Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut..[1] Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Sebagai contoh, viskositas yang tinggi dari magma akan menciptakan statovolcano yang tinggi dan curam, karena tidak dapat mengalir terlalu jauh sebelum mendingin, sedangkan viskositas yang lebih rendah dari lava akan menciptakan volcano yang rendah dan lebar. Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal. Studi dari bahan yang mengalir disebut Rheologi, yang termasuk viskositas dan konsep yang berkaitan. Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain. Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan tersebut secara kuantitatif atau dengan angka, sebelum membahas hal itu kita perlu mengetahui bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter. Apabila zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan pada zat cair kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan yang sama dengan dinding. Bagian yang menempel pada dinding luar dalam keadaan diam dan yang menempel pada dinding dalam akan bergerak bersama dinding tersebut. Lapisan zat cair antara kedua dinding bergerak dengan kecepatan yang berubah secara linier sampai V. Aliran ini disebut aliran laminer. Aliran zat cair akan bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan alirannya tidak terlalu cepat. Kita anggap gambar di atas sebagai aliran sebuah zat cair dalam pipa, sedangkan garis alirannya dianggap sejajar dengan dinding pipa. Karena adanya kekentalan zat cair yang ada dalam pipa, maka besarnya kecepatan gerak partikel yang terjadi pada penampang melintang tidak sama besar. Keadaan tersebut terjadi dikarenakan adanya gesekan antar molekul pada cairan kental tersebut, dan pada titik pusat pipa kecepatan yang terjadi maksimum. Viskositas Gaya tarik menarik antarmolekul yang besar dalam cairan menghasilkan viskositas yang tinggi. Koefisien viskositas didefinisikan sebagai hambatan pada aliran cairan. Gas juga memiliki viskositas, tetapi nilainya sangat kecil. Dalam kasus tertentu viskositas gas memiliki peran penting, misalnya dalam peawat terbang. Viskositas 1. Viskositas cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggo daripada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur. 2. Semakin tinggi suhu cairan, semakin kecil viskositasnya. Dua poin ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik. Tumbukan antara partikel yang berbentuk bola atau dekat

dengan bentuk bola adalah tumbukan elastik atau hampir elastik. Namun, tumbukan antara partikel yang bentuknya tidak beraturan cenderung tidak elastik. Dalam tumbukan tidak elastik, sebagian energi translasi diubah menjadi energi vibrasi, dan akibatnya partikel menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi. Efek suhu mirip dengan efek suhu pada gas. Koefisien viskositas juga kadang secara singkat disebut dengan viskositas dan diungkapkan dalam N s m-2 dalam satuan SI. Bila sebuah bola berjari-jari r bergerak dalam cairan dengan viskositas dengan kecepatan U, hambatan D terhadap bola tadi diungkapkan sebagai. D = 6hrU (7.9) Hubungan ini (hukum Stokes) ditemukan oleh fisikawan Inggris Gabriel Stokes (1819-1903).

ercobaan 11 Percobaan Stokes VISKOSITAS Tujuan 1. Memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida akan mengalami gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. 2. Menentukan koefisien kekentalan zat cair dengan menggunakan hukum Stokes. Alat-alat yang digunakan 1. Mikrometer. 2. Jangka sorong. 3. Tabung gelas cerisi zat cair sebagai fluida. 4. Stop watch. 5. Densimeter Dasar teori Setiap benda yang bergerak relatif terhadap benda lain selalu mengalami gesekan (gaya gesek). Sebuah benda yang bergerak di dalam fluida juga mengalami gesekan. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut. Koefisien kekentalan suatu fluida (cairan) dapat diperoleh dengan menggunakan percobaaan bola jatuh di dalam fluida tersebut.

viskositas Gaya gesek yang bekerja pada suatu benda yang bergerak relatif terhadap suatu fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap fluida : F = b . v (1) dimana : F = gaya gesek yang dialami benda. b = konstanta gesekan. v = kecepatan benda. Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida yang sifat-sifatnya tetap, gaya gesek tersebut memenuhi hukum Stokes sbb: F = -6 ph r v (2) dimana : h= viskositas fluida. r = radius bola. Hukum Stokes di atas berlaku bila : 1. Fluida tidak berolak (tidak terjadi turbulensi). 2. Luas penampang tabung tempat fluida cukup besar dibanding ukuran bola. m.g FS FA FS : gaya Stokes bola r FA : gaya Archimedes fluida r0 FT-UNIVERSITAS SURABAYA PRAKTIKUM FISIKA 25 Bila sebuah benda padat berbentuk bola dengan jari-jari r dimasukkan ke dalam zat cair tanpa kecepatan awal bola tersebut akan begerak ke bawah mula-mula dengan percepatan sehingga kecepatannya bertambah. Dengan bertambahnya kecepatan maka gaya gesek fluida akan membesar, sehingga suatu saat bola akan bergerak dengan kecepatan tetap. Kecepatan tetap ini disebut kecepatan terminal yang terjadi pada saat gaya berat bola sama dengan jumlahan antara gaya angkat ke atas (Archimedes) dan gaya gesek Stokes seperti tampak pada gambar. Besarnya kecepatan terminal adalah: vT = 29 r2 g h (r-r0) (3) dimana : r = massa jenis bola. r0 = massa

jenis fluida. Bila jarak yang ditempuh bola dengan kecepatan terminal tersebut dalam selang waktu T adalah s maka berlaku persamaan gerak lurus beraturan : vT = s/T ( elajar viskositas Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain. Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan tersebut secara kuantitatif atau dengan angka, sebelum membahas hal itu kita perlu mengetahui bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter. Apabila zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan pada zat cair kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan yang sama dengan dinding. Bagian yang menempel pada dinding luar dalam keadaan diam dan yang menempel pada dinding dalam akan bergerak bersama dinding tersebut. Lapisan zat cair antara kedua dinding bergerak dengan kecepatan yang berubah secara linier sampai V. Aliran ini disebut aliran laminer. Aliran zat cair akan bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan alirannya tidak terlalu cepat. Kita anggap gambar di atas sebagai aliran sebuah zat cair dalam pipa, sedangkan garis alirannya dianggap sejajar dengan dinding pipa. Karena adanya kekentalan zat cair yang ada dalam pipa, maka besarnya kecepatan gerak partikel yang terjadi pada penampang melintang tidak sama besar. Keadaan tersebut terjadi dikarenakan adanya gesekan antar molekul pada cairan kental tersebut, dan pada titik pusat pipa kecepatan yang terjadi maksimum. v

Gambar II.1 Arus Laminer Akibat lain adalah kecepatan rata-rata partikel lebih kecil daripada kecepatan partikel bila zat cairnya bersifat tak kental. Hal itu terjadi akibat adanya gesekan yang lebih besar pada zat cair yang kental. Jika aliran kental dan tidak terlalu cepat maka aliran tersebut bersifat laminer dan disebut turbulen jika terjadi putaran/pusaran dengan kecepatan melebihi suatu harga tertentu sehingga menjadi kompleks dan pusaran-pusaran itu dinamakan vortex. h . r4 . t . P = (1) 8V.L Persamaan diatas dinamakan persamaan stokes, merupakan salah satu rumus untuk mengukur viskositas cairan dimana: V = Volume cairan r = Jari - jari tabung kapiler t = Waktu mengalir melalui tabung kapiler P = Tekanan

L = Panjang aliran terhadap tekanan t Untuk menentukan viskositas suatu cairan dengan persamaan diatas tidak terlalu penting untuk mengukur semua kuantitas yang ada bila satu viskositas dari beberapa cairan referensi yaitu air yang telah diketahui secara tepat. Dua cairan yang berbeda bila diukur waktu alirannya pada volume yang sama dan melalui kapiler yang sama maka menurut persamaan dua caran yaitu : pouseville, perbandingan dari 1 .P1.r4.t1.8.V.L = ( 2 ) 2 .P2.r4.t2 8.V.L. Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa P1 dan P2 berbanding lurus dengan massa jenis atau densitas kedua cairan (P1 dan P2), maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai : 1 P1 . t1 = ..( 3 ) 2 P2 . t2 Viskositas Ostwald adalah cara yang paling baik untuk mengukur kuantitas t1 dan t2 (lihat gambar). Mulut Penyumbat T S

Gambar. II.2 Viskositas Ostwald Suatu kuantitas tertentu zat cair yang dikenalkan dalam viskositas di sebuah tabung termostat dan kemudian ditarik oleh sulfon kedalam bulb sampai cairan berada di ketinggian tepat berada diatas permukaan a kemudian dibiarkan turun sampai b. Waktu yang diperlukan dari posisi a dihitung sesuai persamaan ke posisi b diukur, lalu pertama. Persamaan pertama tidaklah sempurna dan dikoreksi dengan persamaan sebagai berikut : = x.t 0,12/t x = Konstanta yang tergantung pada volume cairan, jari-jari kapiler, panjang pipa, gravitasi dan lain-lain t = Waktu yang terukur dapat pula menggunakan metode viskositas bola jatuh. Selain dengan metode viskositas Ostwald untuk menghitung Pada viskositas bola jatuh caranya adalah pertama-tama kita masukkan suatu cairan (yang akan diukur viskositasnya) kedalam sebuah tabung. Lalu sebuah bola kecil (dengan massa jenis dan diameter diketahui) dijatuhkan diatas permukaan cairan (Vo = nol). Gerakan bola mula-mula turun dipercepat sampai jarak tertentu setelah itu gerakan bola menjadi beraturan. Selama pergerakan bola mengalami gaya gesek (Fr) dan gaya apung (Fa). Mula-mula Fr = m.a kemudian F(y) = 0 (y = konstan) sehingga W = Fa + Fr (sesuai dengan gambar II.3)

Gambar. II.3 Viskositas bola jatuh menurut dalil Stokes : Pada kecepatan konstan, gaya gesek bergantung pada Fr = .r.v . G. dimana : Fr = Gaya gesek = Koefisien viskositas r = Jari-jari bola v = Kecepatan konstan G = mg r v cair) = G bola - ( r3 = 4/3 Jadi menurut dalil stokes koefisien viskositas dihitung dengan rumus : Untuk bola kebawah : cair) bola - 2 g r2 ( = g.v Untuk bola keatas : bola) cair - 2 g r2 ( = g.v Dari persamaan diatas dapat diturunkan persamaan apabila r bola dibanding r tabung tidak terlalu kecil maka akan diberi ralat : Fr = (1+1,36 r/B) dengan r = jari-jari tabung sebelah dalam Sehingga persamaan diatas menjadi : cair) bola - N . ( = F.v dimana N = 2 r2 g/9 PENETAPAN KEKENTALAN ( VISKOSITAS )

1. Pengertian dasar Kekentalan adalah suatu sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir, dimana makin tinggi kekentalan maka makin besar hambatannya. Kekentalan didefenisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk menggerakkan secara berkesinambungan suatu permukaan datar melewati permukaan datar lain dalam kondisi mapan tertentu bila ruang diantara permukaan tersebut diisi dengan cairan yang akan ditentukan kekentalannya. Satuan dasar yang digunakan adalah poise ( 1 poise = 100 sentipoise )

Pada penetapan viskositas, penentuan suhu adalah penting karena viskositas dapat berubah sesuai suhu. Secara umum viskositas akan menurun dengan naiknya suhu. Viskositas dapat diukur secara langsung jika dimensi alat pengukur diketahui dengan tepat. Tetapi umumnya pengukuran lebih praktis dilakukan dengan mengkalibrasi alat menggunakan cairan yang sudah diketahui viskositasnya kemudian kekentalan cairan uji ditetapkan dengan membandingkan terhadap viskositas cairan yang telah diketahui.

B. Penetapan Viskositas Ada beberapa prinsip penetapan viskositas yaitu : 1. Viskosimeter kapiler ( contoh : viskometer Ostwald ) Pada metode ini viskositas ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan uji untuk lewat antara dua tanda ketika ia mengalir karena gravitasi , melalui suatu tabung kapiler vertikal. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu cairan yang viskositasnya sudah diketahui ( biasanya air ) untuk lewat antara dua tanda tersebut. Jika 1 dan 2 masing-masing adalah viskositas dari cairan yang tidak diketahui dan cairan standar , 1 dan 2 adalah kerapatan dari masing-masing cairan, t1 dan t2 adalah waktu alir dalam detik. Maka viskositas cairan yang tidak diketahui adalah :

1 = 1 . t1 2 2 . t2

1 = 1 . t1 . 2 2 . t2 2 dan 2 dapat diketahui dari literatur, 1 diperoleh dari pengukuran kerapatan (berat jenis) dengan metode piknometer, t1 dan t2 masing-masing diketahui dengan cara mengukur waktu yang diperlukan oleh zat uji maupun air untuk mengalir melalui dua garis tanda pada tabung kapiler viscometer ostwald.

2.

Viskometer bola jatuh ( viscometer Hoeppler ) Pada viskometer tipe ini, suatu bola gelas atau bola besi jatuh kebawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan yang diuji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sample tersebut.

Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali. Viskositas cairan dihitung dengan rumus : = t .(Sb Sf ) .B

dimana t adalah waktu lamanya bola jatuh antara kedua titik dalam detik, Sb adalah gravitasi jenis dari bola dan Sf adalah gravitasi jenis dari cairan, keduanya pada temperatur dimana percobaan dilakukan. B adalah konstanta untuk bola tertentu yang besarnya sudah ada pada pedoman penggunaan alat tersebut.

3.

Viskometer Cup dan Bob ( Brookfield, Viscotester) Dalam viskometer ini sampel dimasukkan dalam ruang antara dinding luar bob/rotor dan dinding dalam mangkuk (cup) yang pas dengan rotor tersebut. Berbagai alat yang tersedia berbeda dalam hal bagian yang berputar, ada alat dimana yang berputar adalah rotornya, ada juga bagian mangkuknya yang berputar. Alat viscotester adalah contoh viskometer dimana yang berputar adalah bagian rotor. Terdapat dua tipe yaitu viscotester VT-03 F dan VT- 04 F. VT -04 F digunakan untuk mengukur zat cair dengan viskositas tinggi, VT-03F untuk mengukur zat cair yang viskositasnya rendah. Prinsip pengukuran viskositas dengan alat ini adalah cairan uji dimasukkan kedalam mangkuk, rotor dipasang .kemudian alat dihidupkan. Viskositas zat cair dapat langsung dibaca pada skala . BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Viskositas Viskositas merupakan ukuran resistensi fluida terhadap aliran. Viskositas menentukan besarnya gaya

yang diperlukan agar fluida tersebut mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas dapat dikatakan sebagai sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawahtekanan shear. Biasanya dikatakan sebagai kekentalan, atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikirkan sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida. Air memiliki viskositas yang rendah sedangkan pada minyak .sayur memiliki viskositas tinggi.

Ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah benda padat, badan itu akan berubah bentuk sampai mengakibatkan gaya yang berlawanan untuk mengimbangkan, sebuah ekuilibrium. Namun, ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah fluid, seperti angin bertiup di atas permukaan samudra, fluid mengalir, dan berlanjut mengalir ketika tekanan diterapkan. Ketika tekanan dihilangkan, umumnya, aliran berkurang karena perubahan internal energi Aliran fluida terjadi karena adanya gaya yang diberikan pada fluida yang menyebabkan bergerak pada kecepatan tertentu dan besarnya gaya tergantung dari viskositas. Aliran terjadi jika molekul-molekul fluida saling bergeseran satu sama lainnya dalam arah tertentu pada suatu bidang datar. Adanya pergeseran tersebut karena adanya perbedaan kecepatan antar molekul yang berdekatan (velocity gradient). Gradient Kecepatan (-dV/dr, ) disebabkan oleh resistensi yang dikeluarkan oleh molekul fluida karena adanya gaya dan mengakibatkan pergeseran satu molekul lebih cepat dari moekul yang lain. Resistensi suatu bahan untuk mengalir atau berdeformasi disebut dengan Stress atau Shear Stress (). Gradient Kecepatan adalah ukuran seberapa cepat sebuah molekul bergeser satu dengan yang lainnya, sehingga disebut juga Rate of Shear (Laju Geser, Y). Fluida Newtonian mempunyai viscositas konstan dan tidak tergantung pada laju geser. Fluida yang mempunyai karakteristik menyimpang dari sifat di atas disebut Fluida Non-newtonian.

F/A = = dV/dy = DYNAMIC VISCOSITY Satuan: Poise ; Pa.det ; N.det/m2 1 Poise = 100 centipoise = 10-3 Pa.det. = 100 g/m.det = 0.1 N.det/m2 Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton disebut fluida Newtonian = (- ) = tegangan geser/shear stress = viskositas fluida

dv/dy

= Laju geser, laju regangan/strain atau gradien kecepatan

Seluruh gas dan kebanyakan zat cair yang mempunyai rumus molekul yang lebih sederhana dan berat molekul yang rendah seperti: air, benzena, ethyl alcohol, hexane dan sebagian besar larutan dengan molekul sederhana merupakan fluida Newtonian. Fluida yang menyimpang dari Hukum Viskositas Newton disebut fluida Non-Newtonian. Persamaan Power Law Model: = K (Y)n Persamaan Herschel-Bulkley: = o + K (Y)n o = Yield Stress K = Consistency Index n = Flow behaviour index Gambar Grafik jenis-jenis fluida beradasrkan viskositasnya Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas suatu bahan, ialah: a. Suhu Viskositas dan suhu memiliki perbandingan terbalik, dimana semakin tinggi suhu maka viskositas dari bahan tersebut akan semakin tinggi. b. Konsentrasi Biasanya terjadi hubungan langsung non-linier antara konsentrasi dan viskositas suatu larutan pada suhu tertentu. Semakin besar konsentrasi suatu bahan maka viskositasnya semakin besar. c. Tekanan Viskositas pada bahan pangan tidak terlalu dipengaruhi oleh tekanan. d. Berat molekul Terjadi hubungan langsung non-linier antara berat molekul dan viskositas larutan pada konsentrasi yg sama.

2.2

Indeks kekentalan atau indeks viskositas Indeks viskositas adalah perubahan nilai viskositas akibat adanya perubahan temperatur. Perubahan

ini timbul akibat adanya perubahan ikatan molekul yang menyusun fluida tersebut. Akibatnya, apabila sebuah fluida, misalnya minyak pelumas, dikenakan sebuah temperatur yang berbeda, maka kekentalannya akan berubah. Perubahan tersebut tergantung dari sifat fisika maupun kimia fluida tersebut. Ada fluida yang jika terkena temperatur tinggi akan semakin mengental dan ada pula yang semakin encer. Dari hal itulah maka untuk memilih sebuah pelumas untuk sebuah mesin tidak bisa sembarangan tetapi harus disesuaikan dengan mesin tersebut.

2.3

Bingham atau Plastic Resisten terhadap tegangan geser yang kecil namun akan mengalir dengan mudah bila diberikan

tegangan geser awal (o ) yang lebih besar, contoh: Odol, Jeli, beberapa jenis slurries.

2.4

Pseudoplastic Kebanyakan fluida non-Newtonian masuk ke dalam katagori ini. Viskositasnya menurun dengan

meningkatnya velocity gradient, contoh: larutan polymer, darah. Pseudoplastic fluids disebut juga sebagai Shear thinning fluids, dimana pada tegangan geser (dV/dy) yang rendah fluida ini lebih kental dibandingkan fluida Newtonian, dan pada tegangan geser yang tinggi akan berkurang viskositasnya.

2.5

Dilatant Viskositas fluida meningkat dengan meningkatnya velocity gradient. Fluida ini tidak umum ditemukan

dalam industri pertanian , namun suspensi pati memiliki karakteristik seperti ini. Fluida ini juga disebut sebagai

shear thickening fluids.

2.6

Bingham pseudoplastic / Hersley-Buckley / Casson Type

Kombinasi antara fluida bingham dengan pseudoplastic dimana memerlukan tegangan geser awal untuk mulai bergerak, dan setelah bergerak akan menurun viskositasnya sejalan dengan meningkatnya velocity gradient. Tergantung dari bagaimana viskositasnya berubah karena waktu sejalan dengan diaplikasikannya tegangan geser, fluida ini mempunyai karakteristik, sebagai berikut: thixotropic rheopectic (time thinning, yaitu viskositasnya menurun terhadap waktu) (time thickening, yaitu viskositasnya meningkat terhadap waktu)

Visco-elastic fluids Beberapa jenis fluida mempunyai sifat elastis, yaitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangan geser dihentikan. Saran Adapun saran yang dapat diberikan praktikan pada kesempatan ini adalah sebagai berikut: Saat pengukuran suhu, thermometer tidak boleh menyentuh dinding dan alas gelas karena akan mempengaruhi pembacaan suhu bahan Pada saat spindle dimasukan ke dalam bahan, sebelum dilakukan pengukuran sebaiknya diperiksa dahulu apakah pada daerah spindle benar-benar dipadati oleh bahan atau masih kosong agar pengukuran sesuai dengan sifat bahan. Selain perlakuan suhu, untuk menyakinkan tipe suatu bahan sebaiknya dilakukan dua jenis percobaan, yaitu dengan mengukur viskositas menggunakan prinsip aliran dalam selang atau pipa

DAFTAR PUSTAKA

R., Dadi, Sudaryanto dan dkk.Penuntun Praktikum Satuan Operasi Industri, 2007, FTIP UNPAD http://id.wikipedia.org/wiki/Indeks_viskositas diakses pada tanggal 4 Mei 2011 pukul 21.10 http://belajarviskositas.blogspot.com/ diakses pada tanggal 4 Mei 2011 pukul 21.25

R Jesika dkk.2009. Sifat Bahan Pangan Sumber: http://jesikariyanselina.blogspot.com/2009_09_01_archive.html. Diakses pada tanggal 5 Mei 2011 Pukul 18.30 Diliyanti. Fiska Farmasi. Sumber : http://morehigher.blogspot.com/2009_09_01_archive.html diakses pada tanggal 5 Mei 2011 Pukul 18.40

1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal tiga jenis zat, yaitu padat,cair dan gas. Meskipun zat cair dan gas berbeda dalam banyak hal, tapi keduanya mempunyai karakteristik umum yang membedakannya dengan zat padat, yaitu: zat cair dan gas adalah fluida, yang resistensinya rendah dan akan berubah bentuk jika dikenai gaya dibandingkan dengan zat padat. Di dalam fluida, dikenal istilah viskositas. Viskositas merupakan suatu besaran yang diekspresikan sebagai harga nisbah suatu tegangan geser persatuan luas pada suatu titik dibagi dengan gradien kecepatan. Viskositas dapat didefinisikan sebagai kemampuan fluida untuk mengalir. Setiap unsur atau senyawa tertentu misalnya memiliki besaran viskositas yang berbeda-beda karena pengaruh jenis zat, komposisi campuran, temperatur, dan tekanan. Fluida yang memenuhi kriteria tersebut adalah fluidaNewton. Dalam fluidaNewton, diasumsikan bahwa densitas yang diberikan oleh fluida konstan. Metode pendugaan viskositas campuran zat cair masih terus dikembangkan sampai saat ini. Semua metode pendugaan viskositas campuran yang diusulkan umumnya diturunkan secara empirik dan data-data penelitian tersebut tidak memberikan hasil yang cukup memuaskan. Penelitian yang ada belum dapat menemukan suatu persamaan yang dapat digunakan untuk menduga viskositas campuran. oleh karena itu, untuk lebih mendalami materi ini maka dilakukanlah praktikum yang berjudul Viskositas. 1.1 Tujuan Percobaan Mahasiswa dapat mempelajari viskositas dalam unit operasi industri hasil pertanian. Mahasiswa dapat mengukur viskositas beberapa bahan hasil pertanian.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fluida Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan yang berubah-ubah secara kontinyu apabila mengalami pergeseran atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun. Dalam keadaan diam atau dalam keadaan setimbang, fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya. Dan oleh sebab itu, fluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Fluida Non-Newtonian memiliki viskositas yang tergantung pada suhu, laju geser dan waktu. Juga tergantung dari bagaimana viskositasnya berubah karena waktu sejalan dengan diaplikasikannya tegangan geser, fluida ini mempunyai karakteristik, sbb.:

Thixotropic (time thinning, yaitu viskositasnya menurun terhadap waktu). Fluida thixotropic sangat umum terdapat dalam industri pangan dan kimia. Rheopectic (time thickening, yaitu viskositasnya meningkat terhadap waktu)

Visco-elastic fluids Beberapa jenis fluida mempunyai sifat elastis, yaitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangan geser dihentikan.

Contoh fluida shear thinning: cat,shampoo, slurries, konsentrat juice buah-buahan, kecap Contoh fluida shear thickening: pasir basah, konsentrat suspensi pati. Contoh fluida plastic: pasta tomato, odol, hand cream, kecap kental manis. Contoh fluida thixotropic: yoghurt, cat, gelatin, cream, shortening, salad dressing. Contoh fluida rheopectic: pasta highly concentrated starch solution Contoh fluida visco-elastic: putih telur

2.2 Viskositas Viskositas adalah suatu pernyataan tahanan untuk mengalir dari suatu sistem yang mendapatkan suatu tekanan. Makin kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu. Hubungan antara bentuk dan viskositas merupakan refleksi derajat solvasi dari partikel. ( Moechtar,1990). Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru akan menurun jika temperatur dinaikan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kebalikan dari viskositas akan meningkat dengan makin tingginya temperatur.( Martin,1993 ). Viskositas dipengaruhi oleh : 1. 2. 3. Besar dan bentuk molekul Viskositas cairan semakin berkurang dengan bertambahnya suhu tapi tak cukup banyak dipengaruhi oleh perubahan tekanan. Adanya koloid dapat memperbesar viskositas sedang adanya elektrolit akan sedikit menurunkan viskositas dari cairan

Alat yang digunakan untuk menghitung karakteristik aliran dari fluida disebut viskometer. Viskometer yang lebih sederhana digunakan untuk membedakan viskositas dari sebuah fluida Newtonian atau apparent viscosity dari fluida non-Newtonian. Viskometer yang lebih kompleks digunakan ketika tahan dari suatu aliran dibawah shear rates yang telah ditentukan, dan viskometer ini digunakan untuk menilai komponen rheologi dari fluida non-Newtonian. Prinsip perhitungannya berdasarkan: Persamaan Rabinowitsch-Money untuk fluida Non-Newtonian Persamaan Poiseuille untuk fluida Newtonian

Persamaan Poiseuille menunjukkan perbandingan fluida yang mengalir melalui tabung seperti yang ditunjukan pada gambar.

Gaya yang harus digunakan pada fluida yang memyebabkan fluida dapat mengalir dapat dilihat dari perbedaan antara tekanan (P1 - P2) dikali dengan luas penampang pipa:

Kekuatan di titik radius r dari tengah pipa merupakan gaya yang dibagi oleh area permukaan silinder dengan radius r dan panjang L. = tekanan = = = Berdasarkan hubungan shear stress dan shear rates dari fluida Newtonian. Dimana kecepatan selalu positif dan kecepatan akan menurun ketika mendekati dinding pipa, dv/dr berharga negatif. Oleh karena itu Hukum Newton dari viskositas dapat ditulis sebagai berikut : t = - dv/dr = - dv/dr dV = Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain : 1. Viskometer kapiler / Ostwald

Viskositas dari cairan newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui ( biasanya air ) untuk lewat 2 tanda tersebut.( Moechtar,1990 ) 1. Viskometer Hoppler

Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat gaya Archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang hampir tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel. ( Moechtar,1990 ). 1. Viskometer Cup dan Bob

Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antara dinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penueunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut dengan aliran sumbat ( Moechtar,1990 ). 1. Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecapatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).

Gambar kiri : viskometer analog. Gambar kanan : viskometer digital2.3 Rheologi Rheologi berasal dari bahasa Yunani yaitu rheo dan logos. Rheo berarti mengalir, dan logos berarti ilmu. Sehingga rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran zat cair dan deformasi zat padat. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas. Viskositas merupakan suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir; semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. Viskositas dinyatakan dalam simbol . Rheologi juga meliputi pencampuran aliran dari bahan, penuangan, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Rheologi dari suatu zat tertentu dapat mempengaruhi penerimaan obat bagi pasien, stabilitas fisika obat, bahkan ketersediaan hayati dalam tubuh (bioavailability). Sehingga viskositas telah terbukti dapat mempengaruhi laju absorbsi obat dalam tubuh. Aliran fluida terjadi karena adanya gaya yang diberikan pada fluida yang menyebabkan bergerak pada kecepatan tertentu dan besarnya gaya tergantung dari viskositas. Aliran terjadi jika molekul-molekul fluida saling bergeseran satu sama lainnya dalam arah tertentu pada suatu bidang datar. (Dadi Rusendi, 2007). Adanya pergeseran tersebut karena adanya perbedaan kecepatan antar molekul yang berdekatan, velocity gradient. Gradient Kecepatan (, ) disebabkan oleh resistensi yang dikeluarkan oleh molekul fluida karena adanya gaya dan mengakibatkan pergeseran satu molekul lebih cepat dari moekul yang lain. Resistensi suatu bahan untuk mengalir atau berdeformasi disebut dengan Stress atau Shear Stress (). Gradient Kecepatan adalah ukuran seberapa cepat sebuah molekul bergeser satu dengan yang lainnya, sehingga disebut juga Rate of Shear (Laju Geser, Y). adalah viskositas. Fluida Newtonian mempunyai konstan dan tidak tergantung pada laju geser. Fluida yang mempunyai karakteristik menyimpang dari sifat di atas disebut Fluida Non-newtonian. (Dadi Rusendi, 2007). Viskositas BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar belakang Dalam operasi industry banyak sekali dijumpai aplikasi penerapan prinsip aliran fluida baik dalam

saluran tertutup pada suatu pipa atau pun saluran terbuka. Penanganan bahan fluida memerlukan pengetahuan khusus mengenai sifat-sifat fluida tersebut agar dalam proses penagannnya tidak mengalami permasalahan atau

kerusakan pada fluida tersebut. Salah satu sifat tersebut adalah mengenai keketalan fluida yang dikenal dengan viskositas. Pada bidang pertanian khususnya saat proses pengolahan hasil pertanian banyak sekali bahan-bahan yang pengelolaannya menggunakan penerapan viskositas. Dengan demikian pengetahuan viskositas suatu bahan sangatlah penting guna mempermudah proses penagannya dalm melakukan suatu operasi industry. Sehingga praktikum mengenai viskositas ini sangat mambantu praktikan sebagai calon sarjana teknik pertanian dalam mempelajari sifat aliran fluida untuk diaplikasikan dalam proses pengolahan hasil pertanian. Selain itu dengan mengetahui sifat fluida ini, akan mempermudah praktikan dalam menentukan perlakuan pada suatu fluida dengan memperhaitkan sifat viskositas.

Digital Collections /jiunkpe/s1/elkt/1998/jiunkpe-ns-s1-1998-23493002-16788-viskosimenter-chapter1.pdf Top of Form1

of 5

Quality Bottom of Form

I.

LATAR BELAKANG MASALAH

Zat padat dianggap sebagai bahan yang menunjukkan reaksi deformasi yang terbatas ketika menerima atau mengalami suatu gaya geser (shear). Sedangkan fluida memperlihatkan fenomena sebagai zat yang terusmenerus berubah bentuk apabila mengalami tekanan geser; dengan kata lain yang dikategorikan sebagai fluida adaIah suatu zat yang tidak mampu menahan tekanan geser tanpa berubah bentuk.

Pakar Biologi pun berkepentingan dengan konsep-konsep mekanika fluida. Jantung adalah sebuah pompa yang mendorong sebuah fluida (darahl) melalui sebuah sistim pipa (pembuluh-pembuluh darah). Pendek kata kita selalu berurusan dengan fluida baik yang diam maupun yang bergerak.

Kemajuan yang dicapai selama abad ini meliputi studi-studi baik secara analitik, numerik (komputer), maupun eksperimen tentang aliran dan pengendalian lapisan batas, struktur turbulensi, kemantapan aliran, aliran multifase, pemindahan panas ke dan dari fluida yang mengaIir serta banyak masalah daIam penerapan. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai fluida terutama untuk menjawab pertanyaanpertanyaan sederhana seperti, mengapa nyamuk dapat hinggap di permukaan air? mengapa mencuci piring menggunakan air hangat menghasilkan cucian yang lebih bersih? Dan sebagainya.

BAB IITINJAUAN PUSTAKAHukum Stokes Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. S u a t u b a h a n apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitumenjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagaigerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida . Jika sebuah benda berbentuk boladijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolamr e n a n g y a n g a i r n y a c u k u p d a l a m , n a m p a k m u l a - m u l a k e l e r e n g b e r g e r a k dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak k e l e r e n g b e r g e r a k d e n g a n k e c e p a t a n k o n s t a n ( b e r g e r a k l u r u s b e r a t u r a n ) . I n i berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lainyang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yangdisebabkan oleh kekentalan fluida. Khusus untuk benda berbentuk bola, gayagesekan fluida secara empiris dirumuskan sebagai Persamaan. Fs = 6rv

Dengan menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari- j a r i b o l a k e l e r e n g , d a n v kecepatan relatif bola terhadap fluida.Persamaan (1) pertama kali dijabarkan oleh S i r G e o r g e S t o k e s tahun 1845, sehingga disebut Hukum Stokes . Dalam pemakaianeksperimen harus diperhitungkan beberapa syarat antara l a i n : Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola. Tidak terjadi aliran turbulen dalam fluida. Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih bersifat laminer. Sebuah bola padatm e m i l i k i r a p a t m a s s a b d a n b e r j a r i - j a r i r d i j a t u h k a n t a n p a kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa f, dimana b > f. Gambar 1.Gaya yangBekerjaPadaSaat BolaDenganK e c e a t a n

Telah diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi,n a m u n b e b e r a p a s a a t setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengankecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir vT ataukecepatan terminal yaitu p a d a s a a t g a y a b e r a t b o l a s a m a d e n g a n g a y a a p u n g ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 1 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg= gaya berat kelereng.Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2). FA + FS = W(2) Jika b menyatakan rapat massa bola, f menyatakan rapat massa fluida, dan Vb menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3)dan (4). W = b.Vb.g (3) FA = f .Vb.g (4) Rapat massa bola b dan rapat massafluida f dapat diukur dengan menggunakan Persamaan (5) dan (6).Massa Bola b = (5)Volume Bola( m gu +m f )- m gu f = (6) V f Dengan m gu menyatakan massa gelas ukur, m f massa fluida, V f volumefluida. Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2)maka diperoleh Persamaan (7).FS = Vbg (b - f) (7)D e n g a n m e n s u b s t i t u s i k a n P e r s a m a a n ( 1 ) k e d a l a m P e r s a m a a n ( 7 ) diperoleh Persamaan (8).2r 2 g(b - f)V T = (8) 9

Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal dalam waktu tempuhnya t maka Persamaan (8) menjadi Persamaan (9).d 2r 2 g(b - f) = (8)t 9 1 2r 2 g(b - f) =t 9d 9

t = 2r 2 g(b - f) Atau t = k dDengan nilai9 k = 2r 2 g(b - f)Atau dalam grafik hubungan ( d-t ), nilai k merupakan kemiringan grafik ( slope ). Dengan mengukur kecepatan akhir bola yang radius dan rapat massa telahd i k e t a h u i , m a k a v i s k o s i t a s f l u i d a d a p a t d i t e n t u k a n . U n t u k m e m p e r o l e h n i l a i viskositas fluida, Persamaan (10) diubah dalam bentuk Persamaan (11).k 2r 2 g(b - f) = (8) 9 Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm -2, yang biasadisebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm -2.Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositasmenjadi turun atau sebaliknya Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. S u a t u b a h a n apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitum e n j a d i l u n a k d a n d a p a t m e n g a l i r p e l a n - p e l a n . D a l a m p e r c o b a a n i n i k i t a mengamati pergerakan turunnya 3 buah bola yang berbeda ukuran (diameter) danmassanya dalam suatu fluida (gliserin). Dari pengamatan yang dilakukan dapatditarik kesimpulan bahwa semakin besar massa yang dimiliki oleh benda itu maka

4.2. Pembahasan Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. S u a t u b a h a n apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitum e n j a d i l u n a k d a n d a p a t m e n g a l i r p e l a n - p e l a n . D a l a m p e r c o b a a n i n i k i t a mengamati pergerakan turunnya 3 buah bola yang berbeda ukuran (diameter) danmassanya dalam suatu fluida (gliserin). Dari pengamatan yang dilakukan dapatditarik kesimpulan bahwa semakin besar massa yang dimiliki oleh benda itu maka semakin cepatlah kecepatan benda itu didalam suatu fluida, sehingga waktu yangdibutuhkan tentu menjadi semakin sedikit. Dari pernyataan diatas menunjukan bahwa massa benda berbanding lurus dengan kelajuan benda.Selain itu kekentalan suatu fluida juga sangat berpengaruh terhadap laju bola. Semakin kbesar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar pulagaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. Karena itu bola akan lebihlambat melaju dalam fluida yang memiliki koefisien kekentalan yang besar BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Hasil Perhitungan massa jenis benda:V 1 = 1= = 4,19 . 9,1125 . 10 -8 == 3.818 .10 -7

m 3 = 1571,50 kg/m 3 V 2 = 2= = 4,19 .2,16. 10 -7 ==9.05.10 -7 m 3 = 1325.966 kg/m 3 V 3 = 3= = 4,19 . 3.89. 10 -7 ==9.05.10 -7 m 3 = 1718.84 kg/m 3 semakin cepatlah kecepatan benda itu didalam suatu fluida, sehingga waktu yangdibutuhkan tentu menjadi semakin sedikit. Dari pernyataan diatas menunjukan bahwa massa benda berbanding lurus dengan kelajuan benda.Selain itu kekentalan suatu fluida juga sangat berpengaruh terhadap laju bola. Semakin kbesar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar pulagaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. Karena itu bola akan lebihlambat melaju dalam fluida yang memiliki koefisien kekentalan yang besar. BAB VPENUTUP5.1.Kesimpulan Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. S u a t u b a h a n apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitumenjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagaig e r a k a n d i b a g i a n dalam (internal) suatu fluida . semakin besar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar gaya gesek yang ditimbulkan olehfluida. 5.2.Saran Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang akurat, sebaiknya mahasiswal e b i h t e l i t i m e l i h a t d a n m e n g a m a t i l a j u b o l a d a l a m f l u i d a . S e l i a n i t u j u g a mahasiswa sebaiknya menggunakan alat penunjang praktikum yang kondisinyamasih baik. DAFTAR PUSTAKA Zaida, Drs., M.Si. Petunjuk Praktikum Fisika

. Bandung:Dosen UnpadBudianto, anwar. Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair denganMenggunakan Regresi Linear Hukum Stokes. Sekolah Tinggi TeknologiNuklir . Batan