RHEOLOGI PENGERTIAN VISKOSITAS FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUKURAN PENGERTIAN

RHEOLOGI

PENGERTIAN VISKOSITAS FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUKURAN

PENGERTIAN Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI - Rheo : Mengalir - Logos : Ilmu menggambarkan aliran zat cair atau perubahan bentuk (deformasi) zat di bawah tekanan (Bingham & Crawford)

PENGERTIAN • Reologi dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari deformasi dan aliran “flow” • Secara reologis selanjutnya, sifat mekanis bahan dinyatakan berdasarkan 3 parameter; gaya, deformasi dan waktu • Contoh sifat reologis adalah perilaku timedependent stress dan strain, creep, stress relaksasi dan viskositas

PENGERTIAN

FLUIDA NEWTONIAN Fluida Newtonian (istilah yang diperoleh dari nama Isaac Newton) adalah suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linier. Keunikan dari fluida newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Hal ini disebabkan karena viskositas dari suatu fluida newtonian tidak berubah ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Viskositas dari suatu fluida newtonian hanya bergantung pada temperatur dan tekanan.

FLUIDA NEWTONIAN l Ini adalah aliran kental (viscous) sejati l Shear rate berbanding langsung dengan shear stress dan viskositas adalah tidak tergantung shear rate dalam kisaran aliran laminer l Viskositas diberikan oleh slope kurva shear stress-shear rate l Fluida Newtonian tipikal adalah air, minuman berair seperti teh, kopi, beer, sirup gula, minuman karbonatasi, madu, juice saring dan susu 7

FLUIDA NEWTONIAN • Fluida Newtonian adalah tipe sifat aliran paling sederhana. • Fluida dengan viskotas tinggi disebut “viscous”, sedangkan viskositas rendah disebut “mobile” • banyak pangan fluida adalah tidak Newtonian, pada kenyataannya, mereka menyimpang sangat mendasar dari aliran Newtonian 8

FLUIDA NON-NEWTONIAN Fluida non-Newtonian adalah suatu fluida yang akan mengalami perubahan viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut. Hal ini menyebabkan fluida non-Newtonian tidak memiliki viskositas yang konstan. Berkebalikan dengan fluida non-Newtonian, pada fluida Newtonian viskositas bernilai konstan sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida.

FLUIDA NON-NEWTONIAN • Kebanyakan pangan fluida dan semifluida ada pada satu dari beberapa kelas fluida non-Newtonian 10

PENGERTIAN VISKOSITAS FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUKURAN

VISKOSITAS • Kecenderungan fluida untuk mengalir dg mudah atau sulit telah menjadi subyek praktis dan kepentingan intelektual pada kehidupan manusia untuk beberapa abad • llmuwan Inggris Sir Isaac Newton (1642 -1727) adalah seorang peneliti pendahulu yg mempelajari aliran fluida • Hipotesisnya, “hambatan yg muncul dari tidak adanya kelicinan dari bagian cairan, yang lain adalah setimbang, adalah setara dng kecepatan dimana bagian cairan dipisahkan satu dari lainnya” 12

VISKOSITAS • Prinsip itu, bahwa aliran fluida berbanding lurus dng gaya yg diterapkan, dipakai untuk menggambarkan kelas-kelas cairan, dikenal sebagai fluida “Newtonian”. • Air adalah fluida Newtonian yg dikenal dng baik • Ilmuwan 2 lain telah mempelajari cairan lebih kompleks – Poiseuille (1797 -1869), mempelajari aliran fluida dalam pipa kapiler, dan diakui sebagai salah seorang founder viscometry modern – Sir George Gabriel Stokes (1819 -1903), mempelajari aliran cairan melalui orifice (bukaan), dan diakui sebagai salah seorang founder tipe efflux viscometer 13

VISKOSITAS DINAMIK KINEMATIK VISKOSITAS 14

Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity) • Seringkali disebut “viskositas” atau viskositas mutlak, adalah friksi internal dari suatu fluida atau kecenderungannya untuk melawan aliran • Biasanya disimbolkan dengan η dan dinyatakan dng persamaan . η = σ/γ • dimana η adalah viskositas, σ adalah . shear stress, dan γ adalah shear rate 15

Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity) • Fluida pada pelat yang diam kecepatannya nol sedangkan pada pelat yang bergerak kecepatannya sama dengan kecepatan pelat • Tegangan geser yang bekerja pada pelat atas sebanding dengan gradien kecepatan • Konstanta kesebandingannya disebut sebagai viskositas dinamik

Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity) t= tegangan geser [N/m 2] F= gaya geser [ N] A= luas permukaan [m 2] v = kecepatan [m/s] Y = jarak vertikal [m] = viskositas dinamik [Pa. s]

Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity) SATUAN Satuan viskositas yang sering digunakan adalah poise Viskositas dinamik air sekitar 1 cp

Viskositas kinematik • • Dinyatakan sebagai viskositas mutlak dibagi dengan densitas fluida Biasa dinotasikan dengan v 21

. v = η / ρ = σ / ργ • dimana v adalah viskositas kinematik, η adalah viskositas dan ρ adalah densitas dalam gram per centimeter cubic • Satuan SI viskositas kinematik adalah metersquare-second • Viskositas kinematik diukur dalam efflux viskometer, oleh karena kecepatan alir tipe viskometer ini sebanding dengan densitas, juga viskositas • Viskositas kinematik dipakai luas di industri perminyakan, dimana specific gravity hidrokarbon tidak jauh variasinya 22

VISKOSITAS KINEMATIK = rapat massa [kg/m 3 ] SATUAN VISKOSITAS KINEMATIK Satuan viskositas kinematik yang lain adalah stoke

SOAL 1) (30 point) 2) Dua buah plat horisontal ditempatkan sejajar dengan jarak 25 mm. Ruang diantaranya diisi oli dengan viskositas kinematik 1, 1. 10 -4 m 2/s dan densitas 900 kg/m 3. Hitung tegangan geser pada oli apabila plat atas bergerak dengan (35 point) kecepatan 2, 5 m/s 3)Apabila Acetone mengalir dalam suatu tube diameter 150 mm Terbentuk aliran laminer dengan bilangan Renold 708, densitas 787 kg/m 3 membentuk kecepatan 3, 6 m/s. Berapakah viscositas kinematiknya! (35 point)

Viskositas relatif • Kadangkali disebut rasio viskositas, adalah rasio viskositas larutan terhadap viskositas solven murni dan dinyatakan dengan persamaan ηrel = η / ηs • dimana ηrel adalah viskositas relatif, η adalah viskositas larutan, dan ηs adalah viskositas solven 25

PENGERTIAN VISKOSITAS FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUKURAN

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Viskositas 1. Suhu • Terdapat hubungan terbalik antara viskositas dan suhu • Data tipikal terlihat pada Fig 3. 10 yang memplot viskositas air dan beberapa larutan gula sebgaia fungsi suhu 27

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Viskositas 1. Suhu Viskositas tergantung pada suhu • Untuk cairan : makin tinggi temperaturnya maka viskositasnya makin rendah • Untuk gas makin tinggi temperaturnya maka viskositasnya makin tinggi 28

2. Konsentrasi Solut • Terdapat hubungan non-linear secara langsung antara konsentrasi solut dan viskositas pada suhu tetap • Fig memperlihatkan perilaku viskositaskonsentrasi larutan sukrosa pada suhu tetap 29

3. Berat molekul solut • Biasanya ada hubungan non-linear antara berat molekul solut dan viskositas larutan pada konsentrasi setimbang • Fig 3. 12 memperlihatkan viskositas sirup jagung sebagai fungsi berat molekul • Sirup jagung dibuat dengan hidrolisasi dengan pati tingkat berat molekul tinggi menjadi dekstrosa 30

4. Tekanan • Viskositas kebanyakan cairan pada dasarnya konstan pada kisaran tekanan 0 -100 atm • Sehingga efek tekanan biasanya dapat diabaikan untuk pangan 5. Bahan tersuspensi • Biasanya ini sedikit meningkatkan viskositas ketika pada konsentrasi rendah, tetapi bahan tersuspensi tinggi dapat menyebabkan peningkatan berarti oleh karena akibar antar partikel 31

• Bahan tersuspensi konsentrasi tinggi biasanya merubah produk non-Newtonian dapat menyebabkan aliran plastis atau dilatant • Konsentrasi bahan suspensi tidak larut memiliki efek nyata pada viskositas dan tipe aliran kental 32

PENGERTIAN VISKOSITAS FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUKURAN

Pengukuran Viskositas • Ada beberapa cara/prinsip pengukuran 1. Aliran bahan melalui Pipa Kapiler Untuk mengukur visk cairan murni Ostwald Viscosimeter Waktu yg diperlukan untuk mencapai jarak tertentu & dibandingkan air (pd o. C) Merupakan visk. relatif. 34

2. Berdasarkan Beban Jatuh Mengukur waktu yg diperlukan beban jatuh melalui bahan yg diuji di dalam tabung sampai jarak tertentu. Untuk mengukur konsistensi minyak, syrup, krim. Contoh : Gardner Mobilometer 35

3. Berdasarkan Rotasi Silinder dlm bahan yg diuji Banyak dipakai di Industri Bhn statis & silinder berputar Brookfield Synchrolectric Viscometer Stormer Viscosimeter Dg menghitung waktu untuk mencapai sejumlah putaran tertentu dari silinder yg dicelup dlm bahan yg diuji (pada suhu konstan) 36

Stormer Viscosimeter 37

4. Berdasarkan Rotasi bahan yg diuji mengitari silinder. Prinsip berlawanan dg cara ke-3 bhn berputar & silinder statis !!! Sampel diputar dg motor Mac Michael Viscosimeter Fisher Electroviscosimeter 38

5. Berdasarkan Konsumsi Power / Tenaga Mengukur kebutuhan tenaga untuk menggerakkan mixer, silinder atau jenis lainnya sampai sejumlah putaran tertentu. Kebut tenaga dg Mikrowatt-jam meter Brabender Farinograph banyak dipakai di industri kimia & roti Seberapa tingkat konsistensi & elastisitas adonan selama fermentasi Alat lain : Extensograph elastisitas & sifat viskus dari adonan. 39

6. Berdasarkan Penetrasi Kedalam Bahan yg Diuji. Untuk pengujian gelatin. Lem, pektin, jelli. Bloom Gelometer semula untuk gel. Penetrometer konsistensi bahan, misal produk tomat. 40

7. Berdasarkan Kemudahan mengalir dari bahan Mengukur sudut yg diperlukan bahan untuk mengalir selama waktu tertentu. Bostwick Consistometer 41

PENGUKURAN VISKOSITAS FLUIDA Capillary tube viscometer

Falling ball viscometer Viskositas ditentukan dengan mengukur berapa lama bola menempuh jarak tertentu (kecepatan)

Falling ball viscometer For a falling ball viscometer, the viscosity is calculated by the simple formula: µ = K ( rt - r ) t where, µ = viscosity in centipoises (cp) rt = density of ball (g/m. L) 2. 53 for the glass 8. 02 for stainless steel 16. 6 for tantalum r = density of liquid (g/m. L) t = time of descent (minutes) K = viscometer constant

1. Suatu cairan mengalami pressure drop sebesar 700 Pa setelah diberi gaya alir ke dalam tabung viskometer berdiameter 0, 75 cm dan panjang 30 cm dengan laju aliran 50 cm 3/detik. Tentukanlah viskositas dari cairan tersebut! Hitunglah pula shear rate pada laju aliran tersebut! 2. Di dalam Capillary tube viscometer terdapat Amonia dengan densitas 826 kg/m 3 mengalir sepanjang pipa horisontal, penampang tidak sama besar. Pada tempat dengan kecepatan air 35 cm/det tekanannya adalah 1 cm. Hg sedangkan kecepatan aliran air pada bagian lain 65 cm/det. (g = 980 cm/det 2). Hitunglah viskositas Amonia apabila diameter pipa 10 cm dan panjang 50 cm apabila dalam aliran tersebut menjadi konstan 35 cm/det! 3. Pada sistem falling ball viscometer, suatu fluida ditempatkan pada piknometer 5 ml, setelah ditimbang ternyata massanya 15 g (massa piknometer 7 g). Viskositas fluida tersebut akan ditentukan/ diukur dengan menggunakan falling ball viscometer dengan menggunakan bola stainless steel. jika waktu yang di perlukan bola tersebut untuk bergerak sepanjang pipa kapiler 350 detik, tentukan viskositas fluida tersebut jika diketahui K = 5! Jabar (10 -001) = 10 poin Jessica (10 -016) 10 poin Lenny (10 -004) 10 poin Ketik: KHARISMA (spasi) FTP kirim ke 0838345964