laporan praktikum fisika dasar
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
REMOTE LABORATORY
Nama/NPM : Adita Evalina Fitria Utami/1206262765
Fakultas/Prog. Studi : Teknik/Teknik Metalurgi dan Material
No. & Nama Percobaan : KR01/ Disipasi Kalor Hot Wire
Minggu Percobaan : 06
Tanggal Percobaan : Selasa, 16 April 2013
Kawan Kerja : Group 1
Adi Januardi Arif Just Novan
Arum Estri Perdinasari Aulia Fitriani
Bagus Setiawan Desak Putu Dewi Chrisnanda
Ernitha Yuniar Ghaissani
Nama Asisten : : -
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
A. TUJUAN PERCOBAAN
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan udara
B. PERALATAN1. Kawat Pijar (hotwire)2. Fan3. Voltmeter dan Ampermeter4. Adjustable Power Supply5. Camcorder
Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
C. TEORI
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 aksial
saja. Probe seperti ini terdiri dari sebuah kawat logam pendek yang halus
(delicate) yang disatukan pada dua kawat baja dengan arus listrik dan bekerja
berdasarkan prinsip perpindahan panas konveksi. Masing masing ujung probe
dihubungkan ke sebuah sumber tegangan. Energi listrik yang mengalir pada probe
tersebut 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.
= . . . . . . . . . ( )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 =
Ra = Resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan)
Rw = Resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara)
Sistem hot-wire anemometer yang digunakan meliputi sebuah single normal
hotwire 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 instantaneous dari inersia termal sensor terhadap berbagai
perubahan dalam kondisi aliran.
single normal probe
Hotwire 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. Beberapa persamaan yang dapat digunakan antara lain:
1) Persamaan Simple Power-law
Persamaan ini diperkenalkan oleh L.V. King dan dirumuskan sebagai berikut:= + …(3)dimana 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:= + + …(4)dimana A, B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n = 0.5.
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.
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.
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mengaktifkan Web cam dengan mengklik icon video pada halaman web r-
Lab.
2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik”
pilihan drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.
3. Menghidupkan motor penggerak kipas dengan meng”klik” radio button
pada icon “menghidupkan power supply kipas”.
4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hotwire dengan cara
mengklik icon “ukur”.
5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan
230 m/s.
E. Hasil Pengamatan
Waktu Kec. Angin V- HW I – HW1 0 2.112 53.92 0 2.112 53.93 0 2.112 53.94 0 2.112 54.05 0 2.112 54.16 0 2.112 54.47 0 2.112 54.58 0 2.112 54.59 0 2.112 54.210 0 2.112 54.1
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 70 2.069 54.22 70 2.070 54.83 70 2.068 55.44 70 2.067 54.95 70 2.068 54.26 70 2.067 54.27 70 2.068 54.78 70 2.068 55.39 70 2.067 55.0
10 70 2.067 54.4
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 110 2.048 54.92 110 2.048 54.53 110 2.048 54.44 110 2.049 54.55 110 2.049 54.86 110 2.048 55.37 110 2.049 55.78 110 2.050 55.89 110 2.048 55.710 110 2.049 55.3
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 150 2.040 55.22 150 2.040 54.73 150 2.040 54.54 150 2.040 54.75 150 2.040 55.26 150 2.040 55.97 150 2.040 56.38 150 2.041 56.09 150 2.040 55.4
10 150 2.041 55.7
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 190 2.035 54.72 190 2.036 54.73 190 2.035 54.74 190 2.035 54.75 190 2.036 54.66 190 2.036 54.67 190 2.036 54.68 190 2.036 54.69 190 2.035 54.6
10 190 2.035 54.6
Waktu Kec. Angin V-HW I-HW1 230 2.032 54.72 230 2.031 54.73 230 2.032 54.74 230 2.032 54.75 230 2.032 54.76 230 2.031 54.77 230 2.032 54.78 230 2.032 54.79 230 2.033 54.610 230 2.032 54.7
F. EVALUASI
1. Membuat Grafik Berdasarkan Hubungan Waktu dengan TeganganHotwire
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 0 m/s
2.0662.0662.0672.0672.0682.0682.0692.0692.0702.0702.071
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 70 m/s
2.047
2.048
2.048
2.049
2.049
2.050
2.050
2.051
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 110 m/s
2.039
2.040
2.040
2.040
2.040
2.040
2.041
2.041
2.041
2.041
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 150 m/s
2.034
2.035
2.035
2.035
2.035
2.035
2.036
2.036
2.036
2.036
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 190 m/s
2. Membuat grafik berdasarkan hubungan antara tegangan hotwiredengan kecepatan angin
2.030
2.031
2.031
2.032
2.032
2.033
2.033
2.034
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V-HW
WAKTU
KECEPATAN 230 m/s
1.980
2.000
2.020
2.040
2.060
2.080
2.100
2.120
0 70 110 150 190 230
V-HW
WAKTU
3. Membuat Persamaan Tegangan Hotwire
Percobaan ke Kec. Angin (m/s)(x)
V-HW(y)
xy
1 0 2.112 0 4.460 02 70 2.044 4900 4.177 143.083 110 2.048 12100 4.194 225.284 150 2.040 32500 4.161 3065 190 2.035 36100 4.141 386.656 230 2.031 52900 4.124 467.13
Total 750 12.031 128500 25.257 1528.14
Dengan menggunakan microsoft excel kita mendapatkan sebuah persamaan yaitu= − , + .G. ANALISIS
Analisis Percobaan
Percobaan “Disipasi Kalor Hot Wire” yang dilakukan dengan menggunakan
sistem Rlab (Remote Laboratory) ini dimulai dengan mengaktifkan Web cam,
yaitu dengan mengklik icon video yang ada pada halaman R-Lab. Hal ini harus
dilakukan agar dalam menjalankan praktikum. Alat peraga yang ditampilkan
benar-benar berada dalam kondisi siap untuk dipakai. Selain itu, dengan
mengaktifkan Web cam, dapat menghindarkan kita dari kesalahan-kesalahan yang
diakibatkan oleh prosedur kerja yang tidak dikerjakan secara benar (seperti
diharuskan untuk menunggu sampai alat peraga yang ditampilkan menunjukkan
angka nol). Jika kita tidak mengaktifkan web cam, maka percobaan kita rentan
salah, sehingga data yang diambil akan mengalami kesalahan yang berlanjut pada
kesalahan dalam pengolahan data maupun 15 hasilnya, yaitu didapat suatu nilai
yang bukan merupakan nilai yang sebenarnya, sehingga kita diharuskan untuk
mengulang percobaan.
Setelah mengaktifkan web cam, hal yang dilakukan selanjutnya adalah
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 sebesar 0 m/s, sehingga kesalahan
dalam pengambilan data tidak terjadi dalam percobaan kali ini. 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.
Analisis Hasil
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.
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 = -0.0003x + 2.0966
Laporan Parktikum R- lab KR 01 (Disipasi Kalor Hotwire)
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 = -0.0003x + 2.0966 didapat dengan menggunakan metode
leastsquare, 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.
H. KESIMPULAN
1. Single normal probe hotwire merupakan salah satu jenis hotwire yang
umumnya digunakan sebagai sensor untuk memberikan informasi kecepatan
aliran dengan menghubungkan kedua ujung probe dengan dengan sumber
tegangan.
2. Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik
yang mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.
3. Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi juga
semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga berubah.
I. REFERENSI
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition.New York:Prentice Hall.Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition, ExtendedEdition.New York: John Wiley & Sons, Inc.Pratomo, Hariyo Priambudi Setyo dan Klaus Bemhorst. 2006. “Kalibrasi Single-NormalHot-Wire Probe Sigmond Cohn Alloy 851 Untuk Aliran Jet Terpulsasi” dalamJurnalTeknik Mesin Vol. 8, No. 1, April 2006, halaman 14-21.
www.eepits-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=954www.mahasiswa-sibuk.co.ccwww.wikipedia.com/disipasi-energi