laporan r-lab disipasi hot wire denia apriliani r.pdf
TRANSCRIPT
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
1/16
LAPORAN R-LAB
Disipasi Hot Wire
Nama : Denia Apriliani Rahman
NPM : 1206212344
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Kimia
Kode Praktikum : KR01
Tanggal Praktikum : 21 Maret 2013
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Depok
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
2/16
I. Tujuan
Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.
II. Alat
1. kawat pijar (hotwire)2. Fan
3. Voltmeter dan Ampmeter
4. Adjustable power supply5. Camcorder
6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Landasan Teori
a) Disipasi Energi
Disipasi energi merupaka energi mekanik yang ditimbulkan oleh
gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain
yang juga disebut kalor. Energi disipasi dapat berarti energi yang hilang dari
suatu sistem. Hilang dalam arti berubah menjadi energi lain yang tidak
menjadi tujuan suatu sistem. Timbulnya energi disipasi secara alamiah tidak
dapat dihindari, karena energi secara sendirinya berubah sulit untuk
dikontrol.
Hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut
termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang fisika
yang berkaitan dengan hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi serta
kesetimbangan dalam reaksi fisika dan dalam perubahan keadaan. Hukum
pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu
proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan
jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem. Hukum kedua termodinamika,
yaitu membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan. Reaksi spontan
yaitu reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar. Sedangkan reaksi tidak
spontan tidak terjadi tanpa bantuan luar.
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
3/16
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
4/16
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 =
Dengan:
Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian
(dihembuskan udara).
Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).
Gambar : Rangkaian Alat Percobaan Disipasi Hotwire
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,
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
5/16
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.
c) Konveksi
Konveksi adalah proses di mana kalor ditransfer dengan pergerakan
molekul dari satu tempat ke tempat yang lain melalui sesuatu perantara.
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.
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
6/16
IV. Cara Kerja
Eksperimen ini dilakukan oleh praktikan dengan mengunjungi link r-lab
yang terdapat pada web sitrampil.ui.ac.id secara online dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Mengaktifkan video Web cam untuk melihat kerja percobaan yang
ditampilkan dalm video
2. Memberikan aliran udara yang pertama dengan kecepatan 0 m/s
3. Menghidupkan motor pengerak kipas ( power supply) dengan
mengklik radio button dibawahnya.
4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan caramengklik icon ukur.
5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190
dan 230 cm/s
V. Hasil Percobaan dan Pengolahan Data
Setelah dilakukan pengamatan percobaan, didapatkan data-data yangdisajikan dalam tabel pengamatan, yaitu:
Kecepatan Angin 0 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 0 2.112 54.9
2 0 2.112 55.1
3 0 2.112 55.0
4 0 2.112 54.7
5 0 2.112 54.26 0 2.112 54.0
7 0 2.112 53.9
8 0 2.112 53.9
9 0 2.112 53.9
10 0 2.112 54.0
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
7/16
Kecepatan Angin 70 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 70 2.058 55.7
2 70 2.058 56.33 70 2.060 55.9
4 70 2.057 55.0
5 70 2.058 54.4
6 70 2.057 54.1
7 70 2.058 54.3
8 70 2.057 55.0
9 70 2.057 55.8
10 70 2.057 56.4
Kecepatan Angin 110 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 110 2.040 56.6
2 110 2.041 56.0
3 110 2.039 55.5
4 110 2.040 55.0
5 110 2.039 54.7
6 110 2.040 54.4
7 110 2.038 54.3
8 110 2.038 54.3
9 110 2.039 54.4
10 110 2.039 54.6
Kecepatan Angin 150 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 150 2.031 54.4
2 150 2.032 54.4
3 150 2.032 54.4
4 150 2.032 54.6
5 150 2.032 54.7
6 150 2.032 54.9
7 150 2.031 55.2
8 150 2.031 55.6
9 150 2.032 55.9
10 150 2.032 56.2
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
8/16
Kecepatan Angin 190 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 190 2.026 55.9
2 190 2.027 55.83 190 2.027 55.8
4 190 2.026 55.9
5 190 2.026 55.9
6 190 2.026 55.9
7 190 2.026 56.0
8 190 2.026 56.0
9 190 2.026 56.1
10 190 2.026 56.2
Kecepatan Angin 230 m/s
Waktu Kec Angin V-HW I-HW
1 230 2.024 55.1
2 230 2.024 55.1
3 230 2.024 55.1
4 230 2.024 55.2
5 230 2.024 55.3
6 230 2.024 55.3
7 230 2.024 55.4
8 230 2.023 55.4
9 230 2.023 55.4
10 230 2.023 55.4
Dari data tabel diatas didapatkan grafik gabungan hubungan antara tegangan
dan kecepatan angin, yaitu :
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
9/16
Keterangan :
Sumbu x : menunjukkan waktu (s)
Sumbu y : tegangan (v)
Sedangkan Hubungan antara kecepatan angin dan tegangan secara
keseluruhan yang terjadi dalam hasil pengamatan percobaan adalah:
Keterangan:
Sumbu x : menunjukkan kecepatan angin (m/s)
Sumbu y : menunjukkan tegangan (v)
1,960
1,980
2,000
2,020
2,040
2,060
2,080
2,100
2,120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kecepatan Angin 0
m/s
Kecepatan Angin 70
m/s
Kecepatan Angin 110
m/s
Kecepatan Angin 150
m/s
Kecepatan Angin 190
m/s
Kecepatan Angin 230
m/s
y = -1073,4x + 2495,2
1,950
2,000
2,050
2,100
2,150
0 70 110 150 190 230
Grafik Hubungan Tegangan dan
Kecepatan Angin
Grafik Hubungan
Tegangan dan
Kecepatan Angin
Linear (GrafikHubungan
Tegangan dan
Kecepatan Angin )
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
10/16
Suhu dari sistem pada percobaan ini tidak diketahui oleh praktikan, maka suhu
dianggap tetap.
Untuk menghitung data yang telah didapatkan melalui pengamatan pada
percobaan digunakan metode least square. Pendekatan least square tersebut
didapatkan melalui persamaan :
F.v.t = V.I.t
dv =
dV
maka didapatkan : y = mx + b, dengan :
x, menyatakan kecepatan angin (m/s)
y, menyatakan tegangan (v)
Dengan rumus mencari m dan b, yaitu :
m =. ()()
()
b =
. ()()
()
Untuk mencari nilai m dan b dapat menggunakan tabl yang terdapat dibawah ini:
Kecepatan Angin (m/s) X (v) Y (m/s) x2
y2
xy
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
0 2,112 0 4 0 0
70 2,058 70 4 4900 144,06
70 2,058 70 4 4900 144,06
70 2,060 70 4 4900 144,2
70 2,057 70 4 4900 143,99
70 2,058 70 4 4900 144,06
70 2,057 70 4 4900 143,99
70 2,058 70 4 4900 144,06
70 2,057 70 4 4900 143,99
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
11/16
70 2,057 70 4 4900 143,99
70 2,057 70 4 4900 143,99
110 2,040 110 4 12100 224,4
110 2,041 110 4 12100 224,51
110 2,039 110 4 12100 224,29
110 2,040 110 4 12100 224,4
110 2,039 110 4 12100 224,29
110 2,040 110 4 12100 224,4
110 2,038 110 4 12100 224,18
110 2,038 110 4 12100 224,18
110 2,039 110 4 12100 224,29
110 2,039 110 4 12100 224,29
150 2,031 150 4 22500 304,65
150 2,032 150 4 22500 304,8150 2,032 150 4 22500 304,8
150 2,032 150 4 22500 304,8
150 2,032 150 4 22500 304,8
150 2,032 150 4 22500 304,8
150 2,031 150 4 22500 304,65
150 2,031 150 4 22500 304,65
150 2,032 150 4 22500 304,8
150 2,032 150 4 22500 304,8
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,027 190 4 36100 385,13
190 2,027 190 4 36100 385,13
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
190 2,026 190 4 36100 384,94
230 2,024 230 4 52900 465,52230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,024 230 4 52900 465,52
230 2,023 230 4 52900 465,29
230 2,023 230 4 52900 465,29
230 2,023 230 4 52900 465,29
7500 123 7500 252 1285000 15235,46 Total
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
12/16
Maka dapat dihitung :
m =. ()()
()
=, (,)()
,,
=,
,
= -1073,4
b =
. ()()
()
=,,(,)
,,
=,
,
= 2495,2
Dari perhitungan diatas, didapatkan persamaan garis lurus, yaitu :
y = mx +b
= -1073,4x + 2495,2
Dari data yang telah didapatkan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa
kawat hotwire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin, karena :
VI. Analisis
a)Analisis Percobaan
Praktikum Disipasi Hot Wire ini bertujuan untuk menggunakan hotwire
sebagai pengukur kecepatan aliran udara. Untuk rangkaian peralatan yang
digunakan dalam percobaan ini dapat terlihat melalui visualisasi video berupa
tabung tembus pandang yang dilintasi semacam kawat, bagian pangkal tabung
ada kipas yang mevarisasikan kecepatan angin dengan mevariasikan arus listrik
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
13/16
yang diberikan, dan terlihat sebuah indikator digital yang menunjukan harga
tegangan. Terlihatlah disini hubungan antara tegangan dan kecepatan angin yang
diberikan. Data diambil secara bervariasi dari harga tegangan tiap detiknya
dengan durasi selama 10 detik. Pada kecepatan 0 cm/s kipas tidak berputar danindikator tidak menunjukan adanya variasi tegangan.
Langkah pertama yang dilakukan oleh praktikan adalah mengatur
kecepatan angin pada sistem dengan kecepatan yang bervariasi, yaitu 0 m/s, 70
m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Ketika angin dihembuskan pada
hotwire, akan mengubah nilai resistansi kawat, sehingga akan merubah besarnya
arus listrik yang mengalir. Hal ini, juga akan berpengaruh terhadap tegangan
listrik yang mengalir pada kawat. Dengan kecepatan angin yang sama,
pengukuran dilakukan setiap sekon sebanyak 10 kali. Hal ini dilakukan untuk
mendapatkan data yang akurat dari variasi data yang ada hingga hasil
pengukuran akan memiliki pendekatan yang baik terhadap nilai yang
sesungguhnya.
Namun dengan kecepatan angin yang sama, walaupun diukur setiap
sekon sebanyak 10 kali, tidak tercatat perubahan tegangan hotwire yang
signifikan. Tercatat beberapa fluktuasi, tetapi tidak terlalu jauh dari nilai
tegangan rata-rata. Dapat disimpulkan, bahwa waktu tidak berpengaruh
terhadap tegangan hotwire bila kecepatan angin sama. Tetapi jika melihat data
pengamatan serta membuat hubungan antara tegangan dan kecepatan angin,
maka dapat ditarik kesimpulan bahwa perubahan kecepatan angin akan
berpengaruh signifikan terhadap tegangan hotwire.
b) Analisis Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan disipasi hotwire ini, adalah:
1. Kawat Pijar
Digunakan untuk objek pengamatan untuk mengetahui pengaruh
tegangan dan kecepatan angin
2. Fan
Digunakan sebagai penghembus angin yang bervariasi pada saat
percobaan
3. Voltmeter dan Ampermeter
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
14/16
Digunakan untuk mengukur besar tegangan dan arus yang terdapat pada
sistem saat percobaan.
4. Adjustable power supply
Digunakan untuk mengaktifkan alat percobaan (sumber tegangan sistem)
6. Camcorder
Digunakan untuk mengawasi perubahan suhu yang terjadi saat konversi
tegangan ke temperatur berlangsung.
7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Digunakan sebagai media percobaan.
c) Analisis Hasil dan Pengolahan Data
Dengan data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan diatas,
praktikan menggunakan metode least squre untuk mengolah data yang
bervariasi dan mencari persamaan garis lurus untuk dapat membuat grafik
hubungan antara kecepatan angin dan tegangan. Dari perhitungan didapatkan
persamaan garis lurus yaitu:
y = mx +b
y = -1073,4x + 2495,2
Dari hasil percobaan yang didapat, hotwire memiliki keterbatasan. Kawat
hotwire tidak dapat mengukur dengan kecepatan angin yang tinggi. Pada saat
fan belum dinyalakan (kecepatan angin = 0 m/s), tegangan hotwire memiliki rata-
rata 2,112 volt. Penambahan kecepatan angin berbanding terbalik dengan
tegangan hotwire. Dengan adanya hembusan angin pada kawat pijar akan
menyebabkan terjadinya perubahan resistansi pada kawat di mana perubahan
tersebut berbanding lurus dengan kecepatan udara yang mengalir maka
tegangan yang terjadi pada sistem semakin kecil dan arus semakin besar.
Sehingga semakin besar kecepatan angin, maka semakin kecil tegangan hotwire,
yang sebenarnya tidak terlalu signifikan apabila tidak diukur dengan peralatan
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
15/16
digital atau bila diukur manual, karena nilai tegangan kawat berkisar 2 volt dan
hanya berbeda ketelitian 3 angka di belakang koma.
d) Analisis Kesalahan
Dalam percobaan yang dilakukan oleh praktikan terdapat kesalahan yang
secara sengaja ataupun secara tidak sengaja terjadi baik dilakukan oleh
praktikan. Kesalahan yang pertama terdapat dalam faktor pengambilan data.
Dalam proses pengambilan data,secara otomatis data disajikan oleh rlab, namun
kondisi sistem percobaan pada rlab bergantung pada koneksi internet yang baik,
jika tidak pengamatan yang dilakukan oleh praktikan akan berjalan tidak sesuai
sehingga mempengaruhi hasil dari percobaan. Kesalahan lainnya terdapat pada
proses pengolahan data. Dalam proses pengolahan data, praktikan melakukan
pembulatan pada perhitungan angka yang menghasilkan desimal yang banyak.
Sehingga dengan pembulatan tersebut terdapat perbedaan hasil angka
perhitungan dengan nilai yang sebenarnya. Pembulatan angka dilakukan pada
saat perhitungan data terutama pada peritungan least square. Kesalahan lainnya
mungkin dapat disebabkan kurangnya ketelitian praktikan dalam menghitung
pengolahan data secara tidak sengaja. Sehingga nilai yang seharusnya didapatkan
berbeda dengan apa yang praktikan telah hitung. Kesalahan juga dapat terjadi
karena praktikkan yang kurang memahami praktikum ataupun teori dasarnya
yang mempengaruhi hasil percobaan.
e) Analisis Grafik
Data yang didapatkan oleh praktikkan bervariasi yang disebabkan oleh
variasi kecepatan angin yan mempengaruhi tegangan yang bervariasi pula. Grafik
gabungan yang dihasilkan dari data pengamatan hampir membentuk garis lurus
pada masing-masing kecepatan anginnya.
Grafik lainnya yang menunjukkan hubungan antara kecepatan angin dan
tegangan, gradien grafik didapatkan melalui persamaan garis lurus yang
didapatkan dengan rumus least square. Pada grafik sumbu x menunjukkan
kecepatan angin yang bervariasi karena kecepatan angin adalah variabel bebas
yang mempengaruhi tegangan yang dihasilkan oleh kawat hotwire. Dan pada
sumbu y menunjukkan variabel terikat yaitu tegangan yang dihasilkan dari proses
pengamatan. Grafik yang menunjukkan hubungan antara kecepatan angin dan
tegangan memiliki gradien negatif (-) dan juga berbelok-belok. Hal ini
memperlihatkan hubungan antara kecepatan angin dan tegangan adalah
kecepatan angin berbanding terbalik dengan tegangan yang dihasilkan.
-
7/27/2019 Laporan R-lab Disipasi Hot Wire Denia Apriliani R.pdf
16/16
VII. Kesimpulan
1. Kecepatan angin mempengaruhi nilai resistansi kawat hotwire sehingga
mempengaruhi tegangan kawat hotwire2. Bila kecepatan angin tidak konstan maka kecepatan angin berbanding
tebalik dengan tegangan pada kawat hotwire
3. Hotwire anemometer adalah salah satu sensor yang dapat digunakan
dalam pengukuran berbagai aliran turbulen, salah satunya adalah aliran
angin
4. Persamaan kecepatan aliran angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire
adalah y=-1073,4x + 2495,2 dengan y adalah tegangan hotwire sedangkan
x adalah kecepatan aliran angin.
VIII. Referensi
1. http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory.html
2. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice
Hall, NJ, 2000.
3. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended
Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
4. Modul Praktikum, (2002), Fisika Dasar I, Laboratorium Fisika Dasar,
Departemen Fisika ITB Bandung