kamis tanggal 18 Maret 2014
Lampiran 1 (Tabel Data rLab)
