Rheologi - Yusron Sugiarto

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
 Ini adalah aliran kental (viscous) sejati
 Shear rate berbanding langsung dengan shear
stress dan viskositas adalah tidak tergantung
shear rate dalam kisaran aliran laminer
 Viskositas diberikan oleh slope kurva shear stressshear rate
 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
sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida.
konstan
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
salah 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
• Ilmuwan2 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)
F
v
  
A
y
= tegangan geser [N/m2]
F= gaya geser [ N]
A= luas permukaan [m2]
v = kecepatan [m/s]
Y = jarak vertikal [m]
 = viskositas dinamik [Pa.s]
Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity)
SATUAN



y  N m   N


 2


2
v
v  m m   m
y
s


s   Pa s 

Satuan viskositas yang sering digunakan adalah poise
poise  0,1Pa.s
1
centipoise 
poise  1 m Pa.s
100
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/m3 ]
SATUAN VISKOSITAS KINEMATIK


 m

  Pa.s   Ns m3   kg s 2 sm   m 2 
 
 2

 



  kg   m kg   kg   s 
 m3 


Satuan viskositas kinematik yang lain adalah stoke
m2
stoke  10
s
2
2
1
m
mm
centi stoke 
stoke  10 6

100
s
2
4
SOAL
1)
(30 point)
2) Dua
buah plat horisontal ditempatkan sejajar dengan jarak
25mm. Ruang diantaranya diisi oli dengan viskositas kinematik
1,1.10-4 m2/s dan densitas 900 kg/m3. Hitung tegangan geser pada
oli apabila plat atas bergerak dengan kecepatan 2,5m/s (35 point)
3) Apabila Acetone mengalir dalam suatu tube
diameter 150 mm
Terbentuk aliran laminer dengan bilangan Renold 708, densitas
787 kg/m3 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 dan 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
•
1.
Ada beberapa cara/prinsip pengukuran
Aliran bahan melalui Pipa Kapiler
 Untuk mengukur visk cairan murni
 Ostwald Viscosimeter
 Waktu yg diperlukan untuk mencapai
jarak tertentu & dibandingkan air (pd oC)
 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
( p1  p2 ) D 2

32vL
Falling ball viscometer
Viskositas ditentukan dengan
mengukur berapa lama bola
menempuh jarak tertentu (kecepatan)

( bola   fluida) D
2
bola
18V
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/mL)
2.53 for the glass
8.02 for stainless steel
16.6 for tantalum
r = density of liquid (g/mL)
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 cm3/detik. Tentukanlah viskositas dari cairan tersebut! Hitunglah
pula shear rate pada pada laju aliran tersebut!
2.
Di dalam Capillary tube viscometer terdapat Amonia dengan densitas 826
kg/m3mengalir sepanjang pipa horisontal, penampang tidak sama besar. Pada
tempat dengan kecepatan air 35 cm/det tekanannya adalah 1 cmHg
sedangkan kecepatan aliran air pada bagian lain 65 cm/det.(g = 980 cm/det2).
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 (spasi) FTP kirim ke 083834596444