1306392411 KR01 Disipasi Kalor Hot Wire Libre
-
Upload
silva-amanat-t -
Category
Documents
-
view
23 -
download
5
description
Transcript of 1306392411 KR01 Disipasi Kalor Hot Wire Libre
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
Depok
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 )
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.
Faris Muhtadi
2014
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.
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.
Faris Muhtadi
2014
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?
5. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.
Faris Muhtadi
2014
6. Hasil dan Evaluasi
Data dan hasil percobaan
Tabel 1 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 0 m/s
Waktu ( s )
Kecepatan
Angin
( m / s )
Tegangan
( Volt )
Kuat
Arus
( Ampere )
1 0 2.112 54.7
2 0 2.112 54.2
3 0 2.112 53.9
4 0 2.112 55.0
5 0 2.112 53.9
6 0 2.112 54.5
7 0 2.112 54.2
8 0 2.112 53.9
9 0 2.112 55.0
10 0 2.112 53.9
Tabel 2 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 70 m/s
Waktu ( s
)
Kecepatan
Angin ( m/s )
Tegangan
( Volt )
Kuat
Arus
( Ampere)
1 70 2.065 56.5
2 70 2.067 54.1
3 70 2.066 54.8
4 70 2.066 55.8
5 70 2.066 54.0
6 70 2.065 55.2
7 70 2.065 55.5
8 70 2.065 54.0
9 70 2.065 55.7
10 70 2.066 54.7
Faris Muhtadi
2014
Tabel 3 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 110 m/s
Waktu ( s ) Kecepatan
Angin (m/s)
Tegangan
( Volt)
Kuat Arus
( Ampere )
1 110 2.045 56.2
2 110 2.045 54.4
3 110 2.045 54.5
4 110 2.045 56.3
5 110 2.044 56.2
6 110 2.045 54.4
7 110 2.045 54.5
8 110 2.045 56.4
9 110 2.046 56.0
10 110 2.046 54.3
Tabel 4 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 150 m/s
Tabel 5 – Hasil Percobaan dengan Kecepatan Angin v = 190 m/s
Waktu (
s )
Kecepatan
Angin
( m/s )
Tegangan
( Volt )
Kuat
Arus
( Ampere )
1 190 2.034 57.1
2 190 2.034 55.9
3 190 2.034 54.4
4 190 2.034 56.5
5 190 2.034 56.1
Waktu ( s )
Kecepatan
Angin
( m/s )
Tegangan ( Volt )
Kuat Arus
( Ampere)
1 150 2.037 54.6
2 150 2.037 56.8
3 150 2.037 56.2
4 150 2.037 54.4
5 150 2.037 54.9
6 150 2.037 57.1
7 150 2.037 55.4
8 150 2.038 54.3
9 150 2.037 55.9
10 150 2.037 56.7
Faris Muhtadi
2014
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 (
s )
Kecepatan
Angin ( m/s )
Tegangan
( Volt )
Kuat Arus
( Ampere )
1 230 2.032 56.2
2 230 2.032 57.0
3 230 2.032 54.6
4 230 2.032 55.1
5 230 2.032 57.5
6 230 2.032 55.1
7 230 2.032 54.5
8 230 2.032 56.7
9 230 2.032 56.6
10 230 2.032 54.4
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
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan
Angin v = 0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TEgangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 1
Tegangan
Faris Muhtadi
2014
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
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan
Angin v = 150
2.064
2.065
2.066
2.067
2.068
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 2
Tegangan
2.043
2.044
2.045
2.046
2.047
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 3
Tegangan
Faris Muhtadi
2014
Grafik 5
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan
Angin v = 190
Grafik 6
Hubungan Tegangan ( Volt ) dengan Waktu ( s ) pada Kecepatan
Angin v = 230
2.0365
2.037
2.0375
2.038
2.0385
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 4
Tegangan
2.0325
2.033
2.0335
2.034
2.0345
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 5
Tegangan
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan ( V )
Waktu ( s )
Gra1ik 6
Tegangan
Faris Muhtadi
2014
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
70 2.0656
110 2.0451
150 2.0371
190 2.0339
230 2.0320
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 :
Kecepatan Angin
( m/s ) Tegangan ( Volt ) X
2 Y
2 xy
0 2.112 0 4.460544 0
70 2.0656 4900 4.26670336 144.592
1.95
2
2.05
2.1
2.15
0 70 110 150 190 230 Rata ‐ Rata Tegangan
( Volt )
Kecepatan Angin ( m/s )
Gra1ik
Rata ‐ Rata Tegangan
Faris Muhtadi
2014
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
dari hubungan antara kecepatan aliran angin dengan tegangan adalah :
Faris Muhtadi
2014
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
least square menunjukkan persamaan antara kecepatan aliran angin
Faris Muhtadi
2014
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
Seperti yang telah dinyatakan dalam bagian analisis
percobaan dan hasil. Grafik ini menyatakan bahwa semakin besar
aliran angin yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan
Faris Muhtadi
2014
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
• Sensor Hot Wire sering digunakan untuk mengukur fluida
Faris Muhtadi
2014
• 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.
o Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th
Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Faris Muhtadi
2014
LAMPIRAN
Praktikum dilakukan pada hari Kamis tanggal 18 Maret 2014
Lampiran 1 (Tabel Data rLab)
No Wakt
u
Kec
Angin V-HW
I-
HW
1 1 0 2.112 54.7
2 2 0 2.112 54.2
3 3 0 2.112 53.9
4 4 0 2.112 55.0
5 5 0 2.112 53.9
6 6 0 2.112 54.5
7 7 0 2.112 54.2
8 8 0 2.112 53.9
9 9 0 2.112 55.0
10 10 0 2.112 53.9
11 1 70 2.065 56.5
12 2 70 2.067 54.1
13 3 70 2.066 54.8
14 4 70 2.066 55.8
15 5 70 2.066 54.0
16 6 70 2.065 55.2
17 7 70 2.065 55.5
18 8 70 2.065 54.0
19 9 70 2.065 55.7
20 10 70 2.066 54.7
21 1 110 2.045 56.2
22 2 110 2.045 54.4
23 3 110 2.045 54.5
24 4 110 2.045 56.3
25 5 110 2.044 56.2
26 6 110 2.045 54.4
27 7 110 2.045 54.5
28 8 110 2.045 56.4
29 9 110 2.046 56.0
30 10 110 2.046 54.3
31 1 150 2.037 54.6
32 2 150 2.037 56.8
Faris Muhtadi
2014
33 3 150 2.037 56.2
34 4 150 2.037 54.4
35 5 150 2.037 54.9
36 6 150 2.037 57.1
37 7 150 2.037 55.4
38 8 150 2.038 54.3
39 9 150 2.037 55.9
40 10 150 2.037 56.7
41 1 190 2.034 57.1
42 2 190 2.034 55.9
43 3 190 2.034 54.4
44 4 190 2.034 56.5
45 5 190 2.034 56.1
46 6 190 2.034 54.4
47 7 190 2.034 56.5
48 8 190 2.034 56.0
49 9 190 2.033 54.4
50 10 190 2.034 56.6
51 1 230 2.032 56.2
52 2 230 2.032 57.0
53 3 230 2.032 54.6
54 4 230 2.032 55.1
55 5 230 2.032 57.5
56 6 230 2.032 55.1
57 7 230 2.032 54.5
58 8 230 2.032 56.7
59 9 230 2.032 56.6
60 10 230 2.032 54.4
Faris Muhtadi
2014