KR 01 Angelina 1406533522 Teknologi Bioproses Grup 3

8/17/2019 KR 01 Angelina 1406533522 Teknologi Bioproses Grup 3

1/30

Laporan Praktikum R-LAB

Fisika Dasar

Nama : Angelina

NPM : 1406533522

Fakultas/Jurusan : Teknik/ Teknologi Bioproses

Grup : A3

No dan Nama Percobaan : KR01 - Disipasi Kalor Hotwire

Minggu Percobaan : 2

Tanggal Percobaan : Jumat, 6 Maret 2015

Laboratorium Fisika Dasar

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP IPD)

Universitas Indonesia

Depok


2/30

Disipasi Kalor Hot Wire

I. Tujuan Percobaan

-

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

II. Peralatan

- Kawat pijar (hotwire)

- Fan / Kipas

- Voltmeter dan Amperemeter

- Adjustable power supply

-

Camcorder / Webcam

- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Energi dapat didefinisikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan usaha. Bumi,

sebagai tempat tinggal manusia memiliki banyak sekali sumber energi, dari energi yang

terbarukan terbarukan sampai dengan energi yang tak terbarukan. Energi terbarukan

merupakan jenis energi yang tidak habis bila dikonsumsi secara kontinu oleh manusia.

Contoh dari sumber energi terbarukan adalah angin, matahari, air, dan sebagainya.

Sedangkan, sumber energi yang tidak terbarukan adalah jenis energi yang akan habis bila

dikonsumsi secara kontinu, seperti energy fosil (minyak dan gas bumi) dan batu bara.

Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Seringkali perubahan energi

melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lainnya, dan diiringi dengan adanya

kerja. Namun, jika energi tersebut dipindahkan atau diubah, namun ternyata tidak ada energi

yang hilang pada proses tersebut, maka ini merupakan hukum kekekalan energi, yang

berbunyi :

“Energi total tidak berkurang dan juga tidak bertambah pada proses apa pun. Energi dapat

diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, dan dipindahkan dari satu benda ke benda

lainnya, tetapi jumlah totalnya tetap konstan.”

E awal = E akhir


3/30

Menurut hukum kekekalan energi, energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi

energi dapat diubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Contoh konversi

energi atau perubahan energi adalah energi air pada air terjun diubah menjadi energi listrik

dalam PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), energi kimia dalam tubuh yang berasal dari

bahan makanan diubah menjadi energi gerak ketika kita berlari, dan energi listrik yang

mengalir pada lampu akan diubah menjadi energi cahaya.

Kalor didefinisikan sebagai panas yang dimiliki suatu zat. Panas merupakan energi

yang ditransfer dari suatu benda ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur. Bila

energi panas ditambahkan pada suatu zat, maka temperatur zat itu akan naik, kecuali ketika

sedang terjadi perubahan fasa pada zat tersebut. Untuk membuktikan bahwa suatu benda

memiliki panas, dapat dilakukan pengukuran suhu benda tersebut. Jika suhu benda tinggi,

maka benda tersebut memiliki kalor yang tinggi, dan sebaliknya.

Energi kalor adalah suatu kemampuan yang digunakan untuk menghasilkan usaha

yang berupa panas (kalor). Sedangkan, definisi dari kalor tersebut adalah suatu bentuk energi

yang diakibatkan karena adanya perbedaan suhu dan kalor mengalir dari benda yang

memiliki suhu tinggi ke benda yang memiliki suhu rendah. Hal ini dinamakan transfer kalor

untuk mendapatkan suhu dalam keadaan setimbang dari kedua benda tersebut.

Panas dapat bergerak dari suatu tempat ke tempat yang lain karena adanya perbedaan

suhu diantara tempat tersebut, dan bergerak melalui benda padat, cair maupun gas. Jadi,

perbedaan panas merupakan syarat terjadinya perpindahan kalor. Dalam prosesnya,

perpindahan panas dibedakan dalam beberapa cara, yaitu secara konduksi, konveksi dan

radiasi. Perpindahan panas yang ideal, artinya panas yang dipindahkan dari bahan satu dapat

dipindahkan seluruhnya ke bahan yang lain tanpa ada panas yang hilang. Perbedaan suhu

yang menyebabkan terjadinya perpindahan panas bisa terjadi karena ada pemanasan atau

pendinginan dari salah satu benda yang berinteraksi. Pemanasan berarti pengaktifan getaran

molekul, sedangkan pendinginan adalah pengurangan gerakan molekul dalam suatu bahan.

Perpindahan panas dapat memberikan manfaat yang besar bagi makhluk hidup maupun benda

mati, namun ada juga hal-halyang merugikan bagi makhluk hidup maupun benda mati seperti

kanker kulit, pelapukan, korosi, pemuaian, dan lain lain.

Kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad

kedelapan belas, istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph black pada tahun1760 merupakan orang pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu


4/30

adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh termometer, sedang kalor

adalah sesuatu yang mengalir dari benda panas ke benda lebih dingin untuk menyamakan

suhunya. Suhu sesungguhnya adalah ukuran energi kinetik rata-rata partikel (berkaitan

dengan gerak partikel-partikel) dalam suatu benda. Sedangkan dalam fisika, istilah kalor

selalu menngacu pada energi yang berpindah dari suatu benda lainnya karena perbedaan

suhu. Begitu proses perpindahan energi ini berhenti, maka kalor tidak lagi memiliki arti. Jadi,

kalor bukanlah jumlah energi yang dikandung dalam suatu benda.

Suatu satuan yang umum untuk kalor, masih digunakan sampai sekarang, dinamakan

kalori. Satuan ini disebut kalori (kal) dan didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat Celcius. Secara kuantitatif, kerja 4,186

Joule (J) ekivalen dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai ini dikenal dengan tara kalor mekanik.

Kalor pertama kali diamati oleh A. Laouvisier yang kemudian menyatakan Teori

Kalorik, sebuah teori dasar yang menerangkan keberadaan kalor. Teori ini menyatakan :

“Setiap zat/ benda mempunyai zat alir yang berfungsi untuk mentransfer panas.” Jadi,

Lavoisier menyatakan bahwa pada saat dua benda/ zat berbeda suhu bersentuhan, maka akan

terdapat zat alir yang memindahkan panas dan menyebabkan perubahan suhu pada kedua

benda tersebut. Teori Kalorik tidak dapat menerangkan mengapa benda yang dijemur akan

menjadi panas meskipun tidak bersentuhan dengan benda lain, dan masih banyak kasus yang

tidak dapat dijelaskan oleh teori ini. Sampai akhirnya, para ilmuwan sadar bahwa kalor itu

sebenarnya adalah sebuah bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda ke benda lain

dan menyebabkan perubahan suhu pada keduanya.

Dalam topik kalor, terdapat sebuah istilah yang bernama kerja kalor. Kerja kalor

merupakan suatu kerja sistem. Kerja kalor yang terjadi pada suatu benda ini dinamakan

“melepas” dan “menerima” kalor. Pada benda, dikenal dengan istilah sistem dan lingkungan,

di mana sistem itu adalah sebuah atau sekumpulan objek yang ditinjau yang merupakan

tempat terjadinya suatu reaksi. Sedangkan, lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di

luar sistem yang bersifat persuasif. Jadi, pengertian dari “melepas“ kalor adalah adanya suatu

perpindahan panas dari sistem ke lingkungan. Sedangkan, pengertian “menerima“ kalor

adalah adanya suatu perpindahan panas dari lingkungan menuju sistem.

Salah satu alat yang terus dikembangkan adalah alat yang digunakan untuk alat

sensor pengukur kecepatan dari angin atau kecepatan dari aliran udara turbulen, yang manadapat diukur dengan menggunakan prinsip dasar dari percobaan hotwire. Percobaan hotwire


5/30

ini dilakukan untuk melihat hubungan antara kecepatan angin dengan besarnya tegangan

yang diberikan. Lalu, dari percobaan hotwire ini akan dihasilkan energi kalor yang berasal

dari konversi energi listrik, yang mana energi listrik ini dihasilkan dari suatu daya listrik

yang dihubungkan dengan tegangan listrik. Jadi, percobaan hotwire ini juga dilakukan untuk

mempelajari mengenai disipasi kalor. Disipasi kalor adalah kegiatan mengecek atau

mengukur kalor yang teramati dalam percobaan dengan menggunakan sensor, yang mana

sensor ini merupakan fungsi dari hotwire itu sendiri.

Jenis sensor yang banyak digunakan adalah hotwire anemometer. Sistem hotwire

anemometer memiliki spesifikasi khusus, seperti menggunakan single normal hotwire probe.,

DISA 55M01 main unit, 55M11 CTA booster adapter, dan 55M05 power pack.

Dalam percobaan ini, hotwire probe dioperasikan dalam suatu mode suhu konstan

agar dapat merespon frekuensi yang lebih tinggi. Dalam mode suhu konstan ini, resistansi

kawat Rw juga dipertahankan konstan untuk memfasilitasi respon instantaneous dari inersia

termal sensor terhadap berbagai perubahan dalam kondisi aliran. Sebelum digunakan dalam

pengukuran aliran, hotwire anemometer dikalibrasi untuk menentukan persamaan respon

kalibrasi, yang menyatakan hubungan antara tegangan kawat (wire voltage, E) dengan

kecepatan referensi (reference velocity, U).

Hot wire anemometers menggunakan kawat yang sangat halus dan sangat tipis dengan

ketebalan hanya beberapa micrometer saja. Lalu, kawat dipanaskan hingga mencapai suhu di

atas suhu ambien. Udara yang mengalir melewati kawat akan mendinginkan kawat. Karena

hambatan listrik pada logam bergantung pada suhu logam tersebut, maka dapat diperoleh

hubungan antara hambatan listrik dari kawat dengan kecepatan arus.

Beberapa cara penerapannya, dan perangkat hotwire lebih lanjut dapat

diklasifikasikan sebagai CCA (Constant-Current Anemometer ), CVA (Constant-Voltage

Anemometer ) dan CTA (Constant-Voltage Anemometer ). Dengan tegangan output dari

berbagai anemometer ini, maka akan didapatkan hasil berupa beberapa jenis sirkuit dalam

perangkat untuk menjaga variable tertentu berupa tegangan atau suhu, agar tetap konstan.

Selain itu, PWM ( pulse-width modulation) anemometers juga digunakan, dimana kecepatan

dipengaruhi waktu dari pulsa berulang, yang mana pulsa ini membawa kawat hingga pada

tingkat hambatan tertentu, kemudian berhenti sampai pada ambang bawah tercapai, yaitu saat

yang pulsa dikirim kembali.


6/30

Sebuah probe dengan tipe sensor

hotwire harus memiliki dua karateristik

agar dapat menjadi alat yang berguna,

yaitu memiliki koefisien resistansi pada

temperatur yang tinggi dan probe

merupakan sebuah resistansi elektrik yang

dapat dengan mudah dipanaskan oleh arus

elektrik pada tegangan dan arus tertentu.

Material yang paling umum adalah tungsten, pencampuran platinum-iridium. Alat

berbahan dasar tungsten sangat kuat dan memiliki koefisien resistansi pada suhu tinggi

(0.004/o

C). Namun, tungsten tidak dapat digunakan pada suhu tinggi pada beberapa gas

karena mudah teroksidasi. Platinum memiliki ketahanan oksidasi yang bagus (0.003/oC), tapi

sangat lemah terhadap suhu yang tinggi. Alat dengan bahan platinum-iridium terdapat di

tengah-tangah tungsten and platinum dengan ketahanan terhadap oksidasi yang bagus dan

juga memilki kekuatan yang lebih bagus dari platinum, namun memilki koefisien temperatur

resistansi yang rendah (0.00085/oC). Tungsten lebih disukai sebagai material dari hotwire.

Lapisan platinum biasnya dilakukan untuk meningkatkan ikatan antara akhir plat dengan

jarum pendukung.

Sensor udara atau air mass censor bertugas menghitung massa & suhu udara yang

masuk. Ada 2 tipe air mass, yaitu hotwire air mass dan hot film airmass. Sinyal dari air mass

ini akan dihitung oleh ECU untuk menentukan siklus kontrol tergantung dari beban mesin

dan kecepatan, seperti siklus waktu atau lamanya injeksi bahan bakar. Debu yang

menutupinya akan membuat kalkulasi beban mesin menjadi tidak akurat. Jika air mass tidak

memberi sinyal ke ECU, maka ECU akan mengandalkan sinyal dari throttle valve. Kerusakan

pada sensor ini biasanya menyebabkan mesin susah melakukan start sehingga menjadi sering

mati.

Beberapa nilai dari kalibrasi yang dapat digunakan adalah persamaan simple power

l aw dan persamaan extended power law yang dapat digunakan dalam konversi energi listrik

yang dihasilkan. Nilai dari keakurasian ini berasal dari suatu nilai maksimal dan minimal

curve vit , yang merupakan metode yang dapat digunakan dalam pengukuran dari nilai

kalibrasi, dengan menggunakan nilai optimum yang ada. Keakurasian curve fit ini dapat

diperoleh dari persamaan simple power law yang dengan rentang kecepatan yang berbeda-

beda untuk menghasilkan nilai optimum dengan konstanta pangkat nilai optimum. Nilai ini


7/30

ditemukan oleh seorang peneliti yang bernama King dengan nilai optimumnya adalah sebesar

0,5.

King (1914) menggunakan rentang kecepatan exit moderat dari 10 – 20 meter /detik ,

sedangkan Collis dan Williams (1959) menyarankan nilai optimum konstanta pangkat sebesar

0.45 dengan rentang 0.02 - 44 untuk menghasilkan suatu curve fit yang baik. Berbeda dengan

para peneliti sebelumnya, Bruun (1976) dan Swaminathan (1983) menyarankan nilai

optimum sebesar 0.4 – 0.45 pada kecepatan exit moderat tersebut digunakan untuk persamaan

simple power law. Selanjutnya, penelitian yang dilakukan oleh Bruun dan Tropea (1985)

menjelaskan bahwa persamaan extended power law tidak mampu memberikan suatu curve fit

yang lebih akurat dibandingkan curve fit dari persamaan simple power law bahkan untuk

suatu rentang kecepatan exit yang besar.

Dengan mempertimbangkan permasalahan pemilihan persamaan respon kalibrasi

untuk rentang kecepatan exit yang berbeda-beda tersebut, diuji keakurasian curve fit kedua

persamaan respon tersebut dengan suatu rentang kecepatan exit yang lebih besar. Selanjutnya,

hasil pengujian yang diperoleh digunakan sebagai referensi pemilihan persamaan respon

kalibrasi yang tepat dalam pengukuran aliran jet terpulsasi. Lebih jauh, peningkatan akurasi

persamaan respon yang dipilih dapat dilakukan dengan menggunakan metode look-up table.

Parameter-parameter yang dievaluasi meliputi normalized standard deviation dan sum of

errors squared (SES). Kalibrasi dilakukan pada single normal hotwire probe untuk

pengukuran kecepatan satu komponen (axial velocity).

Persamaan simple power-law dinyatakan dalam bentuk :

E2 = A + BU

dimana A dan B merupakan konstanta-konstanta kalibrasi, E merupakan tegangan kawat, n

merupakan konstanta pangkat, dan U merupakan komponen kecepatan aksial. Sedangkan

persamaan extended power law dinyatakan dalam bentuk :

E2 = A + (BU) n + CU

dimana A, B, dan C adalah konstanta-konstanta kalibrasi dan n = 0.5

Hotwire merupakan sensor yang digunakan untuk memberikan informasi tentang

kecepatan aliran udara. Ada berbagai macam jenis hotwire dan setiap jenisnya memiliki

kepekaan yang berbeda terhadap kecepatan aliran udara. Untuk percobaan disipasi kalor

hotwire ini, praktikan menggunakan hotwire jenis single normal probe. Alat ini terdiri dari

sebuah kawat logam pendek yang halus yang disatukan pada dua kawat baja yang dipanasi


8/30

dengan arus listrik dan bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas konveksi. Masing-

masing ujung probe dihubungkan ke sebuah sumber tegangan.

Prinsip kerja dari alat ini adalah 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. Jadi, semakin besar arus listrik yang mengalir, semakin lama arus listrik itu

mengalir dan semakin besar tegangan dari listrik pada hot wire maka akan semakin besar

energi listrik yang dihasilkan dan akan semakin banyak pula energi panas hasil dari disipasi

energi listrik menjadi energi kalor. Sesuai dengan rumus seperti berikut:

W=V I ∆T

dimana:

W = energi listrik (Joule)

V = tegangan listrik (Volt)

I = arus listrik (Ampere)

∆T = perbedaan waktu (sekon)

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 =

Dimana :

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

Prinsip Kerja dalam hotwire


9/30

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. Tegangan kawat pada temperatur

ambient dan tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan kecepatan yang dihasilkan oleh

kipas angin merupakan dua komponen yang dapat membandingkan kecepatan tersebut.

Kecepatan aliran udara dapat divariasikan dengan tujuan praktikan mendapatkan variasi data.

Kecepatan aliran ini akan menyebabkan resistensi yang berbeda-beda pula.

Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik.

Voltmeter biasanya disusun secara paralel (sejajar) dengan sumber tegangan atau peralataan

listrik. Cara memasang voltmeter adalah dengan menghubungkan ujung sumber tegangan

yang memiliki potensial lebih tinggi (kutub positif) harus dihubungkan ke terminal positif

voltmeter,dan ujung sumber tegangan yang memiliki potensial lebih rendah (kutub negatif)

harus dihubungkan ke terminal negatif voltmeter. Biasanya voltmeter digunakan untuk

mengukur sumber tegangan seperti baterai, elemen Volta, atau aki.

Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial

(dinyatakan dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda potensial

akan semakin besar pula arus yang mengalir. Perlu dicatat bahwa beda potensial diukur

antara ujung-ujung suatu konduktor. Namun kadang-kadang kita berbicara tentang potensial

pada suatu titik tertentu. Dalam hal ini kita sebenarnya mengukur beda potensial pada titik

tersebut terhadap suatu titik acuan tertentu. Sebagai standar titik acuan biasanya dipilih titik

tanah (ground).

Baterai ini mempunyai energi kimia yang siap diubah menjadi energi listrik. Jika

baterai tidak digunakan, maka tidak ada energi yang dilepas, tapi perlu diingat bahwa

potensial dari baterai tersebut ada di sana. Hampir semua baterai memberikan potensial)

yang hampir sama, walaupun arus dialirkan dari baterai tersebut.

Jika sebuah tegangan V dikenakan pada sebuah hambatan R maka besarnya arus yang

mengalir adalah V = I.R, dimana :

I = arus listrik (Ampere)


10/30

V = tegangan listrik (Volt)

R = hambatan listrik (Ohm)

IV. Prosedur Percobaan

1. Mengaktifkan Web cam dengan cara meng”klik” icon video yang terdapat pada halaman

web r-Lab.

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s sebagai awal dari percobaan untuk

memperoleh data keadaan awal dari alat-alat praktikum, dengan meng”klik” pilihan drop

down pada icon “atur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” 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 , 110 , 150 , 190 dan 230 m/s.

Gambar Prosedur Percobaan Disipasi Kalor hotwire:


11/30

V. Data Hasil Pengamatan

Data hasil percobaan yang diperoleh berdasarkan eksperimen yaitu:

Tabel Data Percobaan Disipasi Kalor Hotwire

Waktu (s) Kecepatan Angin (m/s) V-HW (Volt) I-HW (Ampere)

1 0 2.113 54.3

2 0 2.113 54.0

3 0 2.112 53.9

4 0 2.113 54.2

5 0 2.113 54.4

6 0 2.113 54.3

7 0 2.112 54.08 0 2.113 53.9

9 0 2.113 54.1

10 0 2.113 54.4

1 70 2.080 54.3

2 70 2.079 54.7

3 70 2.079 55.0

4 70 2.080 54.8

5 70 2.080 54.3

6 70 2.079 54.2

7 70 2.081 54.3

8 70 2.080 54.7

9 70 2.080 55.0

10 70 2.079 54.7

1 110 2.063 54.5

2 110 2.063 55.0

3 110 2.063 55.3

4 110 2.064 54.9

5 110 2.063 54.4

6 110 2.063 54.3

7 110 2.063 54.7

8 110 2.063 55.2

9 110 2.063 55.3

10 110 2.062 54.8

1 150 2.056 54.5

2 150 2.056 55.0

3 150 2.056 55.4

4 150 2.056 55.1

5 150 2.056 54.66 150 2.056 54.4


12/30

VI. Pengolahan Data dan Jawaban Tugas Pendahuluan

Dari data percobaan, dengan mengubah kecepatan aliran udara, maka kita akan

memperoleh grafik hubungan antara tegangan hotwire dengan waktu untuk setiap

kecepatan aliran udara. Selain itu, kita juga dapat memperoleh hubungan antara

tegangan hotwire dengan kecepatan aliran angin pada tiap detiknya. Kita juga

dapat menghitung persamaan garis sebagai literatur sebab dalam percobaan ini

pun dapat terjadi kesalahan-kesalahan relatif terhadap literatur.

1. Membuat grafik yang menggambarkan hubungan tegangan hotwire dengan

waktu untuk tiap kecepatan aliran udara berdasarkan data yang didapat.

a. Kecepatan 0 m/s

7 150 2.057 54.8

8 150 2.056 55.3

9 150 2.056 55.4

10 150 2.056 54.8

1 190 2.051 54.72 190 2.051 54.5

3 190 2.051 54.8

4 190 2.051 55.3

5 190 2.051 55.6

6 190 2.052 55.1

7 190 2.051 54.6

8 190 2.051 54.5

9 190 2.051 54.8

10 190 2.051 55.4

1 230 2.049 54.9

2 230 2.049 54.5

3 230 2.049 54.8

4 230 2.048 55.4

5 230 2.049 55.6

6 230 2.048 55.1

7 230 2.049 54.6

8 230 2.048 54.7

9 230 2.048 55.4

10 230 2.049 55.6


13/30

b. Kecepatan 70 m/s

c. Kecepatan 110 m/s

y = 1E-05x + 2.1127

2.1114

2.1116

2.1118

2.112

2.1122

2.1124

2.1126

2.11282.113

2.1132

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)

Hubungan Tegangan Hotwire dengan Waktu

V-HW

Linear (V-HW)

y = 3E-05x + 2.0795

2.078

2.0785

2.079

2.0795

2.08

2.0805

2.081

2.0815

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)


V-HW

Linear (V-HW)


14/30

d. Kecepatan 150 m/s

e. Kecepatan 190 m/s

y = -7E-05x + 2.0634

2.061

2.0615

2.062

2.0625

2.063

2.0635

2.064

2.0645

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)


V-HW

Linear (V-HW)

y = 2E-05x + 2.056

2.0554

2.0556

2.0558

2.056

2.0562

2.0564

2.0566

2.0568

2.057

2.0572

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)


V-HW

Linear (V-HW)


15/30

f. Kecepatan 230 m/s

2. Membuat grafik yang menggambarkan hubungan tegangan hotwire dengan

kecepatan aliran angin berdasarkan pengolahan data di atas.

y = 6E-06x + 2.0511

2.0504

2.0506

2.0508

2.051

2.0512

2.0514

2.0516

2.0518

2.052

2.0522

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)


V-HW

Linear (V-HW)

y = -6E-05x + 2.0489

2.0474

2.0476

2.0478

2.048

2.0482

2.0484

2.0486

2.0488

2.049

2.0492

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T e g a n g a n (

v o l t )

Waktu (s)


V-HW

Linear (V-HW)


16/30

Praktikan memilih data sampel yang digunakan sebanyak 5 buah waktu (dalam

satuan detik) untuk melihat bagaimana grafik hubungan tegangan dengan

kecepatan aliran angin yang dihasilkan.

a. Keadaan saat waktu 1 detik

Untuk mencari persamaan garisnya, dapat dilakukan dengan sistem least square,

sehingga akan didapat persamaan y = bx + a. Dengan menganggap x adalah kecepatan

aliran udara pada percobaan hot wire dan y adalah besarnya tegangan yang dihasilkan

untuk tiap kecepatan aliran udara yang berbeda-beda, maka perhitungan least

squarenya adalah :

Diperoleh, persamaan garis linearnya yang juga merupakan suatu persamaan

kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan, yaitu y = – 0.00028x + 2.103235


17/30

b.

Keadaan saat waktu 2 detik





squarenya adalah :

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

T e g a n g a n (

v o l t )

Kecepatan Aliran Angin (m/s)

Hubungan Tegangan Hotwire dengan

Kecepatan Aliran Angin

V-HW

Linear (V-HW)


18/30



c. Keadaan saat waktu 3 detik




2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

T e g a n g a n (

v o l t )




V-HW

Linear (V-HW)


19/30


squarenya adalah :



2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

T e g a n g a n (

v o l t )




V-HW

Linear (V-HW)


20/30

d. Keadaan saat waktu 4 detik





squarenya adalah :




21/30

e.

Keadaan saat waktu 5 detik





squarenya adalah :

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

T e g a n g a n (

v o l t )




V-HW

Linear (V-HW)


22/30



3. Membuat persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari tegangan hotwire

Dari data diatas, bisa ditentukan nilai gradien m (bisa ditulis dengan b) dengan rumus

sebagai berikut:

2

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

0 70 110 150 190 230

T e g a n g a n (

v o l t )




V-HW

Linear (V-HW)


23/30

Nilai konstanta (a) dapat juga ditentukan dari data tersebut dengan rumus berikut:

Maka, persamaannya menjadi y = -0.000276x + 2.103088

Untuk menghitung kemungkinan kesalahan yang terjadi, dapat menggunakan

perbandingan antara nilai gradien (m) dengan rata-rata perubahan gradien (Δm). Nilai

Δb didapat dari rumus :

Untuk menyelesaikan persamaan tersebut, dibutuhkan nilai Δy yang didapatkan dari

rumus berikut :

4. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat, apakah kita dapat

menggunakan kawat Hotwire sebagai pengukur kecepatan angin?


24/30

Dari hasil percobaan dan perhitungan pada bagian pengolahan data, ternyata

kawat hot wire dapat digunakan sebagai alat pengukur kecepatan angin yang

mengenai pada kawat tersebut. Menurut persamaan tegangan, hotwire akan

menghasilkan energi listrik, yang mana energi listrik ini akan didisipasi menjadi

energi kalor, sehingga kawat akan menjadi panas. Daya pada kawat yang

menghasilkan energi listrik ini akan berbanding lurus dengan kenaikan dari tegangan,

arus dan perubahan suhu, sesuai persamaan :

P = v . i . Δt

Dimana :

P = daya (Watt)

V = tegangan (Volt)

I = kuat arus (Ampere)

Δt = perubahan suhu (OCelcius)

Bila tegangan listrik semakin besar, maka energi listrik yang dihasilkan juga

akan semakin besar, sehingga energi kalor yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Pada grafik di bagian sebelumnya, kita dapat melihat bahwa grafik yang dihasilkan

menunjukkan penurunan tegangan seiring dengan pertambahan kecepatan angin. Hal

ini disebabkan karena energi kalor yang dihasilkan dari energi listrik mengalami

disipasi. Lalu, adanya angin yang bertiup makin kuat akan menurunkan suhu pada

kawat hotwire. Resistansi kawat hotwire akan bertambah seiring dengan pertambahan

kecepatan angin. Nilai resistansi yang semakin bertambah ini akan menurunkan daya

dari energi listrik, sehingga tegangan juga akan turun. Akibatnya, energi kalor yang

dihasilkan juga akan berkurang.

Persamaan hubungan antara resistansi kawat pada suhu tertentu yang

diberikan dari energi listrik dapat dinyatakan dalam overheat ratio, yaitu :

Overheat ratio =

Dimana :

Rw = resistansi kawat pada suhu operasi saat mendapat hembusan udara

Ra = resistansi kawat pada suhu ambien atau suhu ruangan


25/30

Dengan menggunakan persamaan-persamaan garis yang tertera pada jawaban

soal di nomor sebelumnya, maka kita dapat mengukur kecepatan angin berdasarkan

penambahan tegangan hotwire.

VII. Analisis

1. Analisa Percobaan

Percobaan disipasi kalor hotwire bertujuan untuk menentukan hubungan antara

kecepatan angin yang melalui kawat hotwire dengan tegangan yang mengalir pada

kawat. Percobaan disipasi kalor ini dilakukan secara online dengan menggunakan

fasilitas remote lab (RLAB) yang diselenggarakan oleh UPP-IPD di Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia.

Mula-mula, praktikan melakukan log-in di website www.sitrampil.ui.ac.id.

Setelah login kedalam RLAB, praktikan dapat melakukan percobaan dengan

mengklik link video untuk mengaktifkan webcam yang ada di labolatorium dan

melihat alat yang sesungguhnya bekerja. Peralatan diatur sedemikian rupa,

sehingga kawat hotwire terletak di dalam tabung dan dirangkai amperemeter danvoltmeter untuk mengukur tegangan serta arus listrik pada kawat. Percobaan ini

pada awalnya dilakukan dengan cara mengatur terlebih dahulu kecepatan angin

yang diberikan pada percobaan tersebut. Kecepatan angin yang diberikan akan

menjadi variabel bebas yang berubah-ubah sesuai dengan alat yang akan kita ukur.

Kecepatan angin dapat diatur dengan memilih kecepatan yang diinginkan pada

pilihan drop down.

Setelah kipas angin dinyalakan dan menghasilkan aliran udara pada kawat

hotwire, tunggu beberapa saat untuk menstabilkan aliran udara dalam tabung.

Kemudian mengklik tombol ukur untuk mendapat 10 data dari detik pertama

sampai detik kesepuluh. Percobaan ini dimulai dengan mengukur tegangan yang

terdapat pada hotwire dengan memberikan kecepatan udara 0 m/s atau tidak

memberikan aliran udara. Hal ini bertujuan untuk memperoleh data awal

praktikum. Setelah itu percobaan dilanjutkan dengan memberikan kecepatan

aliran udara yang berbeda-beda yaitu 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, dan 230


26/30

m/s. Hal tersebut bertujuan untuk memperoleh variasi data. Percobaan dapat

dilakukan berulang kali jika dirasa belum mendapat data yang akurat. Setelah

selesai melakukan percobaan, data yang diperoleh dapat diamnbil dengan

mengklik link data, dan mendownloadnya. Untuk melihat grafik yang telah

dicapai dapat mengklik link grafik yang ada.

Pada saat dilakukan percobaan jika diamati ada beberapa hal yang terjadi. Pada

saat kecepatan angin 0 m/s pada video terlihat suhu dari alat. Suhu dari alat tidak

berubah. Hal ini menunjukkan bahwa ruangan tersebut memiliki suhu konstan.

Tetapi pada saat ada kecepatan angin, tampak adanya penurunan suhu. Ini

menunjukkan bahwa adanya angin akan memberikan pengaruh turunnya suhu

pada alat.

Setelah percobaan dilakukan, hasil yang didapat pada percobaan dengan

kecepatan angin nol adalah berupa tegangan dan arus listrik yang dihubungkan

dengan daya listrik, dimana daya sebanding dengan perubahan energi kalor yang

akan didisipasi oleh kecepatan angin. Tegangan listrik akan berkurang seiring

dengan kecepatan angin yang semakin bertambah karena penambahan kecepatan

angin akan memberikan resistansi energi listrik yang semakin besar, sehingga

daya listrik dan energi kalor yang dihasilkan akan berkurang.

Setelah diberikan kecepatan angin, ternyata tegangan yang tercatat pada

percobaan lebih kecil jika dibandingkan dengan saat kecepatan angin 0 m/s. Hal

ini disebabkan karena adanya angin akan memperbesar resistensi. Saat resistensi

membesar, maka daya akan mengecil sehingga akan menurunkan tegangan listrik.

Semakin besar kecepatan angin, tegangan yang terukur akan semakin kecil karena

semakin cepat angin akan meningkatkan resistensi yang dihasilkan.

2. Analisa Hasil Percobaan

Dari data di atas, didapatkan bahwa pada saat kecepatan angin yang dihembuskan

sebesar 0 m/s, rata-rata tegangan yang dihasilkan pada hot wire adalah 2,1128 volt

dan arus listrik yang dihasilkan rata-rata sebesar 54.15 ampere dalam selang

waktu 10 detik.

Pada saat kecepatan angin yang dihembuskan sebesar 70 m/s, rata-rata tegangan

yang dihasilkan pada hotwire adalah 2,0797 volt dan rata-rata kuat arus yang


27/30

dihasilkan adalah 54,6 ampere dalam selang waktu 10 detik. Bila dibandingkan

dengan data pada saat kecepatan angin sebesar 0 m/s, tegangan semakin kecil

nilainya, hal ini disebabkan karena adanya resistansi yang dihasilkan pada kawat

hotwire. Selain itu, karena pengaruh kecepatan angin, arus listrik juga mengalami

sedikit perubahan yaitu dari 54,15 ampere menjadi 54,6 ampere.

Percobaan ketiga, menggunakan kecepatan angin sebesar 110 m/s. Rata -rata

tegangan yang dihasilkan adalah 2,063 volt dan arus listrik rata-rata yang

dihasilkan adalah 54,84 ampere dalam selang waktu 10 detik. Dengan

membandingkannya dengan data sebelumnya, kita dapat membandingkan bahwa

tegangan listrik mengalami penurunan karena adanya resistansi yang lebih besar,

sebab kecepatan angin yang dipakai juga semakin besar, sedangkan arus listrik

meningkat.

Percobaan keempat, menggunakan angin yang dihembuskan dengan kecepatan

sebesar 150 m/s. rata-rata tegangan yang dihasilkan adalah 2,0561 volt dan arus

listrik rata-rata yang dihasilkan adalah 54,93 ampere dalam selang waktu 10 detik.

Apabila praktikan membandingkan data dengan data sebelumnya, maka

ditemukan penurunan nilai tegangan dan kenaikan nilai arus. Hal tersebut

dikarenakan resistansi yang dihasilkan semakin besar dari kecepatan angin yang

dihembuskan ke hotwire.

Percobaan kelima menggunakan angin yang dihembuskan dengan kecepatan

sebesar 190 m/s dan praktikan mendapatkan data sebagai berikut, rata-rata

tegangan yang dihasilkan adalah 2,0511 volt dan arus listrik rata-rata yang

dihasilkan adalah 54,94 ampere dalam selang waktu 10 detik. Dari data tersebut

didapatkan bahwa terjadi penurunan tegangan dan kenaikan arus listrik pada

hotwire, karena resistansinya yang lebih tinggi dari percobaan sebelumnya.

Percobaan yang terakhir menggunakan angin dengan kecepatan sebesar 230 m/s

dan didapatkan data sebagai berikut, rata-rata arus yang dihasilkan adalah 2,0486

volt dan tegangan rata-rata yang dihasilkan adalah 55,06 ampere dalam selang

waktu 10 detik. Ternyata, kembali ditemukan bahwa tegangan semakin kecil dan

arus listrik semakin besar.

3. Analisa Perhitungan


28/30

Pada subbab pengolahan data di atas, telah dilakukan perhitungan untuk mencari

nilai-nilai yang dibutuhkan praktikan untuk menemukan sebuah persamaan

kecepatan angin yang merupakan fungsi dari tegangan hotwire. Perhitungan

tersebut dilakukan dengan metode least square karena data yang diperoleh cukup

banyak, sehingga least square digunakan agar perhitungan yang dilakukan dapat

menghasilkan hasil yang mendekati benar atau cukup akurat.

Dengan least square ini, praktikan harus mencari nilai xi2, yi2, dan xiyi yang bisa

didapatkan setelah praktikan memasukkan nilai rataan tegangan hotwire sebagai

nilai x dan kecepatan angin sebagai nilai y. Pada nilai x, yang dimasukkan adalah

rataan tegangan hotwire, hal ini dikarenakan nilai rataan tegangan pada kecepatan

angin tertentu ini dapat mewakili nilai-nilai tegangan yang bervariasi pada

kecepatan angin tertentu tersebut yang praktikan dapatkan pada percobaan ini.

Nilai m dan b haruslah dihitung untuk mengisi persamaan y= ax yang

merupakan persamaan umum untuk kecepatan angin yang merupakan fungsi dari

tegangan hotwire yang setelah disubstitusikan harga a dan b- nya dengan data

yang sudah praktikan olah.

4. Analisa Grafik

a. Grafik hubungan Tegangan dan waktu

Grafik tegangan dengan waktu digambarkan dengan tegangan pada sumbu Y dan

waktu pada sumbu X. Dalam grafik ini menunjukkan hubungan antara tegangan

dan waktu yang diberikan sesuai dengan kecepatan angin yang berfungsi sebagai

variabel bebas. Grafik dari percobaan ini dalam persamaan linearnya umumnya

merupakan persamaan yang bernilai negatif pada nilai a pada persamaan y = ax+b.

Nilai negatif ini menunjukkan bahwa grafik yang dihasilkan merupakan

persamaan linear yang menuju ke arah kanan bawah dimana nilai yang dihasilkan

akan semakin kecil dengan penambahan dari variabel x dan y.

Variabel x yang didefinisikan sebagai waktu dan y yang didefinisikan sebagai

tegangan menunjukkan bahwa pada kecepatan angin yang tetap, semakin lama

angin bertiup maka nilai energi kalor akan menjadi lebih kecil yang berdampak

pada nilai energi listrik yang akan semakin kecil sehingga nilai dari teganganlistrik akan menjadi lebih kecil seiring dengan penambahan waktu yang ada.


29/30

Penurunan ini terjadi karena adanya disipasi dari kalor hotwire yang terjadi pada

kecepatan angin tertentu.

b. Grafik hubungan Tegangan dengan Kecepatan aliran udara

Pada grafik ini digambarkan dengan sumbu y berupa tegangan hotwire dan sumbu

x berupa kecepatan angin. Pada sumbu x, terdapat 6 variasi variabel sesuai

dengan kecepatan angin pada percobaan. Pada grafik hubungan tegangan dengan

kecepatan angin, terdapat 5 grafik dari 5 sampel, yaitu saat detik ke 1, 2, 3, 4, dan

5. Pada grafik detik ke 1, terlihat seakan-akan membentuk suatu grafik

eksponensial yang bergerak dari kiri atas ke kanan bawah. Hal ini menunjukan

adanya perubahan tegangan karena kecepatan angin. Demikian juga pada grafik

pada detik ke 3, 3, 4, dan 5.

Dari kelima grafik tersebut dapat dikatakan memiliki pola yang sama bergerak dari kiri

atas ke kanan bawah. Karena bergerak dari kiri atas ke kanan bawah, hal ini

berarti hubungan tegangan dan kecepatan angin akan berbanding terbalik,

sehingga gradien grafiknya bernilai negatif .

5. Analisa Kesalahan

Dalam percobaan ini, data mengenai tegangan dan arus listrik yang diperoleh pada

kecepatan angin yang sama, ternyata berbeda-beda tiap detiknya. Kesalahan-

kesalahan yang mungkin dapat terjadi pada saat percobaan ini adalah :

Alat-alat praktikum yang tidak dikalibrasikan sebelumnya, sehingga data

mengenai arus dan tegangan yang diperoleh tiap detik untuk kecepatan angin yang

sama bervariasi.

Kesalahan dalam perhitungan, misalnya dalam hal pembulatan angka. Adanya

pembulatan angka pasti akan mempengaruhi ketepatan perhitungan.

Karena praktikum adalah online, maka kita tidak dapat melihat secara keseluruhan

kesalahan yang dapat terjadi.


30/30

KR 01 Angelina 1406533522 Teknologi Bioproses Grup 3

Documents

Transcript of KR 01 Angelina 1406533522 Teknologi Bioproses Grup 3