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.
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.
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
h = ……………(1)
8 V . 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 :hpouseville, perbandingan dari
1h .P1.r4.t1.8.V.Lp
= …………( 2 )
2h .P2.r4.t2p8.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 :
1h P1 . t1
= …………..( 3 )
2h P2 . t2
Viskositas Ostwald adalah cara yang paling baik untuk mengukur kuantitas t1 dan t2 (lihat gambar).
Mulut
Penyumbat T
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 persamaanhke posisi b diukur, lalu
pertama. Persamaan pertama tidaklah sempurna dan dikoreksi dengan persamaan sebagai berikut : h = 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.hSelain 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
menurut dalil Stokes :hPada kecepatan konstan, gaya gesek bergantung pada
Fr = .r.vh.pG.
dimana : Fr = Gaya gesek
h = Koefisien viskositas
r = Jari-jari bola
v = Kecepatan konstan
G = mg r vh pcair) = G rbola - r (d r3 p= 4/3
Jadi menurut dalil stokes koefisien viskositas dihitung dengan rumus :
Untuk bola kebawah :
cair)rbola - r2 g r2
h = g . v
Untuk bola keatas :
bola)rcair - r2 g r2
h = 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) rbola - rN .
h = F . v
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.
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
h = ……………(1)
8 V . 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 :hpouseville, perbandingan dari
1h .P1.r4.t1.8.V.Lp
= …………( 2 )
2h .P2.r4.t2p8.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 :
1h P1 . t1
= …………..( 3 )
2h P2 . t2
Viskositas Ostwald adalah cara yang paling baik untuk mengukur kuantitas t1 dan t2 (lihat gambar).
Mulut
Penyumbat T
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 persamaanhke posisi b diukur, lalu
pertama. Persamaan pertama tidaklah sempurna dan dikoreksi dengan persamaan sebagai berikut : h = 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.hSelain 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
menurut dalil Stokes :hPada kecepatan konstan, gaya gesek bergantung pada
Fr = .r.vh.pG.
dimana : Fr = Gaya gesek
h = Koefisien viskositas
r = Jari-jari bola
v = Kecepatan konstan
G = mg r vh pcair) = G rbola - r (d r3 p= 4/3
Jadi menurut dalil stokes koefisien viskositas dihitung dengan rumus :
Untuk bola kebawah :
cair)rbola - r2 g r2
h = g . v
Untuk bola keatas :
bola)rcair - r2 g r2
h = 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) rbola - rN .
h = F . v
Ada beberapa viskometer yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan Newton, antara lain :
1. Viskometer Kapiler
Viskositas dari cairan Newton dapat ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara dua tanda ketika ia mengalir karena gravitasi melalui suatu tabung kapiler vertikal, yang dikenal sebagai viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu cairan yang viskositasnya telah diketahui (biasanya air) untuk lewat antara dua tanda tersebut. Jika h1 dan h2 masing-masing adalah viskositas dari cairan yang tidak diketahui dan cairan standar, r1 dan r2 merupakan kerapatan dari masing-masing cairan serta t1 dan t2 adalah waktu alir dalam detik. Viskositas absolute dari cairan yang tidak diketahui, h1, ditentukan dengan mensubstitusi harga percobaan dalam persamaan,
Harga h1/h2 = hrel dikenal sebagai viskositas relative dari cairan yang diuji.
Berdasarkan pada hukum Poiseuille untuk suatu cairan yang mengalir melalui suatu tabung kapiler,
Dimana r adalah jari-jari dalam kapiler, t adalah waktu aliran, adalah tekanan atas dalam dyne/cm2 dimana cairan tersebut mengalir, l adalah panjang kapiler dan V adalah volume cairan yang mengalir. Viskometer Bola Jatuh
Dalam tipe viskometer ini, suatu bola gelas atau bola besi jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hamper vertikal, mengandung cairan yang diuji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut. Viskometer ini cocok digunakan untuk cairan yang mempunyai viskositas yang sukar diukur dengan viskositas kapiler. Viskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes
Dimana :
r : jari-jari bola (cm)
r1 ; bobot jenis bola
r2 : bobot jenis cairan
g : gaya gravitasi
v : kecepatan bola (cm.detik-1)
Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :
h = B (r1- r2) t
Dimana :
B : konstanta bola
t : waktu tempuh bola jatuh (detik)
Viskometer Hoeppler merupakan alat yang berdasarkan pada prinsip ini. Sampel dan bola diletakkan dalam tabung gelas dalam dan dibiarkan mencapai temperatur keseimbangan air yang berada dalam jaket di sekelilingnya pada temperatur konstan. Tabung dan jaket air tersebut kemudian dinalik, yang akan menyebabkan bola berada pada puncak tabung gelas dalam. Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali. Pada viskometer ini tabungnya dipasang miring sehingga kecepatan bola jatuh akan berkurang sehingga pengukuran dapat dilakukan lebih teliti.
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 disebt aliran sumbat. (Andrean,2007 )
2. Viskometer Kerucut dan Lempeng
Viskometer Ferranti-Shirley merupakan contoh dari viskometer kerucut dan lempeng yang berputar. Prinsip kerjanya adalah sampel ditempatkan di tengah lempeng, kemudian dinaikkan posisinya sampai di bawah kerucut. Kerucut dikemudikan oleh motor dengan keceptan yang dapat diubah-ubah. Sampel tersebut di shear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of shear dalam putaran per menit dinaikkan atau diturunkan oleh sebuah dial pemilih dan tarikan kental atau puntiran (shearing stress) yang dihasilkan pada kerucut tersebut dibaca pada skala penunjuk.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar