R h eologi

RHEOLOGI

PENGERTIAN

VISKOSITAS

FAKTOR YG MEMPENGARUHI

PENGUKURAN

Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI- Rheo : Mengalir- Logos : Ilmu

menggambarkan aliran zat cair atau perubahanbentuk (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 time-dependent stress dan strain, creep, stress relaksasi dan viskositas

PENGERTIAN

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.

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 stress-shear 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 NEWTONIAN

FLUIDA NON-NEWTONIANFluida 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.

• Kebanyakan pangan fluida dan semifluida ada pada satu dari beberapa kelas fluida non-Newtonian

10

FLUIDA NON-NEWTONIAN

PENGERTIAN

VISKOSITAS

FAKTOR YG MEMPENGARUHI

PENGUKURAN

• 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

14

VISKOSITAS

VISKOSITAS

DINAMIK

KINEMATIK

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 persamaanη = σ/γ

• dimana η adalah viskositas, σ adalah shear stress, dan γ adalah shear rate

15

.

.

• 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)

yv

AF

Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity)= 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

sPasmN

smm

mN

vy

yv

22

Satuan viskositas yang sering digunakan adalah poise

sPampoisecentipoise

sPapoise

.11001.1,0

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 meter-square-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

sm

kg

smsmkg

kgm

mNs

mkgsPa 223

2

3

.

Satuan viskositas kinematik yang lain adalah stoke

210

1001

10

226

24

mmsmstokestokecenti

smstoke

SOAL

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/sApabila 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!

1)

2)

3)

(30 point)

(35 point)

(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

28

Viskositas tergantung pada suhu

• Untuk cairan : makin tinggi temperaturnya maka viskositasnya makin rendah

• Untuk gas makin tinggi temperaturnya maka viskositasnya makin tinggi

1. Suhu

2. Konsentrasi Solut• Terdapat hubungan

non-linear secara langsung antara konsentrasi solut dan viskositas pada suhu tetap

• Fig memperlihatkan perilaku viskositas-konsentrasi 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• Ada beberapa cara/prinsip

pengukuran1. 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 JatuhMengukur 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 IndustriBhn statis & silinder berputarBrookfield Synchrolectric ViscometerStormer ViscosimeterDg 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 motorMac Michael ViscosimeterFisher 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 viscometervLDpp

32)( 221

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

VDbolafluidabola

18)( 2

Falling ball viscometer

For a falling ball viscometer, the viscosity is calculated by the simple formula:                µ    =   K  ( rt - r ) twhere,     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!

Ketik: KHARISMA (spasi) FTP (spasi) FTP kirim ke 083834596444Jabar (10-001) = 10 poin Jessica (10-016) 10 poin Lenny (10-004) 10 poin