KR01 R-LAB Angeline Paramitha

Disipasi Kalor Hot Wire (KR01) Page 1

LAPORAN FISIKA DASAR 1

REMOTE LABORATORY

DISIPASI KALOR HOT WIRE

Nama/NPM : Angeline Paramitha/1306409305

Fakultas/Prog. Studi : Teknik/Teknik Kimia

Group & Kawan Kerja : Ahmad Hamidi

Aldhi Saputro

Ahmad Shobri

Akwila Eka Meliani

Ali Akbar

Aji Tata Irwinsyah

Andrea Rizky Sabrina Harahap

No & Nama Percobaan : KR 01 & Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : Pekan 3

Tanggal Percobaan : 13 Maret 2014

Nama Koordinator : Miranda Rizka Anggraini

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia


KR 01 Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Praktikum

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Alat

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

The Anemometer Hot-Wire adalah anemometer termal yang paling terkenal,

dan mengukur kecepatan fluida dengan mencatat panas convected pergi oleh cairan.

Inti dari anemometer merupakan kawat panas terkena memanas baik oleh arus konstan

atau dipertahankan pada suhu konstan (lihat skema di bawah). Dalam kedua kasus,

panas kalah konveksi cairan merupakan fungsi dari kecepatan fluida.

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).

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. Cara Kerja

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. Data Hasil Percobaan

Pada percobaan praktikum R-Lab tentang Disipasi Kalor Hotwire, data yang

digunakan yaitu percobaan ke-dua. Adapun data tersebut sebagai berikut :

A. Tabel Data Pengamatan

1. Hasil percobaan dengan kecepatan angin v = 0 m/s

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) Tegangan (Volt) Kuat Arus (A)

1 0 2,112 54

2 0 2,112 53,9

3 0 2,112 53,9

4 0 2,112 53,9

5 0 2,112 53,9

6 0 2,112 53,9

7 0 2,112 53,9

8 0 2,112 53,9

9 0 2,112 54

10 0 2,112 54,1




1 70 2,049 56,3

2 70 2,05 56

3 70 2,05 55,4

4 70 2,05 54,7

5 70 2,05 54,4

6 70 2,05 54,2

7 70 2,05 54,5

8 70 2,05 55

9 70 2,051 55,7

10 70 2,05 56,2




1 110 2,03 56,2

2 110 2,031 56,4

3 110 2,031 56,7

4 110 2,031 56,6

5 110 2,031 56,1

6 110 2,03 55,7

7 110 2,031 55,2

8 110 2,031 54,8

9 110 2,03 54,6

10 110 2,03 54,5


1 150 2,023 56

2 150 2,023 56

3 150 2,022 56

4 150 2,022 56,1

5 150 2,022 56,2

6 150 2,022 56,2

7 150 2,023 56,3

8 150 2,023 56,4

9 150 2,022 56,5

10 150 2,022 56,6




1 190 2,015 54,8

2 190 2,016 55

3 190 2,016 55,2

4 190 2,015 55,8

5 190 2,015 56,2

6 190 2,015 56,8

7 190 2,016 57,1

8 190 2,015 56,9

9 190 2,015 56,6

10 190 2,016 55,9

6. Hasil percobaan dengan kecepatan angin v =230 m/s


1 230 2,012 55,7

2 230 2,012 56,2

3 230 2,012 56,7

4 230 2,011 57,1

5 230 2,012 57,2

6 230 2,012 56,9

7 230 2,012 56,7

8 230 2,012 56,1

9 230 2,012 55,6

10 230 2,012 55,3

B. Pengolahan Data

Setelah melakukan percobaan diatas dan mendapatkan data-data yang

terlampir, maka dapat dibuat :

1. Grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan hotwire dengan waktu

untuk tiap kecepatan aliran udara

2. Grafik yang menggambarkan hubungan tegangan hotwire dengan kecepatan

aliran angin

3. Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire.


Berikut ini adalah grafik yang menggambarkan hubungan Tegangan Hotwire

dengan waktu untuk tiap kecepatan aliran udara.

1. Grafik pada saat V = 0 m/s




Selanjutnya adalah grafik hubungan antara tegangan hotwire rata-rata dan

kecepatan aliran angin. Sebelum membuat grafiknya, terlebih dahulu harus

mengetahui tegangan rata-rata pada masing masing kecepatan aliran angin.

Berdasarkan data diatas, maka dapat dibuat grafik hubungan antar keduanya

Kecepatan Angin (m/s) Rata-Rata Tegangan (Volt)

0 2,112

70 2,05

110 2,0306

150 2,0224

190 2,0154

230 2,0119


Persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

Persamaan ini dapat diperoleh dengan metode least square berdasarkan

grafik hubungan antara tegangan dan kecepatan angin. Hasil perhitungan

persamaan tersebut sebagai berikut :

No Kecepatan Angin

(m/s) Variabel X

Rata-Rata Tegangan (Volt)

Variabel Y (Xi)2 (yi)2 xi.yi

1 0 2,112 0 4,460544 0

2 70 2,05 4900 4,2025 143,5

3 110 2,0306 12100 4,12333636 223,366

4 150 2,0224 22500 4,09010176 303,36

5 190 2,0154 36100 4,06183716 382,926

6 230 2,0119 52900 4,04774161 462,737

Jumlah 750 12,2423 128500 24,98606 1515,889

Keterangan :

X = Kecepatan Angin

Y = Tegangan Hot Wire

Setelah menghitung data pengamatan dengan metode least square,

persamaan antara hubungan tegangan dengan kecepatan angin dapat ditentukan

yaitu sebagai berikut :

m =

b=

Keterangan :

m : ialah besarnya gradien dari grafik hubungan antara keduanya

b : faktor penambah


Keduanya ini merupakan variabel pada persamaan hubungan antara tegangan

dengan kecepatan angin. Dengan memasukkan data yang kota miliki, kita

mendapatkan bahwa :

m =

= = - 0,00041

b =

= = 2,09217

Sehingga, dari data yang kita peroleh di atas persamaan hubungan antara tegangan

dengan kecepatan angin dapat diperoleh, dimana variabel bebas x menunjukkan

kecepatan angin pada waktu tertentu (m/s) sedangkan variabel terikat y

menunjukkan besar tegangan yang terjadi pada waktu tertentu. Persamaan tersebut

yaitu :

y = - 0,00041 x + 2,09217

Besarnya nilai kesalahan dari perhitungan persamaan di atas, yaitu :

Untuk mencari sebagai berikut :

=

Sehingga, kita meperoleh nilai = 0,0133574


Besarnya kesalahan yang terjadi pada saat perhitungan yaitu :

Sehingga besar TK = 0,63 %

Apakah kawat hotwire dapat juga diguanakan sebagai pengukur kecepatan angin

yaitu :

Berdasarkan persamaan hubungan antara kecepatan angin dengan

besarnya tegangan yang telah kita cari, dapat kita ketahui bahwa pada percobaan

ini, terdapat beberapa data yang yang diperoleh, yakni salah satunya adalah

tegangan. Pada percobaan ini kawat hotwire setiap ujung probenya akan

dihubungkan pada tegangan. Energi listrik yang dialirkan akan didisipasi 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.

Pada grafik yang menyatakan hubungan kecepatan aliran angin dan

tegangan, dapat dilihat bahwa penurunan nilai tegangan seiring dengan

penambahan kecepatan aliran angin, ini menandakan besarnya nilai tegangan

berbanding terbalik dengan besarnya kecepatan aliran angin. Namun, persamaan

tersebut tidak dapat dijadikan referensi untuk setiap tegangan yang diberikan

karena resistensi kawat kemungkinan besar dapat berbeda. Maka dapat

disimpulkan bahwa kawat hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan

angin setelah kita mengetahui tegangan yang dihasilkan.

VI. Analisis

A. Analisis Percobaan

Percobaan yang pada pekan kedua R-lab yaitu Disipasi Kalor Hotwire

(KR01). Teknis pengerjaannya ialah menggunakan R-lab yang di mana mahasiswa

dapat melakukan percobaan kapan saja, asalkan laptop atau komputer tersambung

dengan jaringan internet. Mahasiswa dipermudah dengan cara melakukan

percobaan atau praktikum tersebut tanpa harus mendatangi laboratorium fisika di


F-MIPA UI. Peralatan untuk melakukan praktikum telah tersedia secara lengkap di

dalam website.

Peralatan ini dapat digunakan apabila laptop atau komputer praktikan

memiliki aplikasi java dan web cam. Percobaan ini dimulai dengan mengaktifkan

webcam, yaitu dengan mengklik icon video yang ada pada halaman R-Lab. Setelah

mengaktifkan web cam, praktikan 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

benar sebesar 0 m/s. Kemudian dilanjutkan dengan menyalakan motor penggerak

kipas dengan mengklik radio button pada icon menghidupkan power supply

kipas.

Untuk mengukur tegangan dan arus listrik di kawat hot wire dapat dilakukan

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 dari percobaan yang baru saja dilakukan. Percobaan

kemudian dilanjutkan dengan mengubah kecepatan aliran menjadi 70m/s, 110m/s,

150m/s, 190m/s, dan 230m/s dengan mengikuti prosedur yang sama seperti

prosedur saat melakukan percobaan dengan kecepatan aliran 0 m/s. Pengukuran

tegangan ini dilakukan setiap detiknya sebanyak sepuluh kali masing masing pada

setiap kecepatan aliran udara. Hal ini dimaksudkan agar didapatkan data yang

bagus dan data yang ada dapat diunduh beserta dengan grafiknya. Pada percobaan

ini didapatkan data berupa besar tegangan (volt) yang berkaitan dengan kecepatan

aliran angin yang diberikan.

B. Analisis Hasil

Berdasarkan data-data (tegangan dan kecepatan angin) yang telah diperoleh,

dapat digambarkan dalam bentuk grafik. Grafik mengenai hubungan kecepatan

angin dan tegangan dapat menjelaskan bahwa hubungan keduanya berbanding

terbalik, dimana penurunan nilai tegangan berlangsung bersamaan dengan

kenaikan kecepatan angin yang akan memberikan resistensi energy listrik.

Resistensi energy listrik yang semakin besar ini membuat nilai daya listrik dan

energy kalor yang dihasilkan juga semakin kecil.


Hubungan tegangan dan kecepatan angin ditunjukkan dengan adanya

persamaan y = - 0,00041 x + 2,09217. Dari persamaan ini kita dapat mencari nilai

kecepatan angin, tetapi dengan syarat kita telah mengetahui besarnya tegangan

yang ada. Setelah dilakukan perhitungan terhadap persamaan yang ada, ternyata

kecepatan angin dapat dihitung melalui persamaan tersebut dengan menggunakan

tegangan waktu.

C. Analisis Grafik

Setelah melakukan percobaan ini, maka kami dapat memperoleh tujuh buah

grafik, diantaranya yaitu enam buah grafik yang menghubungkan waktu dengan

tegangan hotwire untuk masing masing kecepatan aliran udara. Grafik pertama

pada percobaan ini menggambarkan hubungan antara tegangan dan waktu. Waktu

yang digunakan dalam grafik yaitu selama 10 detik. Dengan menggunakan metode

least square praktikan dapat menentukan gradien pada persamaan antara tegangan

dan waktu. Dimana dari persamaan ini kita dapat mencari seberapa besar nilai

kecepatan angin menggunakan hotwire. Gradien persamaan garis ketika V= 0 m/s

yaitu y = 2,112 . Gradien persamaan garis ketika V= 70 m/s yaitu y = 1E-04x +

2,0495. Gradien persamaan garis ketika V= 110 m/s yaitu y = -5E-05x + 2,0309.

Gradien persamaan garis ketika V= 150 m/s yaitu y = -5E-05x + 2,0227. Gradien

persamaan garis ketika V= 190 m/s yaitu y = -3E-16x + 2,0154. Gradien persamaan

garis ketika V= 230 m/s yaitu y = 2E-05x + 2,0118.

Pada grafik hubungan antara tegangan hot wire dengan waktu, waktu

berfungsi sebagai variabel X dan tegangan didefinisikan sebagai variabel Y

menunjukkan bahwa kecepatan angin yang diiberikan oleh kipas angin tetap,

sehingga semakin lama angin bertiup maka energi kalor yang dihasilkan menjadi

lebih kecil. Jadi nilai tegangan 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.

Analisis grafik kedua yaitu merupakan grafik hubungan antara tegangan

listrik pada hotwire dan kecepatan aliran udara. Dengan metode Least Square,

praktikan memperoleh gradien garis literatur / acuan untuk persamaan kecepatan

udara tiap detik yang bernilai negatif (-). Sehingga diperoleh persamaan y = -

2034,8x + 4276,8. Hal ini membuktikan bahwa tegangan listrik dari hotwire


berkurang ketika kecepatan aliran udara bertambah. Dapat terlihat bahwa

kecepatan aliran udara berbanding terbalik dengan tegangan. Hal ini dapat terlihat

dari persamaan grafik yang di dapat dari metode leastsquare yaitu: y = - 0,00041 x

+ 2,09217

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 = -0.00041x + 2.09217

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.

D. Analisis Kesalahan

Dalam praktikum hotwire ini, ketika alat diberikan kecepatan angin secara

konstan, seharusnya nilai tegangan yang didapat menampilkan nilai yang sama.

Namun, pada percobaan ini hasil yang didapat mengalami sedikit interval yang

cukup signifikan yaitu berkisar sekitar 0,001. Hal ini mungkin disebabkan karena

alat yang belum dikalibrasi oleh praktikan. Selain itu Berdasarkan perhitungan

yang ada, praktikan mendapatkan nilai kesalahan sebesar 0,63 %. Kesalahan ini

dapat dibilang cukup kecil. Hal ini dapat terjadi karena praktikan tidak

memperhatikan video dari alat yang ditampilkan pada percobaan R-lab. Hal ini

terjadi karena putusnya jaringan java yang ada. Akibat dari tidak melihatnya video

praktikum tersebut ialah ketika memberi kecepatan aliran angin yang berbeda,

sisa dari kecepatan aliran angin awal mempengaruhi nilai tegangan.

Kesalahan tersebut dapat terjadi karena benda berada dalam kondisi ruangan

dimana ruangan tidak tertutup rapat (vakum) sehingga masih ada aliran udara yang

tidak diinginkan. Hal tersebut tentu saja dapat mempengaruhi hasil pengukuran

tegangan karena kecepatan angin memiliki kemungkinan untuk bertambah sedikit

dan tidak tepat dengan kecepatan angin yang seharusnya digunakan. Nilai

resistansi dari kawat yang digunakan juga memiliki daya hambat yang membuat

alat tidak dapat mengukur besar tegangan yang mengalir. Selain itu, kesalahan

juga dapat terjadi karena ketidaktelitian pengukuran serta pembulatan.


VII. Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan

berdasarkan tujuan dari praktikum ini, diantaranya :

1. Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan , arus

listrik yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik

mengalir.

2. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga

semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah. Semakin cepat

aliran fluida yang mengalir melalui hotwire, maka akan semakin kecil

tegangan yang dialami oleh hot wire.

3. Single normal probe hotwire merupakan salah satu jenis hotwire yang

umumnya digunakan sebagai sensor kecepatan aliran udara dengan

menghubungkan kedua ujung probe dengan sumber tegangan supaya energi

listrik dapat mengalir pada hot wire dan akan didisipasi menjadi energi kalor.

Kalor tersebut yang akan digunakan untuk menghitung kecepatan aliran angin

dengan menjaga suhu sensor agar tetap konstan.

4. Kecepatan angin yang terjadi berbanding terbalik dengan tegangan (V) dan

berbanding lurus dengan arus listrik (I).

5. Persamaan linier kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan adalah y = -

0,00041 x + 2,09217

6. Hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara. Syaratnya

kita harus mengetahui besar tegangan yang ada.

VIII. Referensi

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice

Hall, NJ, 2000.

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

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

3. Adrian, R. J., R. E. Johnson, et al. (1984). "Aerodynamic Disturbances of

Hotwire Probes and Directional Sensitivity." Journal of Physics

Engineering: Scientific Instrumentations 17: 62-71.

4. http://sitrampil4.ui.ac.id/kr01

KR01 R-LAB Angeline Paramitha

Documents