laporan kimfis viskositas.doc
Post on 21-Jan-2016
146 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Dasar Teori
A. Pengertian viskositas
Viskositas adalah suatu gesekan didalam zat cair yang menyatakan
kekentalan dalam zat cair yang menyatakan kekentalan dalam suatu fluida. Atau
dengan kata lain, viskositas yaitu ukuran kekentalan suatu fluida yang menyatakan
besar atau kecilnya gesekan dalam suatu fluida. Semakin besar viskositas suatu
fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan semakin sulit benda
untuk bergerak dalam fluida tersebut (Erviaudina, 2011)
Gaya viskos melawan gerakan sebagian fluida aktif terhadap yang lain.
Di dalam zat cair, viskositas timbul sebagai akibat oleh gaya kohesi antar molekul
zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antar
molekul gas. Viskositas ataupun kebanyakan viskometer mengukur kecepatan dari
suatu cairan yang mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler), bila cairan itu
mengalir dengan cepat, maka viskositas cairan itu rerndah. Dan apabila cairan itu
mengalir dengan lambat, maka dikatakan cairan itu berviskositas tinggi.
Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran yang melalui tabung slinder
(Himka, 2009).
B. Jenis – jenis Viskositas
Menurut lewis (1987) terdapat 3 jenis viskositas, yaitu :
1) Viskositas dinamik
Yaitu rasio antara shear, stress, dan shear rate. Atau dapat dikatakan viskositas
dinamik yaitu perkalian antara viskositas kinematik dan densitas. Adapun
hubungan antar shear, stress dan shear rate dapat ditunjukkan dalam kurva
berikut ini :
Gambar 1.1 Kurva stress, shear, dan shear rate ( fachlurozzi, 2010)
Viskositas dinamis digunakan untuk menganalisa lapisan yang lebih tebal,
dibayangkan cairan terdiri dari lapisan-lapisan yang sangan tipis seperti
tumpukan kertas. Gaya F yang diaplikasikan kepada lapisan paling atas akan
diteruskan ke lapisan dibawahnya. Dan setiap lapisan akan meneruskan gaya
sebesar F. Akibatnya, gradien (du/dy) kecepatan disetiap lapisan (laminar)
adalah sama.
2) Viskositas Kinematik
Yaitu viskositas dinamik yang dibagi dengan densitasnya. Viskositas ini
dinyatakan dalam satuan stoke (st) pada cgs dan m/s2 pada SI. Adapun dengan
kata lain, viskositas kinematik yaitu ukuran bagi sifat hambatan cairan yang
mana viskositas ini dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Adapun hubungan gaya F
pada viskositas kinematik dapat ditunjukkan dalam kurva berikut :
Gambar 1.2 Hubungan gaya F pada viskositas (Fachlurozzi, 2010)
Jika anda Bayangkan lembaran plastik di atas cairan, kemudian anda tarik. Anda
akan merasakan hambatan atau perlawanan. Hambatan ini disebabkan adanya
viskositas pada cairan.
Viskositas kinematik adalah ukuran bagi sifat hambatan bagi cairan. Viskositas
kinematis ini dipengaruhi oleh gravitasi. Kembali, bayangkan dua jenis cairan
ditemoatkan dalam gelas yang berlubang kecil dibawahnya. Bentuk gelas adalah
identik. Ciiran lertama memerlukan 200 detik untuk mengalir sampai habis, cairan
kedua memerlukan 400 detik untuk mengalir sampai habis. Ini berarti cairan
kedua 2 dua kali lipat lebih viskos (Fachlurozi, 2010) .
C. Faktor – Faktor yang mempengaruhi Viskositas
Adapun faktor – faktor yang mempengaruhi viskositas suatu cairan yaitu :
- Besar Molekul dan Bentuk Molekul
Molekul molekul yang mudah berasosiasi mempunyai viskositas yang besar
seperti air dan etanol. Zat ini membentuk asosiasi molekul dengan ikatan
hidrogen. Semakin besar berat molekul, maka semakin besar viskositasnya.
- Suhu
Pada kebanyakan cairan viskositasnya turun dengan naiknya suhu. Menurut
teori, “lubang” terdapat kekosongan dalam cairan dan molekul bergerak secara
kontinu ke dalam kekosongan ini, sehingga kekosongan ini akan bergerak
keliling. Proses ini menyebabkan aliran, tetapi memerlukan energi karena
adanya energi pengaktifan yang harus mempunyai suatu molekul agar dapat
bergerak dalam kekosongan. Energi pengaktifan lebih mungkin terdapat pada
suhu yang lebih mungkin terdapat pada suhu yang lebih tinggi dengan
demikian cairan lebih mudah mengalir.
- Tekanan
Viskositas cairan naik dengan bertambahnya tekanan. Hal ini disebabkan
jumlah lubang yang berkurang, sehingga bagi molekul lebih sukar untuk
bergerak keliling satu terhadap yang lain.
- Konsentrasi
Untuk suatu larutan, viskositasnya bergantung pada konsentrasi atau
kepekatan larutan. Umumnya larutan yang konsentrasinya tinggi, viskositas
nya juga tinggi, sebaliknya latutan yang viskositasnya rendah, konsentrasinya
juga rendah (fessenden, 1997).
D. Jenis – Jenis Viskometer
Berbagai tipe viskometer dikelompokkan menurut prinsip kerjanya, yaitu :
- Viskometer Brookfield
Pada viscometer ini nilai viskositas didapatkan dengan mengukur gaya
puntir sebuah rotor silinder (spindle) yang dicelupkan ke dalam sample.
Viskometer Brookfield memungkinkan untuk mengukur viskositas dengan
menggunakan teknik dalam viscometry. Alat ukur kekentalan (yang juga dapat
disebut viscosimeters) dapat mengukur viskositas melalui kondisi aliran
berbagai bahan sampel yang diuji. Untuk dapat mengukur viskositas sampel
dalam viskometer Brookfield, bahan harus diam didalam wadah sementara
poros bergerak sambil direndam dalam cairan.
Viskometer Brookfield merupakan salah satu viscometer yang
menggunakan gasing atau kumparan yang dicelupkan kedalam zat uji dan
mengukur tahanan gerak dari bagian yang berputar. Tersedia kumparan yang
berbeda untuk rentang kekentalan tertentu, dan umumnya dilengkapi dengan
kecepatan rotasi. (FI IV,1038). Prinsip kerja dari viscometer Brookfield ini
adalah semakin kuat putaran semakin tinggi viskositasnya sehingga
hambatannya semakin besar (Himka, 2009).
Gambar 1.3 Viskometer Brookfield (Thomas, 2011)
- Viskometer Oswald
Pada viscometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh
sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang
disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Didalam percobaan diukur waktu aliran
untuk volume V (antara tanda a dan b) melalui pipa kapiler yang vertical.
Jumlah tekanan (P) dalam hukum Poiseuille adalah perbedaan tekanan antara
permukaan cairan, dan berbanding lurus dengan r (Himka, 2009).
Gambar 1.4 Viskometer Oswald (Besto, 2006)
- Viskometer Hoopler
Yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sebuah bola untuk
melewati cairan pada jarak atau tinggi tertentu. Karena adanya gravitasi benda
yang jatuh melalui medium yang berviskositas dengan kecepatan yang semakin
besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan
dicapai jika gaya gravitasi (g) sama dengan gaya tahan medium (f) besarnya
gaya tahan (frictional resistance) untuk benda yang berbentuk bola stokes.
Prinsip kerja dari viskometer bola jatuh adalah mengukur kecepatan bola
jatuh melalui cairan dalam tabung pada suhu tetap. Viskometer Hoeppler, seperti
terlihat pada Gambar, merupakan alat yang ada dalam perdagangan berdasarkan
pada prinsip ini. Pada viskosimeter Hoeppler tabungnya dipasang miring
sehingga kecepatan bola jatuh akan berkurang sehingga pengukuran dapat
dilakukan lebih teliti. Viskometer ini cocok digunakan untuk cairan yang
mempunyai viskositas yang sukar diukur dengan viskosimeter kapiler.
Selanjutnya, viskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan stokes yaitu:
η = 2r2(ρ1-ρ2)g/9v ..........................................................................................(1)
Keterangan :
r = jari-jari bola (cm)
ρ 1= bobot jenis bola
ρ 2= bobot jenis cairan
g = gaya gravitasi
v = kecepatan bola (cm.detik -1)
Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
η= B(ρ1-ρ2)t ................................................................................................. (2)
Keterangan :
B = konstanta bola
T = waktu tempuh boal jatuh(detik) (Delvina, 2011) .
Gambar 1.5 Viskometer Hoopler (lals lus, 2012)
- Viscometer cup and bob
Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antaradinding 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 di sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan
penurunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah
zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Himka, 2009).
Gambar 1.6 viskometer cup and bob (Medical analyst, 2012)
- Viscometer cone and plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan,
kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh
motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang
semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Himka, 2011).
Gambar 1.7 Viskometer Cone dan Plate (Medical analyst, 2012)
E. Hukum Stokes
Viskositas (kekentalan) fluida menyatakan besarnya gesekan yang dialami
oleh suatu fluida saat mengalir. Makin besar viskositas suatu fluida, makin sulit
suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida
tersebut. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon
(Pa.s). Pada pembahasan sebelumnya, Anda telah mengetahui bahwa fluida ideal
tidak memiliki viskositas. Dalam kenyataannya, fluida yang ada dalam kehidupan
sehari-hari adalah fluida sejati. Oleh karena itu, bahasan mengenai viskositas
hanya akan Anda temukan pada fluida sejati, yaitu fluida yang memiliki sifat-sifat
sebagai berikut.
a. Dapat dimampatkan (kompresibel);
b. Mengalami gesekan saat mengalir (memiliki viskositas);
c. Alirannya turbulen.
Zat cair dan gas memiliki viskositas, hanya saja zat cair lebih kental
(viscous) daripada gas. Dalam penggunaan sehari-hari, viskositas dikenal sebagai
ukuran ketahanan oli untuk mengalir dalam mesin kendaraan. Viskositas oli
didefinisikan dengan nomor SAE’S (Society of AutomotiveEngineer’s). Contoh
pada sebuah pelumas tertulis API SERVICE SJ SAE 20W – 50
Klasifikasi service minyak pelumas ini dikembangkan oleh API (American
Petroleum Institute) yang menunjukkan karakteristik service minyak pelumas dari
skala terendah (SA) sampai skala tertinggi (SJ) untuk mesin-mesin berbahan
bakar bensin.
Gambar 1.8 klasifikasi gaya dalam fluida (Adi, 2012)
Koefisien viskositas fluida η , didefinisikan sebagai perbandingan antara
tegangan luncur (F/A) dengan kecepatan perubahan regangan luncur ( v /l). Secara
matematis, persamaannya ditulis sebagai berikut.
η = (tegangan luncur / cepat perubahan tegangan luncur)
η = (F/A) / (v/l)
F = ηA(v/l) ...................................................................................... (3)
Nilai viskositas setiap fluida berbeda menurut jenis material tempat fluida
tersebut mengalir. Nilai viskositas beberapa fluida tertentu dapat Anda pelajari
pada Tabel berikut ini :
Tabel 1.1 Data viskositas fluida
Sumber : (Adi, 2012)
Keterangan: Poiseuille dan Poise adalah satuan viskositas dinamis, juga disebut
viskositas absolut. 1 Poiseulle (PI) = 10 Poise (P) = 1.000 cP. Benda yang
bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek yang besarnya dinyatakan
dengan persamaan:
Ff = ηv(A/l) = kηv .......................................................................................(4)
Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stoker
menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k =
6π R.
Ff = 6πrηRv ....................................................................................................(5)
Fluida Viskositas
Uap Air 100°C 0,125 cP
Air 99°C 0,2848 cP
Light Machine Oil 20°C 102 cP
Motor Oil SAE 10 50–100 cP, 65 cP
Motor Oil SAE 20 125 cP
Motor Oil SAE 30 150–200 cP
Sirop Cokelat pada 20°C 25.000 cP
Kecap pada 20°C 50.000 cP
Persamaan diatas dikenal sebagai Hukum Stokes. Gaya gesek dalam zat cair
tergantung pada koefisien viskositas, kecepatan relatif benda terhadap zat cair,
serta ukuran dan bentuk geometris benda. Jika sebuah benda berbentuk bola
(kelereng) jatuh bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya akan bertambah
karena pengaruh gravitasi Bumi hingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang
tetap. Kecepatan terbesar yang tetap tersebut dinamakan kecepatan terminal (Adi,
2012). Pada saat kecepatan terminal tercapai, berlaku keadaan
ΣF = 0
Ff + FA = mg
Ff = mg – FA
6πrηRvT = ρb.Vb.g – ρf.Vf.g
vT = [g.Vb(ρb – ρf) ] / [6πrη] ........................................................................ (6)
Pada benda berbentuk bola, volumenya vb = 4/3 πr3 sehingga diperoleh persamaan
vT =(2r2g) (ρb – ρf) / (9η) ............................................................................... (7)
dengan:
vt = kecepatan terminal (m/s),
Ff = gaya gesek (N),
FA = gaya ke atas (N),
ρb = massa jenis bola (kg/m2), dan
ρf = massa jenis fluida (kg/m3).
F. Persamaan Arhenius dan Pengaruhnya Terhadap Suhu
Adapun persamaan arhenius dapat ditunjukkan dalam persamaan
berikut ini :
Gambar 1.9 Persamaan Arhenius (Jim clarck, 2004)
Adapun keterangan dari persamaan diatas adalah sebagai berikut :
- Temperatur atau suhu, T
Agar berlaku dalam persamaan, suhu harus diukur dalam kelvin.
- Konstanta atau tetapan gas, R
Tetapan ini datang dari persamaan, pV=nRT, yang berhubungan dengan
tekanan, volume dan suhu dalam jumlah tertentu dari mol gas.
- Energi aktivasi, EA
Ini merupakan energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk
berlangsung. Agar berlaku dalam persamaan, kita harus mengubahnya menjadi
satuan Joule per mole, bukan kJ mol-1
- e
Harga dari satuan ini adalah 2.71828 … dan ini merupakan satuan matematis
seperti layaknya pi. Anda tidak perlu terlalu bingung untuk mengerti apa
artinya ini, untuk menghitung persamaan Arrhenius.
- Ekspresi, e-(EA
/RT)
Ekspresi ini menghitung fraksi dari molekul yang berada dalam keadaan gas
dimana memiliki energi yang sama atau lebih dari energi aktivasi pada suhu
tertentu.
- Faktor frekwensi, A
Kita juga dapat menyebut ini sebagai faktor pre-eksponensial atau faktor sterik.
A merupakan istilah yang meliputi faktor seperti frekwensi tumbukan dan
orentasinya. A sangat bervariasi bergantung pada suhu walau hanya sedikit. A
sering dianggap sebagai konstanta pada jarak perbedaan suhu yang kecil.
Persamaan Arrhenius didefinisikan sebagai:
........................................................................... (8)
Kita dapat mengalikan kedua sisinya dengan “ln” sehingga menjadi persamaan:
.......................................................... (9)
Kita dapat menggunakan persamaan Arrhenius untuk menggambarkan
pengaruh dari perubahaan suhu pada tetapan reaksi dan tentunya laju reaksi. Jika
misalkan tetapan laju berlipatganda, maka juga laju reaksi akan berlipat ganda.
Lihat kembali ke persamaan pada awal dari halaman ini bila Anda tidak yakin
dengan pernyataan ini.
Apa yang terjadi ketika kita menaikkan suhu sebesar 10oC ke, misalkan, dari
20oC ke 30oC (293 K ke 303 K)?
Faktor frekwensi, A, dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk
perubahaan suhu yang kecil. Kita perlu melihat bagaimana perubahaan e -(EA
/RT) –
energi dari fraksi molekul sama atau lebih dengan aktivasi energi.
Mari kita ansumsikan energi aktivasi 50 kJ mol-1. Dalam persamaan, kita
perlu menulisnya sebagai 50000 J mol-1. Harga dari konstanta gas, R, adalah 8.31
J K-1 mol-1.
Pada 20oC (293 K) harga dari fraksi adalah:
Dengan menaikkan suhu walau hanya sedikit (ke 303 K), peningkatannya:
Kita dapat melihat bahwa fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi
dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10oC. Hal ini menyebabkan laju
reaksi hamper menjadi berlipat ganda.
top related