bab i pendahuluan -...
TRANSCRIPT
13
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang praktikum viskositas dan tujuan
praktikum viskositas.
1.1 Latar Belakang
Kekentalan adalah sifat dari suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara
molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan-gesekan inilah
yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan
dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Hukum viskositas
Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka
tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas. Viskositas adalah gesekan internal. Gaya viskos melawan gerakan sebagai fluida relatif
terhadap yang lain. Viskositas adalah alasan diperlukannya usaha untuk mendayung perahu
melalui air yang tenang, tetapi juga merupakan suatu alasan mengapa dayung bisa bekerja.
Efek viskos merupakan hasil yang penting dalam pipa aliran darah. Pelumasan bagian dalam
mesin fluida viskos cenderung melekat pada permukaan zat yang bersentuhan dengannya. Diantara salah satu sifat zat cair adalah kental (viskos) dimana zat cair memiliki
kekentalan yang berbeda-beda materinya, misalnya kekentalan minyak goreng dengan
kekentalan oli. Dengan sifat ini zat cair banyak digunakan dalam dunia otomotif yaitu
sebagai pelumas mesin. Telah diketahui bahwa pelumas yang dibutuhkan tiap-tiap mesin
membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda. Viskositas juga memiliki pengaruh besar dalam dunia manufaktur, sebagai contohnya
pengaruh putaran spindel, viskositas, dan variasi cairan pendingin terhadap umur pahat HSS
pada proses bubut konvensional. Pada dasarnya dimensi keausan menentukan batasan umur
pahat. Dengan demikian kecepatan pertumbuhan keausan menentukan laju saat berakhirnya
masa guna pahat. Untuk meminimalisir terjadinya keausan tersebut, dapat digunakan sebuah
cairan pendingin yang dapat mengontrol temperatur dan membuang dengan cepat geram
hasil pembubutan. Sehingga dapat memperpanjang umur pahat. Alat untuk mengukur viskositas terbagi dalam dua jenis yaitu ada jenis digital dimana
nama alatnya adalah viskometer dan jenis manual yaitu menggunakan tabung dan bola besi
14
pejal. Metode manual ini merupakan metode awal yang digunakan untuk mengukur
viskositas suatu cairan sebelum adanya viskometer.
1.2 Tujuan Praktikum
Tujuan dilakukannya praktikum mengenai viskositas adalah sebagai berikut:
1. Untuk memahami pengertian dari viskositas.
2. Untuk memahami jenis alat, prinsip, dan cara pengukuran alat viskositas.
3. Untuk dapat menganalisa viskositas suatu fluida dari data hasil pengukuran.
4. Untuk dapat membandingkan hasil pengukuran viskositas digital dan manual.
5. Untuk memahami aplikasi viskositas dalam industri.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini akan menjelaskan terkait dengan landasan teori yang mendukung berjalannya
praktikum viskositas serta fungsi-fungsi dari alat yang digunakan untuk mengukur
viskositas.
2.1 Pengertian Viskositas
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. Viskositas atau kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-
molekul yang menyusun suatu fluida (fluida itu zat yang dapat mengalir, dalam hal ini zat
cair dan zat gas). Viskositas adalah gaya gesekan internal fluida (internal = dalam). Jadi
molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida
tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik
menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh
tumbukan antara molekul (Rian, 2013).
15
Jadi, viskositas adalah kekentalan suatu fluida yang disebabkan oleh adanya gaya
gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Viskositas juga disebut
sebagai ketahanan fluida jika menerima gaya dari luar.
𝜂 = 2𝑟2×𝑔(𝜌𝑏− 𝜌𝑓)
9𝑣 .......................................................................................................... (2-1)
Keterangan:
𝜂 = Viskositas (Pa.s)
𝑟 = Jari-jari benda (m)
𝑔 = Gravitasi bumi (m/𝑠2)
𝜌𝑏 = Massa jenis benda (kg/𝑚3)
𝜌𝑓 = Massa jenis fluida (kg/𝑚3)
𝑣 = Kecepatan benda (m/s)
2.2 Jenis Viskositas
Viskositas alias kekentalan hanya ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata itu
fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan
lain-lain. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam
kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita
dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan fluida
dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam
kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar/kaku. (Rian,
2013). Viskositas fluida yang berbeda dapat dinyatakan secara kuantitatif oleh koefisien
viskositas. Berikut ini adalah tabel viskositas untuk berbagai fluida:
Tabel 2.1
Koefisien Viskositas untuk Berbagai Fluida
Fluida Temperature (℃) Koefisien Viskositas, ᶯ (Pa.s)
Air 0 1,8 × 10-3
20 1,0 × 10-3
100 0,3 × 10-3
Oli Mesin (SAE 10) 30 200 × 10-3
Udara 20 0,018 × 10-3
Hidrogen 0 0,009 × 10-3
Uap Air 100 0,013 × 10-3
Sumber: Giancoli (2001)
2.3 Alat Ukur Viskositas Manual
Alat ukur viskositas manual yang sering digunakan adalah dengan menggunakan
viskometer bola jatuh (Hopper). Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola yang
16
terbuat dari besi melalui tabung gelas yang berisi zat cair. Berdasarkan hukum stoke yaitu
pada saat kecepatan bola maksimum, terjadi kesetimbangan sehingga gaya gesek sama
dengan gaya berat Archimedes (D. Young, 2002). Mempelajari gerak bola yang jatuh ke dalam fluida, walaupun hanya untuk mengetahui
bahwa adanya gaya kekentalan pada sebuah bola tertentu didalam suatu fluida tertentu
berbanding dengan kecepatan relatifnya. Bila fluida sempurna yang viskositasnya nol
mengalir melewati sebuah bola, atau apabila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang
diam, gari-garis arusnya akan berbentuk suatu pola yang simetris sempurna di sekeliling bola
itu. Tekanan terhadap sembarang titik permukaan bola yang menghadap arah alir datang
tepat sama dengan tekanan terhadap titik lawan. Titik tersebut pada permukaan bola
menghadap kearah aliran, dan gaya resultan terhadap bola itu nol (Sudarjo, 2008).
Gambar 2.1 Alat Ukur Viskometer Manual
2.4 Pengertian Viskometer
Viskometer adalah alat yang dipergunakan untuk mengukur viskositas atau kekentalan
suatu larutan. Kebanyakan viskometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir
melalui pipa gelas (gelas kapiler), bila cairan itu mengalir cepat maka viskositas cairan itu
rendah (misalnya cair) dan bila cairan itu mengalir lambat maka dikatakan viskositasnya
tinggi (misalnya madu). Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang
melalui tabung berbentuk silinder. Ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan
dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas.
Viskometer merupakan peralatan yang digunakan untuk mengukur viskositas suatu
fluida. Model viskometer yang umum digunakan berupa viskometer bola jatuh, tabung (pipa
kapiler), dan sistem rotasi. Viskometer rotasi silinder sesumbu (concentric cylinder) dibuat
berdasarkan 2 standar sistem, dimana silinder bagian dalam berputar dengan silinder bagian
luar diam dan sistem Couette dimana bagian luar silinder yang diputar sedangkan bagian
17
dalam silinder diam. Fluida yang akan diukur ditempatkan pada celah diantara kedua
silinder. Jadi viskometer adalah alat untuk mengukur kekentalan suatu fluida berdasarkan kecepatan
alir fluida tersebut. Nilai viskositas didapatkan dengan cara mengalirkan fluida yang akan diukur
viskositasnya dengan demikian, hambatan yang mengalami benda pemutar atau dialiri akan
diketahui dan menunjukkan besar viskositas fluida tersebut.
18
2.5 Bagian-Bagian Viskometer Digital
Gambar 2.2 Bagian Mesin Viskometer
Tabel 2.2
Fungsi Bagian Mesin Viskometer
No. Nama Bagian Fungsi 1. LCD Screen Menampilkan set up dan hasil data 2. Operating panel Mengontrol dan memasukkan perintah operasi 3. Elevation adjustment screw Mengatur ketinggian penyangga viskometer 4. Rotor connector Menghubungkan rotor dengan spindle 5. Rotor Mengaduk serta mendeteksi viskositas dan suhu 6. Protection rack for rotor Memberi jarak ruang gerak rotor dengan permukaan wadah, 7. Support stand Menyangga badan viskometer agar dapat berdiri tegak
Salah satu bagian dari alat viscometer adalah rotor. Rotor akan dipasang dan berputar di
dalam fluida, terdapat 4 jenis rotor dengan kegunaan yang berbeda bergantung pada estimasi
viskositas dari sebuah fluida itu sendiri. Dalam penentuan pemilihan rotor dan kecepatan
diperlukan tabel, berikut ini adalah tabel yang digunakkan untuk menetukan rotor beserta
kecepatan (rpm) untuk mengukur viskositas fluida:
19
Tabel 2.3 Tabel Rotor Range dan Viskositas
Rotor 0
1
2
3
4
Range
Viskositas
0.3 / 2x104
10x104
40x104
200x104
0.6 / 1x104
5x104
20x104
100x104
1.5 / 4x103
2x104
8x104
40x104
3 / 2x103
1x103
4x104
20x104
6 100 1x103
5x103
2x104
10x104
12 50 500 2.5x103
1x104
5x104
30 20 200 1x103
4x103
2x104
60 10 100 500 2x103
1x104
Sumber: Manual Book Viskometer
20
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai prosedur praktikum dan juga cara penggunaan
alat untuk mengukur viskositas.
3.1 Diagram Alir Praktikum
Berikut adalah diagram alir dari praktikum viskositas manual.
Gambar 3.1 Diagram Alir Praktikum Viskositas Manual
Berikut adalah diagram alir dari praktikum viskositas digital.
22
3.2 Prosedur Praktikum
Dibawah ini akan dijelaskan prosedur praktikum viskometer menggunakan alat manual
dan digital.
Manual
Berikut ini merupakan prosedur untuk melakukan praktikum viskositas dengan
menggunakan viskometer manual:
1. Menyiapkan bahan berdasarkan jenisnya masing-masing satu jenis bahan tersedia dalam
satu gelas.
2. Memasukkan masing-masing bahan kedalam dua tabung ukur dengan volume 1 liter
yang telah disediakan.
3. Memasukkan bola ke dalam dua fluida sebanyak 10 kali replikasi dengan mencatat
waktu jatuhnya bola hingga ke dasar tabung.
4. Mencatat hasil waktu pada worksheet.
Digital
Keterangan:
1. Oli : Rotor 1 (6 rpm)
2. Minyak : Rotor 1 (12 rpm)
Berikut ini merupakan prosedur untuk melakukan praktikum viskositas dengan
menggunakan viskometer digital:
1. Menyiapkan bahan berdasarkan jenisnya masing-masing satu jenis bahan tersedia dalam
dua gelas.
2. Memasukkan masing-masing bahan kedalam gelas beaker sebanyak 250 ml.
3. Menyiapkan peralatan viskometer dengan rotor yang sesuai dengan jenis bahan.
4. Memasangkan rotor yang akan digunakan sesuai dengan jenis bahan.
5. Menyalakan alat viskometer digital.
6. Menekan OK lalu memasukkan nomor rotor dan besar kecepatan (rpm) ke dalam alat.
7. Menurunkan rotor hingga tercelup ke dalam fluida yang digunakan.
8. Menekan OK.
9. Mencatat hasil viskositas, presentase viskositas dan suhu fluida.
10. Mengulangi dengan jenis fluida dengan rotor dan rpm yang berbeda.
23
BAB IV
LEMBAR KERJA PRAKTIKUM
Pada bab ini terdapat gambaran umum praktikum, tabel hasil pengukuran viskositas
menggunakan viskometer serta tabung dan bola, dan analisis hasil pengukuran viskositas.
4.1 Gambaran Umum Praktikum
Berikut ini adalah penjelasan mengenai benda kerja yang dilakukan pengukuran
viskositas.
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
24
4.2 Hasil Pengukuran Viskositas
Berikut ini adalah tabel hasil pengumpulan data pengukuran viskositas dengan
menggunakan alat viskometer.
Tabel 4.1
Hasil Pengukuran Viskositas menggunakan Viskometer
Bahan Rotor Rpm Suhu
(0C)
Data
Viskositas
(Mpa.s)
Persentase
(%)
Hasil Viskositas
(Mpa.s)
Oli 1
6
Minyak 12
Berikut ini adalah tabel hasil pengumpulan data pengukuran viskositas secara manual
dengan menggunakan tabung dan bola.
Tabel 4.2
Hasil Pengukuran Viskositas Menggunakan Tabung dan Bola
Bahan
Waktu Replikasi (s) Rata-rata
Waktu
dari 10
Replikasi
Viskositas
(Mpa.s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Oli
Minyak
4.3 Analisis Hasil Pengukuran Viskositas
Analisis yang didapat dari hasil pengukuran viskositas kedua cairan tersebut yaitu:
1. Jika menggunakan viskositas digital apakah ada pengaruh suhu terhadap viskositas
cairan? Jelaskan jika ada pengaruhnya!
2. Apakah ada perbedaan viskositas jika diukur dengan kecepatan (rpm) yang berbeda?
3. Apakah ada perbedaan antara pengukuran kekentalan suatu fluida berdasarkan digital
dengan manual? Jika ada apa penyebabnya?
4. Pada pengukuran viskositas manual, jelaskan hubungan antara waktu tempuh bola
dengan kekentalan suatu cairan!
5. Contoh pengaplikasian di industri menurut anda?
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
25
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
26
4.4 Soal Pra-Asistensi
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan viskositas!
2. Sebutkan dan jelaskan cara mengukur viskositas!
3. Jelaskan penerapan viskositas dalam kehidupan sehari-hari
4. Sebuah bola yang memiliki massa jenis 3400 𝑘𝑔/𝑚3 dan memiliki diameter 18 mm
dijatuhkan dalam sebuah tabung berisi sabun dengan massa jenis 890 𝑘𝑔/𝑚3. Bola
tersebut bergerak sejauh 1000 mm dengan waktu 11 detik. Berapakah nilai koefisien
viskositas pada fluida tersebut!
5. Sebuah kelereng yang berjari-jari 5,5 mm terjatuh ke dalam oli yang memiliki massa
jenis 800 kg/m3 dan koefisien viskositasnya 110 × 10−3 N.s/m2. Jika massa jenis
kelereng 1200 kg/m3, tentukan kecepatan yang dapat dicapai kelereng dalam fluida!
.........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
27
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................