Viskositas

BAB I

PENDAHULUAN

1.1     Latar belakang

Dalam operasi industry banyak sekali dijumpai aplikasi penerapan prinsip aliran fluida baik dalam saluran tertutup pada suatu pipa atau pun saluran terbuka. Penanganan bahan fluida memerlukan pengetahuan khusus mengenai sifat-sifat fluida tersebut agar dalam proses penagannnya tidak mengalami permasalahan atau kerusakan pada fluida tersebut. Salah satu sifat tersebut adalah mengenai keketalan fluida yang dikenal dengan viskositas. Pada bidang pertanian khususnya saat proses pengolahan hasil pertanian banyak sekali bahan-bahan yang pengelolaannya menggunakan penerapan viskositas.

Dengan demikian pengetahuan viskositas suatu bahan sangatlah penting guna mempermudah proses penagannya dalm melakukan suatu operasi industry. Sehingga praktikum mengenai viskositas ini sangat mambantu praktikan sebagai calon sarjana teknik pertanian dalam mempelajari sifat aliran fluida untuk diaplikasikan dalam proses pengolahan hasil pertanian. Selain itu dengan mengetahui sifat fluida ini, akan mempermudah praktikan dalam menentukan perlakuan pada suatu fluida dengan memperhaitkan sifat viskositas.

1.2     Tujuan praktikum

Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut:

1.      Mempelajari viskositas suatu bahan

2.      Mengitung viscositas suatu bahan dengan menggunakan viscometer

3.      Menentukan sifat fluida berdasarkan viskositanya

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1     Viskositas

Viskositas merupakan ukuran resistensi fluida terhadap aliran. Viskositas menentukan besarnya gaya yang diperlukan agar fluida tersebut mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas dapat dikatakan sebagai sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawahtekanan shear. Biasanya dikatakan sebagai kekentalan, atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikirkan sebagai sebuah cara untuk mengukur  gesekan fluida. Air memiliki viskositas yang rendah sedangkan pada minyak .sayur memiliki viskositas tinggi.

Ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah benda padat, badan itu akan berubah bentuk sampai mengakibatkan gaya yang berlawanan untuk mengimbangkan, sebuah ekuilibrium. Namun, ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah fluid, seperti angin bertiup di atas permukaan samudra, fluid mengalir, dan berlanjut mengalir ketika tekanan diterapkan. Ketika tekanan dihilangkan, umumnya, aliran berkurang karena perubahan internal energi Aliran fluida terjadi karena adanya gaya yang diberikan pada fluida yang menyebabkan bergerak pada kecepatan tertentu dan besarnya gaya tergantung dari viskositas. Aliran terjadi jika molekul-molekul fluida saling bergeseran satu sama lainnya dalam arah tertentu pada suatu bidang datar.

Adanya pergeseran tersebut karena adanya perbedaan kecepatan antar molekul yang berdekatan (velocity gradient). Gradient Kecepatan (-dV/dr, Υ) disebabkan oleh resistensi yang dikeluarkan oleh molekul fluida karena adanya gaya dan mengakibatkan pergeseran satu molekul lebih cepat dari moekul yang lain.

Resistensi suatu bahan untuk mengalir atau berdeformasi disebut dengan Stress atau Shear Stress (σ). Gradient Kecepatan adalah ukuran seberapa cepat sebuah molekul bergeser satu dengan yang lainnya, sehingga disebut juga Rate of Shear (Laju Geser, Y).

Fluida Newtonian mempunyai viscositas konstan dan tidak tergantung pada laju geser. Fluida yang mempunyai karakteristik menyimpang dari sifat di atas disebut Fluida Non-newtonian.

F/A = σ = µ dV/dy

µ = DYNAMIC VISCOSITY   

Satuan:

Poise ; Pa.det ; N.det/m²

1 Poise      = 100 centipoise = 10^-3 Pa.det.

                 = 100 g/m.det = 0.1 N.det/m²

Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton disebut fluida Newtonian

τ = µ (- )

 τ  = tegangan geser/shear stress

µ   = viskositas fluida

dv/dy        = Laju geser, laju regangan/strain atau gradien kecepatan

Seluruh gas dan kebanyakan zat cair yang mempunyai rumus molekul yang lebih sederhana dan berat molekul yang rendah seperti: air, benzena, ethyl alcohol, hexane dan sebagian besar larutan dengan molekul sederhana merupakan fluida Newtonian.

Fluida yang menyimpang dari Hukum Viskositas Newton disebut fluida Non-Newtonian.

Persamaan Power Law Model:

                                          τ = K (Y)ⁿ 

Persamaan Herschel-Bulkley:

                                          τ = τ_o + K (Y)ⁿ

τ_o  = Yield Stress

K  = Consistency Index

n   = Flow behaviour index

Gambar Grafik jenis-jenis fluida beradasrkan viskositasnya

Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas suatu bahan, ialah:

a. Suhu

Viskositas dan suhu memiliki perbandingan terbalik, dimana semakin tinggi suhu maka viskositas dari bahan tersebut akan semakin tinggi.

b. Konsentrasi

Biasanya terjadi hubungan langsung non-linier antara konsentrasi dan viskositas suatu larutan pada suhu tertentu. Semakin besar konsentrasi suatu bahan maka viskositasnya semakin besar.

c. Tekanan

Viskositas pada bahan pangan tidak terlalu dipengaruhi oleh tekanan.

d. Berat molekul

Terjadi hubungan langsung non-linier antara berat molekul dan viskositas larutan pada konsentrasi yg sama.

2.2     Indeks kekentalan atau indeks viskositas 

Indeks viskositas  adalah perubahan nilai viskositas akibat adanya perubahan temperatur. Perubahan ini timbul akibat adanya perubahan ikatan molekul yang menyusun fluida tersebut. Akibatnya, apabila sebuah fluida, misalnya minyak pelumas, dikenakan sebuah temperatur yang berbeda, maka kekentalannya akan berubah.

Perubahan tersebut tergantung dari sifat fisika maupun kimia fluida tersebut. Ada fluida yang jika terkena temperatur tinggi akan semakin mengental dan ada pula yang semakin encer. Dari hal itulah maka untuk memilih sebuah pelumas untuk sebuah mesin tidak bisa sembarangan tetapi harus disesuaikan dengan mesin tersebut.

2.3     Bingham atau Plastic

Resisten terhadap tegangan geser yang kecil namun akan mengalir dengan mudah bila diberikan tegangan geser awal (τ_o ) yang lebih besar, contoh: Odol, Jeli, beberapa jenis slurries.

2.4     Pseudoplastic

Kebanyakan fluida non-Newtonian masuk ke dalam katagori ini. Viskositasnya menurun dengan meningkatnya velocity gradient, contoh: larutan polymer, darah.

Pseudoplastic fluids disebut juga  sebagai Shear thinning fluids, dimana pada tegangan geser (dV/dy) yang rendah fluida ini lebih kental dibandingkan fluida Newtonian, dan pada tegangan geser yang tinggi  akan berkurang viskositasnya.

2.5     Dilatant

Viskositas fluida meningkat dengan meningkatnya velocity gradient. Fluida ini tidak umum ditemukan dalam industri pertanian , namun suspensi pati memiliki karakteristik seperti ini. Fluida ini juga disebut sebagai  shear thickening fluids.

2.6     Bingham pseudoplastic / Hersley-Buckley / Casson Type

Kombinasi antara fluida bingham dengan pseudoplastic dimana memerlukan tegangan geser awal  untuk mulai bergerak, dan setelah bergerak akan menurun viskositasnya sejalan dengan meningkatnya velocity gradient.

Tergantung dari bagaimana viskositasnya berubah karena waktu sejalan dengan diaplikasikannya tegangan geser, fluida ini mempunyai karakteristik, sebagai berikut:

-                 thixotropic    (time thinning, yaitu viskositasnya menurun terhadap waktu)

-                 rheopectic    (time thickening, yaitu viskositasnya meningkat terhadap waktu)

-                 Visco-elastic fluids  Beberapa jenis fluida mempunyai sifat elastis, yaitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangan geser dihentikan.

BAB III

METODELOGI PRAKTIKUM

3.1     Alat dan bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut

1.      Viscometer

2.      Gelas

3.      Thermometer

4.      Oven

5.      Reprigerator

6.      Lap

7.      Saus tomat ( tiga merk)

8.      Kecap ( tiga merk)

3.2     Prosedur praktikum

Adapun prosedur praktikum yang dilaksanakan adalah sebagai berikut

1.      Memasang peralatan viscometer

2.      Memasaukan bahan ke dalam gelas setinggi ± 5 cm

3.      Mengukur suhu bahan

4.      Melakukan percobaan untuk masing-masing bahan

5.      Menuliskan hasil percobaan pada tabel pengamatan

6.      Memplotkan pada kertas grafik

7.      Menentukan tipe bahan berdasarkan viscositas saus tomat dan kecap

8.      Menentukan bahan apakah termasuk shear tickening atau shear thinning

BAB IV

HASIL PERCOBAAN

Spesifikasi alat viscometer yang digunakan :

Jumlah putaran : 12 rpm

Tipe spindle       : 64

Faktor pengali   : 500

Tabel hasil praktikum

No	Nama bahan	Perlakuan	Suhu	Viscositas (Pa.s)
1	Kecap sedang	Dingin	4 oC	18,25
		Sedang	25 oC	2,5
		Panas	49 oC	1,5
2	Kecap ABC	Dingin	1oC	17,8
		Sedang	24 oC	1,75
		Panas	31 oC	1
3	Kecap Bango	Dingin	2 oC	18,4
		Sedang	24,5 oC	1,9
		Panas	31 oC	1,15
4	Sambel Asli	Dingin	2 oC	36,25
		Sedang	24,5 oC	33,25
		Panas	31 oC	32,8
5	Saus ABC	Dingin	3 oC	37
		Sedang	24,5 oC	23,5
		Panas	29,5oC	18,5

BAB V

PEMBAHASAN

Pengukuran viskositas ini menggunakan alat yang dinamakan viscometer. Spesifikasi viscometer pada praktikum ini menggunakan kecepatan putar spindle sebesar 12 rpm, dan tipe spindelnya 64 serta faktor pengalinya sebesar 500. Pada praktikum ini diukur berbagai viskositas bahan berupa kecap sedap, kecap ABC, kecap Bango, dan Sambel Asli serta Saus ABC. Kelima bahan tersebut akan dibandingkan nilai viskositasnya berdasarkan pengaruh suhu sebagai perlakuannya. Proses pengukurannya pertama kali bahan dimasukan ke gelas yang telah disediakan, dan diukur suhu bahannya. Spindle kemudian dimasukan pada gelas yang telah berisi bahan tersebut. Setelah semua alat viscometer siap digunakan dan posisi spindle telah pada gelas maka dilakukan pengukuran viskositas dengan menjalankan alat tersebut. Setelah jarum indicator pada viscometer seimbang menunjukan pada angka tertentu kemudian dilihat besar viskositasnya dan selanjutnya tinggal dikalikan dengan faktor pengali sebesar 500 maka akan didapatkan viskositas bahan. Kemudian untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap viskositas pada suatu benda, selanjutnya setelah pengukuran viskositas pada suhu sedang dilakukan, bahan-bahan tersebut didinginkan dan diukur viskositasnya.

Hasail pengukuran tersebut didapatkan viskositas setiap bahan pada setiap perbedaan suhu. Pada pengukuran pertama digunakan bahan kecap Sedap, saat suhu dingin sebesar 4 ^oC didapatkan viskositasnya 18,5 Pa.s dan pada kondisi suhu sedang saat 25 ^oC viskositasnya menurun menjadi 2,5 Pa.s, sedangkan pada suhu panas sekitar 49 ^oC didapatkan viskositas yang lebih kecil sekitar 1,5 Pa.s. Pada bahan selanjutnya adapah pengukuran kecap ABC,  awalnya kecap tersebut pada kondisi normal dengan suhu 24 ^oCdilakukan pengukuran viskositas, didapatkan hasilnya sekitar 1,75 Pa.s dan kemudian kecap ABC ini dipanaskan hingga suhu 31 ^oC dan viskositasnya sebesar 1 Pa.s. Perlakuan terakhir kecap ABC didinginkan hingga suhu 1 ^oC, pada kondisi tersebut didapatkan viskositas sebesar 17,8 Pa.s. Setelah kecap sedap dan kecap ABC, pengukuran dilanjutkan pada bahan kecap Bango, pada awalnya sat kondisi normal suhu 24,5 ^oC viskoitasnya sebesar 1,9 Pa.s dan kemudian kecap Bango dipanaskan hingga suhu 31 ^oC lalu viskositsnya berubah menjadi 1,15 Pa.s. Setelah itu kecap Bango didinginkan hingga suhunya mencapai 2 ^oC dan setealh diukur, viskositanya menjadi 18,4 Pa.s. Bahan keempat yang viskositasnya diukur adalah Sambel Asli, seperti bahan lainnya, pertama kali Sambel Asli pada keadaan normal dengan suhu 24,5 ^oC didapatkan viskositasnya sebesar 33,25 Pa.s dan kemudian Sambel Asli tersebut dipanaskan hingga suhunya menjadi 31 ^oC, saat tersebut viskositas bahan menjadi 32,8 Pa.s, sedikit lebih encer dari pada saat kondisi normal. Perlakuan selanjutnya Sambel Asli didinginkan hinga suhunya mencapai 2 ^oC dan setelah diukur viskositasnya meningkat menjadi 36,25 Pa.s Bahan kelima yang diukur viskositasnya adalah Saus ABC. Awalnya Saus ABC diukur viskositasnya pada kondisi normal  suhu 24,5 ^oC dan didapatkan viskositasnya sebesar 23,5 Pa.s. Perlakuan selanjutnya Saus ABC dipanaskan hingga mendapatkan suhu 29,5 ^oC dan diviskositasnya setealh diukur menjadi 18,5 Pa.s. Kemudian Saus ABC didinginkan hingga suhunya menjadi 3 ^oC dab viskositasnya berubah menjadi 37 Pa.s.

Berdasarkan literature, pengaruh suhu terhadap viskositas adalah akan berbanding terbalik, pada saat suhu dinaikan, viskositas suatu bahan akan menurun dan begitu pula sebaliknya jika bahan didinginkan maka viskositas bahan tersebut akan menjadi meningkat. Pada kelima bahan yang diukur, semua hasil menunjukan hubungan berabnding terbalik antara suhu dan viskositas bahan sesuai dengan literatur. Pada kecap Sedap saat suhu dinaikan sebesar 24 ^oC viskositasnya berubah sebesar 1Pa.s dan saat suhu diturunkan 21 ^oC viskositasnya menjadi lebih besar dari keaadaan normal sebesar 15,75 Pa.s. Bagitu pula pada kecap ABC saat suhu dinaikan sebesar 7 ^oC dari keadaan normal viskositasnya menurun sebesar 0,75 Pa.s. Sedangkan saat suhu diturunkan sebesar 23 ^oC, viskositas kecap ABC meningkat sebesar 16,05 Pa.s. Hal yang sama terjadi pada kecap Bango dengan perlakuan suhu dinaikan sebesar 6,5 ^oC viskositas menurun sebesar 0,75 Pa.s dan saat suhu diturunkan sbesar 22,5 ^oC viskositasnya meningkat sebesar 16,5 Pa.s. Pada Sambel Asli juga terjadi hal yang sama dengan bahan lainya dan sesuai dengan literature, saat suhu dinaikan sebesar 5 ^oC dari suhu normal viskositasnya menurun sebesara 5 Pa.s dan saat suhu diturunkan 21,5 ^oC dari suhu normal, viskositasnya meningkat 13,5 Pa.s. Bhan yang dipanaskan partikel-partikel penyusunya akan memuai dan meingkatkan tumbukannya sehingga ikatan kohesi antar partikel akan menjadi kecil mengakibatkan bahan menjadi lebih encer. Sedangkan saat didinginkan partikel-partikel penyususun bahan akan mengkerut dan menurunkan tumbukanya sehingga ikatan antar partikel akan lebih kuat yang menyebabkan bahan menjadi lebih kental.

Semua bahan yang diuji menunjukan karakteristik yang sama yaitu mengalami kenaikan viskositas saat bahan didinginkan dan mengalami penurunan viskositas saat bahan dipanaskan. Hal tersebut menunjukan bahwa kecap dan suas merupakan fluida sejenis. Berdasarkan literature bahwa fluida yang apabila suhunya dinaikan viskositanya semakin menurun, maka fluida tersebut termasuk bahan Shear thinning. Dengan demikain dilihat dari hubungan suhu dan viskositas, kelima bahan yang diuji dapat disimpulkan bahwa bahan yang mempunyai viskositas yang paling tinggi adalah Sambel Asli dan yang paling rendah adalah kecap ABC serta dapat disimpulkan juga bahwa kelima bahan terebut merupakan bahan yang bersifat shear thinning.

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1     Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan dalam praktikum ini dapat dismpulkan sebagai berikut:

·         Dari kelima bahan yang diuji Sambel Asli memiliki viskositas yang paling besar sedangkan terkecil adalah kecap ABC

·         Hasil pengukuran menunjukan hubungan berbanding terbalik antara pengaruh suhu terhadap besarnya viskositas

·         Kelima bahan yang diukur viskositasnya dapat dikatakan termasuk ke dalam tipe shear thinning

6.2     Saran

Adapun saran yang dapat diberikan praktikan pada kesempatan ini adalah sebagai berikut:

·         Saat pengukuran suhu, thermometer tidak boleh menyentuh dinding dan alas gelas karena akan mempengaruhi pembacaan suhu bahan

·         Pada saat spindle dimasukan ke dalam bahan, sebelum dilakukan pengukuran sebaiknya diperiksa dahulu apakah pada daerah spindle benar-benar dipadati oleh bahan atau masih kosong agar pengukuran sesuai dengan sifat bahan.

·         Selain perlakuan suhu, untuk menyakinkan tipe suatu bahan sebaiknya dilakukan dua jenis percobaan, yaitu dengan mengukur viskositas menggunakan prinsip aliran dalam selang atau pipa

DAFTAR PUSTAKA

R., Dadi, Sudaryanto dan dkk.Penuntun Praktikum Satuan Operasi Industri, 2007, FTIP UNPAD

http://id.wikipedia.org/wiki/Indeks_viskositas diakses pada tanggal 4 Mei 2011 pukul 21.10

http://belajarviskositas.blogspot.com/ diakses pada tanggal 4 Mei 2011 pukul 21.25

R Jesika dkk.2009. Sifat Bahan Pangan Sumber: http://jesikariyanselina.blogspot.com/2009_09_01_archive.html. Diakses pada tanggal 5 Mei 2011 Pukul 18.30

Diliyanti. Fiska Farmasi. Sumber : http://morehigher.blogspot.com/2009_09_01_archive.html diakses pada tanggal 5 Mei 2011 Pukul 18.40