Top Banner

of 47

Viscosity Food

Feb 10, 2018

Download

Documents

Yuhelmi Ayu
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 7/22/2019 Viscosity Food

    1/47

    1

    by

    Dr. Yudi Pranoto

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    2/47

    2

    Setiap orang menyadari bahwa beberapa cairanmengalir lebih mudah daripada yg lainnya

    Kecenderungan fluida untuk mengalir dngmudah atau sulit telah menjadi subyek praktisdan kepentingan intelektual pada kehidupanmanusia untuk beberapa abad

    Llmuwan Inggris Sir Isaac Newton (1642-1727)adalah salah seorang peneliti pendahulu ygmempelajari aliran fluida

    Hipotesisnya, hambatan yg muncul dari tidakadanya kelicinan dari bagian cairan, yang lainadalah setimbang, adalah setara dng kecepatandimana bagian cairan dipisahkan satu darilainnya

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    3/47

    3

    Prinsip itu, bahwa aliran fluida berbanding lurusdng gaya yg diterapkan, dipakai untukmenggambarkan kelas-kelas cairan, dikenal

    sebagai fluida Newtonian.

    Air adalah fluida Newtonian yg dikenal dng baik

    Ilmuwan2 lain telah mempelajari cairan lebih

    kompleksPoiseuille (1797-1869), mempelajari aliran fluidadalam pipa kapiler, dan diakui sebagai salahseorang founderviscometry modern

    Sir George Gabriel Stokes (1819-1903),mempelajari aliran cairan melalui orifice(bukaan), dan diakui sebagai salah seorangfounder tipe efflux viscometer

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    4/47

    4

    Beberapa Definisi Penting dalam

    Viscometry

    Aliran laminar dan Aliran turbulent

    Aliran laminar adalah aliran streamline dalamsuatu fluida

    Aliran tubulent adalah aliran fluida dimanakecepatan bervariasi erratical baik dalambesarnya dan arah

    Perbedaan antara aliran laminar dan turbulentdigambarkan pada Fig 3.9

    Seandainya, fluida dipompa melalui sebuah pipa

    pada kecepatan konstan, dan benang tipis

    terwarnai diinjeksikan kedalam stream mengalir

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    5/47

    5

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    6/47

    6

    Jika aliran laminar terjadi, benang tipis larutan

    warna akan bergerak lurus mengikuti pipa

    Pada kasus aliran turbulent, ada banyak

    pusaran dan aliran, yg ditunjukkan oleh garis

    luaran warna terputus dan membentuk pusaran

    dan vortex, seiring bergerak menyusuri pipaAliran laminar berlangsung pada kecepatan alir

    rendah dan aliran turbulent pada kecepatan alir

    tinggi

    Perlu diingat bahwa fluida Newtonian nampak

    non-Newtonian ketika shear rate adalah sangat

    tinggi

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    7/47

    7

    Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity)

    Seringkali disebut viskositas atau

    viskositas mutlak, adalah friksi internal darisuatu fluida atau kecenderungannya untuk

    melawan aliran

    Biasanya disimbolkan dengan dandinyatakan dng persamaan

    = /

    dimana adalah viskositas, adalah

    shear stress, dan adalah shear rate

    .

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    8/47

    8

    Sesuai dng International Organization forStandardization (ISO), satuan pengukuran untukviskositas dinamis adalah pascal second (Pa.s)

    Sejak pascal second adalah satuan pengukuranbesar, satuan lebih umum untuk fluida viskositasrendah adalah milipascal second (mPa.s), dimana1000 mPa.s = 1 Pa.s

    Agak lama, tetapi masih dipakai luas adalah poise(P), dinamai dari Ilmuwan Perancis Poisseuille(1846)

    Oleh karena, satuan besar, centipoise dipakai luasuntuk cairan viskositas rendah (100 cP = 1 P)

    Kita disarankan untuk menggunakan sistem SI(Pa.S) atau (mPa.s), tetapi harus tahu untukmengkonversi poise dan centipoise menjadisatuan SI

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    9/47

    9

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    10/47

    10

    Tabel 3.7 menunjukkan viskositas beberapa

    cairan dikenal baik

    Penting bahwa air pada 20oC memiliki viskositas1 mP.S = 1 cP

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    11/47

    11

    Fluiditas

    Fluiditas adalah viskositas dinamik bolak-balik

    Biasanya dipakai menggantikan viskositas

    Dinotasikan dengan , dan dinyatakan dengan

    persamaan

    = /

    Viskositas kinematik

    Dinyatakan sebagai viskositas mutlak dibagidengan densitas fluida

    Biasa dinotasikan dengan v

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    12/47

    12

    v = / = /

    dimana v adalah viskositas kinematik, adalahviskositas mutlak dan adalah densitas dalamgram per centimeter cubic

    Satuan SI viskositas kinematik adalah meter-

    square-secondViskositas kinematik diukur dalam effluxviskometer, oleh karena kecepatan alir tipeviskometer ini sebanding dengan densitas, juga

    viskositasViskositas kinematik dipakai luas di industriperminyakan, dimana specific gravityhidrokarbon tidak jauh variasinya

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    13/47

    13

    Viskositas kinematik tidak dipakai dalam industri

    pangan oleh karena kisaran luas densitas yg

    dapat diatasi

    Viskositas relatif

    Kadangkali disebut rasio viskositas, adalah rasio

    viskositas larutan terhadap viskositas solven

    murni dan dinyatakan dengan persamaan

    rel

    = / s

    dimana reladalah viskositas relatif, adalah

    viskositas larutan, dan sadalah viskositas

    solven

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    14/47

    14

    Apparent viscosity

    Ini adalah viskositas fluida non-Newtonian

    dinyatakan seolah itu adalah fluida Newtonian

    Itu adalah suatu koefisien dihitung dari data

    empiris, seolah-olah fluida mematuhi hukum

    Newtonian

    Shear stress

    Shear stress adalah komponen stressditerapkan tangensial terhadap plane pada aksi

    gaya

    Dinyatakan dalam unit gaya per satuan luas

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    15/47

    15

    Adalah vektor gaya, yg menyatakan baik

    besarnya maupun arahnya

    Satuan SI untuk shear stress adalah

    pascal (Pa) dengan satuan newton meter-2

    (Nm-2)

    Nomenclature committee untuk Society of

    Rheology menyarankan menggunakan

    untuk menyatakan shear stress dalam

    aliran shear steady sederhana dan

    dipakai untuk menyatakan waktu relaksasi

    atau retardasi

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    16/47

    16

    Shear rate

    Shear rate adalah gradien kecepatanterbentuk dalam suatu fluida sebagai hasil

    shear stress yg diterapkan

    Dinyatakan dalam satuan reciprocal

    second (s-1)

    Nomenclature committee menyarankan

    untuk menyatakan shear rate dan untuk

    menyatakan shear strain

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    17/47

    17

    Faktor-faktor Yang Mempengaruhi

    Viskositas

    1. Suhu

    Biasanya ada hubungan terbalik antara

    viskositas dan suhuData tipikal terlihat pada Fig 3.10 yang

    memplot viskositas air dan beberapa

    larutan gula sebgaia fungsi suhu

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    18/47

    18

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    19/47

    19

    2. Konsentrasi Solut

    Biasanya adalah hubungan non-linearsecara langsung antara konsentrasi solut

    dan viskositas pada suhu tetap

    Fig 3.11 memperlihatkan perilakuviskositas-konsentrasi larutan garam dan

    sukrosa pada suhu tetap

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    20/47

    20

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    21/47

    21

    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

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    22/47

    22

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    23/47

    23

    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 bahantersuspensi tinggi dapat menyebabkan

    peningkatan berarti oleh karena akibar antar

    partikel

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    24/47

    24

    Bahan tersuspensi konsentrasi tinggi

    biasanya merubah produk non-Newtonian

    dan dapat menyebabkan aliran plastisatau dilatant

    Konsentrasi bahan suspensi tidak larut

    memiliki efek nyata pada viskositas dantipe aliran kental

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    25/47

    25

    Tipe-tipe perilaku viscous

    1. Newtonian

    Ini adalah aliran kental (viscous) sejati

    Shear rate berbanding langsung dengan shear

    stress dan viskositas adalah tidak tergantungshear rate dalam kisaran aliran laminer

    Viskositas diberikan oleh slope kurva shearstress-shear rate (Fig 3.13)

    Fluida Newtonian tipikal adalah air, minumanberair seperti teh, kopi, beer, sirup gula,minuman karbonatasi, madu, juice saring dansusu

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    26/47

    26

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    27/47

    27

    Fluida Newtonian adalah tipe sifat aliranpaling sederhana

    Karakteristik tipe aliran ini adalah cukupdigambarkan dengan persamaan diatas (= /)

    Fluida dengan viskotas tinggi disebutviscous, sedangkan viskositas rendahdisebut mobile

    banyak pangan fluida adalah tidakNewtonian, pada kenyataannya, merekamenyimpang sangat mendasar dari aliranNewtonian

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    28/47

    28

    2. Non-Newtonian

    Kebanyakan pangan fluida dan semifluida

    ada pada satu dari beberapa kelas fluidanon-Newtonian

    Plast ic (atau B ingham )

    Shear stress minimum, dikenal sebagaiyield stress harus berlebih sebelum

    aliran mulaiTipe aliran ini sering ditemukan padabahan pangan, seperti catsup tomat,mayonnaise, krim oles, margarin

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    29/47

    29

    Fig 3.14 memperlihatkan karakteristik

    aliran plastik untuk 3 pangan fluida

    Fluida A memiliki yield stress rendah;

    kecepatan aliran (shear rate) berbanding

    langsung dengan shear stress setelah

    yield stress telah terlampaui

    Fluida B dan C memiliki yield stress lebih

    tinggi daripada A

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    30/47

    30

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    31/47

    31

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    32/47

    32

    Pseudoplast ik

    Tipe aliran ini, meningkatnya shear forcememberikan peningkatan sebanding pada shear

    rate yg kebih, tetapi kurva mulai pada awalnya

    Salad dressing adalah contoh pangan

    Fig 3.18b memperlihatkan bahwa apparent

    viscosity fluida pseudoplastik adalah tergantungpada shear rate dan pada pembahasan aliranplastis

    Banyak fluida pseudoplastik menunjukkan

    perilaku shear stress-shear rate hampir linearpada shear rate rendah

    Itu disebut Newtonian regime

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    33/47

    33

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    34/47

    34

    Dilatant

    Plot shear stress-shear rate tipe aliran ini mulai

    pada awal, tetapi disifatkan oleh peningkatanshear stress setimbang memberikan

    peningkatan shear rate lebih rendah (Fig 3.19)

    Contoh, padatan tinggi, suspensi pati kasar dan

    beberap sirup coklat

    Tipe aliran ini hanya ditemukan pada cairan yg

    mengandung partikel rigid tidak larut berjumlah

    tinggi dalam suspensiAliran dilatant agak jarang dalam industri

    pangan dan sangat langka pada produk pangan

    akhir

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    35/47

    35

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    36/47

    36

    Persamaan Umum Viskositas

    Semua tipe aliran diatas dapat digambarkandengan persamaan

    = bs + C

    Dimana adalah shear stress, b adalah faktor

    proporsionalitas; (untuk fluida Newtonian, faktor

    ini adalah viskositas ), C adalah yield stress, s

    adalah konstanta pseudoplasitas, dimanaadalah indeks tingkat non-linieritas kurva shear

    stress-shear rate, dan adalah shear rate

    .

    .

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    37/47

    37

    Fig 3.20a memperlihatkan semua tipe aliran dalam

    grafik tunggal

    Aliran Newtonian diwakilkan oleh garis lurus mulaipada permulaan; aliran dilatant mulai pada

    permulaan dan concave arah turun, aliran

    pseudoplastis mulai pada awal dan concave naik.

    Aliran plastik tidak mulai pada awal

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    38/47

    38

    Persamaan umum untuk viskositas dapat dipakai

    untuk semua tipe aliran diatas

    Tabel 3.10 menampilkan nilai eksponensial s danintersep C untuk tipe aliran yang bervariasi

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    39/47

    39

    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 (pdo

    C)Merupakan visk. relatif.

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    40/47

    40

    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

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    41/47

    41

    3. Berdasarkan Rotasi Silinder dlm bahan yg

    diujiBanyak dipakai di Industri

    Bhn statis & silinder berputar

    Brookfield Synchrolectric ViscometerStormer Viscosimeter

    Dg menghitung waktu untuk mencapai

    sejumlah putaran tertentu dari silinder ygdicelup dlm bahan yg diuji (pada suhu

    konstan)

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    42/47

    42

    Stormer Viscosimeter

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    43/47

    43

    Viscosimeter

    http://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.auxilab.es/imagenes/viscosim/50801000.jpg&imgrefurl=http://www.auxilab.es/ingles/catalogo/visco.htm&h=283&w=187&sz=22&tbnid=CqargbWJnhsJ:&tbnh=110&tbnw=72&hl=id&start=14&prev=/images%3Fq%3Dviscosimeter%26svnum%3D10%26hl%3Did%26lr%3Dhttp://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.lackinstitut.de/english/dienstleistungen/grafiken/dienstleistung_9_30.jpg&imgrefurl=http://www.lackinstitut.de/english/dienstleistungen.htm&h=230&w=190&sz=13&tbnid=nK64FyIswyAJ:&tbnh=103&tbnw=85&hl=id&start=38&prev=/images%3Fq%3Dviscosimeter%26start%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Did%26lr%3D%26sa%3DN
  • 7/22/2019 Viscosity Food

    44/47

    44

    4. Berdasarkan Rotasi bahan yg diuji mengitari

    silinder.

    Prinsip berlawanan dg cara ke-3bhn

    berputar & silinder statis !!!

    Sampel diputar dg motor

    Mac Michael Viscosimeter

    Fisher Electroviscosimeter

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    45/47

    45

    5. Berdasarkan Konsumsi Power / Tenaga

    Mengukur kebutuhan tenaga untuk

    menggerakkan mixer, silinder atau jenislainnya sampai sejumlah putaran tertentu.

    Kebut tenagadg Mikrowatt-jam meter

    Brabender Farinographbanyak dipakaidi industri kimia & roti Seberapa tingkat

    konsistensi & elastisitas adonan selama

    fermentasiAlat lain : Extensographelastisitas &

    sifat viskus dari adonan.

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    46/47

    46

    6. Berdasarkan Penetrasi Kedalam Bahan

    yg Diuji.

    Untuk pengujian gelatin. Lem, pektin, jelli.

    Bloom Gelometersemula untuk gel.

    Penetrometer konsistensi bahan, misal

    produk tomat.

  • 7/22/2019 Viscosity Food

    47/47

    7. Berdasarkan Kemudahan

    mengalir dari bahan

    Mengukur sudut yg

    diperlukan bahan untukmengalir selama waktu

    tertentu.

    Bostwick Consistometer