LAPORAN R-LAB

DISIPASI KALOR HOT WIRE

NAMA/NPM : Andikaputra Brahma Widiantoro / 1406607893

FAKULTAS / PRODI : Teknik / Teknik Kimia

GRUP & KAWAN KERJA : GRUP 5

1. Andikaputra Brahma Widiantoro T. Kimia 14

2. Melissa Putri Hidayat T Industri 14

3. Salma Tarizka Noor T. Industri 14

4. Ramadana Guna Prakasa T. Elektro 14

5. Muhamad Ruby Mujakki T Kimia 14

6. Givanny Permata Sari T. Industri 14

7. Egi Aulia Mahendra T. Industri 14

NOMOR & NAMA PERCOBAAN : KR 01 DISIPASI KALOR HOT WIRE

MINGGU PERCOBAAN : PEKAN 1

TANGGAL PERCOBAAN : SELASA, 3 Maret 2015

NAMA ASISTEN :

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

I. Tujuan Percobaan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan yang Digunakan

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Voltmeter dan Amperemeter

3. Camcorder

4. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

5. Fan

6. Adjustable power supply

III. 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 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/Ra

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 0 , 70 , 110 , 150 dan 190

dari daya maksimal 230 m/s.

Gambar 1. Disipasi Kalor Hot Wire

IV. Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dilakukan dengan cara meng-klik tombol rLab di bagian

bawah halaman.

1. Mengaktifkan Web cam. (mengklik icon video pada halaman web r-Lab).

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan mengklik pilihan

drop down pada icon atur kecepatan aliran.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan mengklik radio button pada icon

menghidupkan power supply kipas.

4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik

icon ukur.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 m/s , 110 m/s , 150 m/s , 190

m/s dan 230 m/s.

V. Pengolahan data dan Evaluasi

I. DATA PENGAMATAN

Pada percobaan Disipasi Kalor Hotwire, kecepatan aliran angin yang digunakan

berubah-ubah mulai dari 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230 m/s. Berikut

adalah hasil pengamatan percobaan Disipasi Kalor Hotwire :

i. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 0 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 0 2.112 54.4

2 2 0 2.112 54.4

3 3 0 2.112 54.5

4 4 0 2.112 54.5

5 5 0 2.112 54.4

6 6 0 2.112 54.2

7 7 0 2.112 54.2

8 8 0 2.112 54.0

9 9 0 2.112 54.0

10 10 0 2.112 53.9

Rata-Rata 2,112 54.25

ii. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 70 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 70 2.068 54.7

2 2 70 2.066 54.6

3 3 70 2.065 54.4

4 4 70 2.063 54.4

5 5 70 2.064 54.3

6 6 70 2.064 54.3

7 7 70 2.064 54.3

8 8 70 2.065 54.4

9 9 70 2.065 54.5

0 10 70 2.066 54.6

Rata-Rata 2.065 54.45

iii. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 110 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 110 2.047 54.5

2 2 110 2.048 54.6

3 3 110 2.048 54.8

4 4 110 2.048 55.0

5 5 110 2.048 55.3

6 6 110 2.048 55.5

7 7 110 2.047 55.6

8 8 110 2.049 55.7

9 9 110 2.048 55.5

10 10 110 2.047 55.3

Rata-Rata 2.0478 55.18

iv. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 150 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 150 2.040 55.3

2 2 150 2.040 55.0

3 3 150 2.041 54.8

4 4 150 2.040 54.7

5 5 150 2.040 54.6

6 6 150 2.040 54.6

7 7 150 2.041 54.7

8 8 150 2.040 55.0

9 9 150 2.041 55.2

10 10 150 2.040 55.5

Rata-Rata 2.0403 54.94

v. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 190 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 190 2.036 56.0

2 2 190 2.036 56.0

3 3 190 2.036 55.9

4 4 190 2.035 55.8

5 5 190 2.035 55.8

6 6 190 2.035 55.7

7 7 190 2.036 55.5

8 8 190 2.036 55.5

9 9 190 2.036 55.4

10 10 190 2.036 55.2

Rata-Rata 2.0357 55.68

vi. Tabel Pengamatan Saat Kecepatan Angin 230 m/s

No Waktu Kecepatan Angin V-HW I-HW

1 1 230 2.032 56.1

2 2 230 2.033 55.9

3 3 230 2.033 55.6

4 4 230 2.033 55.4

5 5 230 2.033 55.1

6 6 230 2.032 54.9

7 7 230 2.033 54.8

8 8 230 2.033 54.7

9 9 230 2.033 54.7

10 10 230 2.033 54.9

Rata-Rata 2.0328 55.21

VI.1 Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu

Melalui tabel data pengamatan percobaan Disipasi Kalor Hotwire, kita dapat

membuat grafik hubungan antara tegangan hotwire dengan waktu untuk setiap kecepatan

angin.

a. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran Angin

0 m/s

b. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran

Angin 70 m/s

c. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran Angin

110 m/s

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 0m/s

2.06

2.062

2.064

2.066

2.068

2.07

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 70m/s

d. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran Angin

150 m/s

e. Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran Angin

190 m/s

2.046

2.047

2.048

2.049

2.05

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 110 m/s

2.0395

2.04

2.0405

2.041

2.0415

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 150 m/s

Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu pada Kecepatan Aliran Angin 230 m/s

Dengan menganalisis grafik diatas, persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari

tegangan hotwire dapat diperoleh dengan menggunakan least square dari grafik hubungan

keduanya. Perhitungannya dapat diamati dari tabel berikut:

Tabel Least Square

No Kecepatan Kecepatan (xi)2 (yi)2 xi.yi

2.0345

2.035

2.0355

2.036

2.0365

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 190 m/s

2.0315

2.032

2.0325

2.033

2.0335

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tega

nga

n

waktu

Hubungan Tegangan Hotwire dan Waktu saat Kecepatan Angin 230 m/s

Angin (xi) Rata-rata

(yi)

1 0 2.112 0 4.46054 0

2 70 2.065 4900 4.26422 144.55

3 110 2.0478 12100 4.19348 225.258

4 150 2.0403 22500 4.16282 306.045

5 190 2.0357 36100 4.14407 386.783

6 230 2.0328 52900 4.13227 467.544

Total 750 12.3336 128500 20.89688 1530.18

Kemudian ditentukan hubungan antara kecepatan angin dengan tegangan dengan

menggunakan rumusan persamaan garis:

Dimana nilai m dan c dapat kita tentukan dengan rumus berikut:

= ()

()

=6 1530,18 750 (12,3336)

6 128500 (750)2

=69,12

208500

= ,

=

()

= 128500 12,3336 (750 1530,18)

6 128500 (750)2

=437232,6

208500

= ,

m adalah besarnya gradien dari grafik hubungan antara kecpeatan angin dan tegangan

hotwire dan b adalah faktor penambah. Keduanya merupakan variabel pada persamaan

yang menghubungkan kecepatan angin dengan tegangan.

Dari data di atas, kita mendapatkan persamaan (least square) dari hubungan tegangan dan

Kecepatanangin,dengan kecepatan angin sebagaivariabel bebas x dan tegangan sebagai

variable terikatnya, adalah :

= , ,

Dari data y diatas dapat dicari kesalahan relatif dengan cara :

b= y dengan y =

= 1

6 2 25,4651

128500(12,3599)2 2(750)(12,3599)(1534,07) + 6(1534,07)2

6 128500 750 2

= 81,42216

=

n X2 (X)2

= 0.01146 6

6 128500 (750)2

= 0.000061476

Kesalahan Relatif = b

b x 100%

Kesalahan Relatif = 0.000061476

0,00031417 x 100% = 19,57 %

Maka kesalahan dari perhitungan adalah sebesar b = 0.0000835

Berdasarkan dari berbagai data dan perhitungan yang telah diambil, dapat disimpulkan

bahwa kawat hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan anginkarena

tegangan hot wire mempengaruhi kecepatan angin. Besar tegangan hot wire dan

kecepatan angin berbanding lurus, sehingga semakin kecil tegangan, semakin kecil pula

kecepatan angin, begitu juga sebaliknya.

B. Evaluasi

1. Kawat hot wire dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan angin karena

kecepatan angin akan mempengaruhi tegangan hot wire. Jika kecepatan angin meningkat,

maka tegangan hotwire akan berkurang. Bila hotwire dihembuskan udara maka akan

merubah nilai resistansi kawat sehingga merubah besarnya arus listrik yang mengalir.

Semakin cepat udara yang mengalir maka perubahan nilai resistansi akan semakin besar

dan arus listrik berubah. Hal ini menunjukkan bahwa kawat hotwire bisa dipakai untuk

pengukur kecepatan angin.

2. Analisis dari hasil percobaan ini

a. Analisis Percobaan

Percobaan Disipasi Kalor Hot Wire ini bertujuan untuk menggunakan hotwire

sebagai sensor kecepatan aliran udara. Percobaan ini menggunakan Single Normal Probe.

Pada ujung probe telah diberi tegangan sehingga tercipta energi listrik yang terdisipasi

menjadi energi kalor. Tegangan dan arus yang melewati kawat probe bersifat konstan.

Hal ini karena resistansi kawat probe juga konstan(tidak mengalami perubahan). Setelah

kawat diberi udara dengan kecepatan tertentu, tegangan dan arus mengalami penurunan.

Hal ini diasumsikan karena udara yang memiliki massa dan kecepatan sehingga memiliki

energi kinetik akan menerpa kawat probe dengan gaya yang memiliki besaran tertentu.

Peristiwa ini menyebabkan peristiwa yang mempengaruhi kawat ,tepatnya di

resistansi kawat. Semakin cepat kecepatan angin yang menerpa kawat maka semakin

kecil tegangan pada kawat probe namun sebaliknya arus yang mengali pada kawat

menjadi semakin besar. Pada percobaan ini ditentukan enam kondisi kecepatan angin

yaitu 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, 230 m/s.

b. Analisis Hasil

Dari hasil percobaan Disipasi Kalor Hot Wire, didapatkan perbedaan tegangan hot

wire pada tiap kecepatan aliran angin. Pada kecepatan aliran angin 0 m/s, kecepatan

angin tidak mempengaruhi tegangan hotwire. Namun, saat kecepatan aliran angin yang

diberikan adalah 70 m/s kecepatan angin mempengaruhi tegangan hotwire. Hal ini

dibuktikan pada saat tegangan hot wire mengalami kenaikan dan penurunan tegangan,

begitu pula dengan kecepatan aliran angin lainnya, yaitu 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, 230

m/s. Terlihat pula dari data yang didapatkan dari percobaan disipasi kalor ini makin besar

kecepatan aliran angin yang diberikan maka tegangan pada hotwire akan menurun.

Maka, pada percobaan ini ditegaskan bahwa tegangan hotwire berbanding terbalik

dengan kecepatan aliran udara yang diberikan. Berdasarkan persamaan seharusnya

tegangan dan kecepatan udara saling berbanding lurus, namun kuat arus yang berbanding

lurus dengan kecepatan udara dan mempengaruhi tegangan membuat tegangan

berbanding terbalik dengan kecepatan aliran udara.Kuat arus pada percobaan semakin

meningkat ketika kecepatan yang diberikan semakin besar pula.Inilah yang menyebabkan

tegangan tidak tegak lurus dengan kecepatan aliran udara. Semakin besarnya kecepatan

aliran angin ke hot wire membuat disipasi kalor yang terjadi semakin kecil karena

tegangan dan arus berbanding terbalik dengan kecepatan angin yang dihembuskan,

dengan begitu disipasi juga ikut mengecil karena disipasi kalor sebanding dengan

tegangan dan arus.

Percobaan yang dilakukan mencatat perubahan tegangan dari suatu kecepatan aliran

udara per detik, setiap kecepatan diperlukan sepuluh detik.Dari data percobaan ini

ditunjukkan waktu tidak selalu berbanding lurus dengan tegangan hot wire yang

dihasilkan dari kecepatan aliran udara yang dilakukan. Terjadi beberapa fluktuasi, tidak

ada kepastian tentang hubungan waktu dengan tegangan yang diberikan.

Pada pengolahan data, tegangan dari tiap kecepatan yang ada dijadikan sebuah

rataan agar lebih mudah dalam menggambar grafik hubungan tegangan hot wire dengan

kecepatan aliran udara. Kesalahaan pada percobaan ini relatif lebih kecil bila

dibandingkan jika kita melakukan percobaan secara langsung karena bila secara langsung

masih aka nada kesalahan yang berupa human error. Kesalahan pada percobaan RLab ini

dapat dibuktikan dengan mensubstitusikan tegangan hotwire ke dalam persamaan yang

menyatakan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire. Hal ini terjadi karena

semua sistem dan peralatan telah diatur sedemikian rupa sesuai dengan kondisi realnya.

c. Analisis Grafik

VII.2.1 Hubungan Antara Tegangan dengan Waktu

Pada grafik ini hubungan antara tegangan dengan waktu , kita amati dari

kecepatan 0 s hingga 10 s, tegangan hanya mengalami perubahan yang sangat kecil

sehingga kenaikan dan penurunan grafik sangat kecil. Namun antara kecepatan satu

dengan yang lain, pada kecepatan diawal awal, seperti antara 0 m/s dengan 70 m/s

memiliki jarak yang sangat besar, dimana semakin tinggi kecepatan, jarak antar grafik

semakin kecil.

Semakin lama waktu yang diberikan, maka akan semakin besar tegangan yang

terbaca pada alat. Apabila kita kaitkan dengan persamaan energi untuk mendapatkan

energi kalor dari disipasi energi listrik, kita dapat melihat bahwa besarnya tegangan

berbanding terbalik dengan lamanya waktu. Hal ini sesuai dengan hasil percobaan yang

didapat oleh praktikan bahwa sebagian besar hasil percobaan melalui pemberian

kecepatan angin yang berbeda-beda dalam selang waktu yang lama, akan didapatkan

besar tegangan yang semakin kecil pula.

VII.2.1 Hubungan Antara Tegangan dengan Kecepatan Aliran Udara

Pada grafik hubungan antara tegangan degan kecepatan, dapat dikatakan bahwa

grafik mengalami penurunan. Dapat dikatakan bahwa nilai kecepetan berbanding terbalik

dengan tegangan dan berbanding lurus dengan arus. Dimana semakin kecil nilai

kecepatan maka tegangan semakin besar dan semakin besar kecepatan angin maka

semakin kecil nilai tegangan. Namun, dapat diamati juga bahwa semakin besar kecepatan

angin makan penurunan nilai tegangan semakin kecil sampai mendekati 0. Hal ini

menandakan bahwa grafik memiliki gradien yang bernilai negatif.

Besarnya penurunan tegangan pada setiap pertambahan kecepatan angin tidak

selalu sama. Hal ini dikarenakan kesalahan-kesalahan pengukuran yang mungkin terjadi

saat dilakukannya percobaan. Apabila kita tinjau lebih dalam, tegangan yang terbaca

pada alat menjadi semakin menurun disebabkan karena perubahan arus listrik yang

semakin bertambah. Pertambahan arus listrik ini disebabkan oleh nilai resistansi kawat

yang semakin membesar. Nilai resistansi kawat yang semakin membesar ini sebanding

dengan semakin besarnya kecepatan aliran udara yang mengalir melewati kawat.

VII.3 Analisis Kesalahan

Dalam melaksanakan percobaan, terdapat banyak sekali faktor-faktor yang

menyebabkan kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil percobaan yang diperoleh.

Faktor faktor tersebut adalah :

1. Koneksi internet yang kurang baik. Karena percobaan ini menggunakan internet

sebagai sehingga dalam melakukan percobaan remote ini, praktikan

melakukannya dengan terputus-putus yang membuat pengambilan data untuk

percobaan tidak maksimal.

2. Kesalahan dalam proses penghitungan.

Pada percobaan Disipasi Kalor Hotwire ini, praktikan mendapatkan

kesalahan relative sebesar 19,57 %. Kesalahan relative tersebut dapat terjadi

karena kesalahan pengukuran dan kesalahan penghitungan. Karena percobaan ini

dilakukan dengan cara remote, maka praktikan tidak dapat mengamati secara

langsung dan jelas skala tegangan yang terbaca pada alat.

Referensi

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

NJ, 2000.

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

JohnWiley& Sons, Inc., NJ, 2005.

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