Viskositas

1. VISKOSITAS

A.        Pengertian

Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas. Sehingga cairan mempuyai koefisien viskositas yang lebih besar daripada gas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur. Koefisien gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tegangan.

Viskositas (kekentalan) dapat diartikan sebagai suatu gesekan di dalam cairan zat cair. Kekentalan itulah maka diperlukan gaya untuk menggerakkan suatu permukaan untuk melampaui suatu permukaan lainnya, jika diantaranya ada larutan baik cairan maupun gas mempunyai kekentalan air lebih besar daripada gas, sehingga zat cair dikatakan lebih kental daripada gas.

Koefisien viskositas fluida atau disingkat sebagai perbandingan tegangan luncur F/A, dengan cepat perubahan tegangan luncur :

B. Dasar Teori Viskositas

Koefisien viskositas secara umum diukur dengan dua metode, yaitu :

1.   Viskositas Ostwald

Waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah tertentu cairan dicatat dan dihitung dengan menggunakan hubungan :

Karena P =  . g . h maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut :

Dimana :

P  =  tekanan hidrostatik

R  =  jari-jari kapiler / tabung

T  =  waktu aliran zat cair sebanyak volume (V) dengan beda tinggi (h)

l   =  panjang kapiler / tabung

Umumnya koefisien viskositas dihitung dengan membendingkan laju aliran cairan yang koefisien viskositasnya diketahui.

Hubungan itu adalah :

Dimana :  d . t = laju aliran

1.   Metode bola jatuh

Metode bola jatuh menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerakan aliran pekat dan hubungannya adalah :

Dimana :

b = bola jatuh atau manik-manik

g = konstanta gravitasi

Pada persamaan di atas bila digunakan perbandingan maka akan didapatkan :

dicatat dengan stopwatch. Percobaan diulangi lagi dengan cairan pembanding setelah dibersihkan. Dengan ini ditentukan t₁ dan t₂.

Viskositas suatu cairan  murni  merupakan  indeks  hambatan  air  cairan  atau larutan. Viskositas dapat diukur dengan menggunakan tabung Cannon Fenske, yaitu dengan menghitung waktu alir zat cair di dalam tabung Cannon Fenske. Cara ini juga untuk menghitung jari-jari molekul. Caranya yaitu setelah didapatkan waktu alir zat cair maka akan didapatkan viskositas dari zat cair tersebut. Selanjutnya akan didapat slope (A), akhirnya akan didapatkan jari-jari (r) dengan menggunakan persamaan :

A = 6,3 x 10²¹ x r³

Dimana :

A = slope

Persamaan tersebut didapatkan dari persamaan yang telah diturunkan oleh Einstein.

Aliran cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu :

1.   Aliran laminer  atau aliran kental

Menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil.

1.   Aliran turbulen

Menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.

Dengan kata lain pembagian ini ialah pertama bagian air yang mengalir seakan-akan mengikuti suatu garis tak putus, bik lurus maupun melengkung. Ada bagian-bagian yang alirannya berputar-putar dengan putaran yang tidak jelas ujung dan pangkalnya.

Aliran yang mengikuti suatu garis (lurus ataupun melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya disebut aliran garis arus atau dalam bahasa Inggris disebut aliran Streamline. Secara lebih cermat dikatakan bahwa aliran garis arus adalah aliran yang tiap partikel yang melalui suatu titik mengikuti suatu garis yang sama seperti partikel-partikel lain melalui titik itu. Selain itu, pada aliran garis arus arah gerak partikel-partikel itu sama dengan arah aliran secara keseluruhan. Garis yang dilalui oleh partikel-partikel itu pada aliran seperti ini disebut garis arus.

Berbeda dengan  aliran  garis  arus, ada  aliran yang  disebut  aliran  turbulent. Aliran turbulent ditandai oleh adanya aliran berputar. Ada partikel-partikel yang arah geraknya berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Jika aliran turbulent maka akan terdapat pusaran-pusaran dalam gerakannya dan lintasan partikel-partikelnya senantiasa berubah. Aliran turbulent menggambarkan laju aliran yang beasar melqlui pipa dengan diameter yang lebih besar.

Sifat dari fluida sejati adalah kompersibel, artinya volume dan massa jenisnya akan berubah bila diberikan tekanan. Selain itu juga fluida sejati mempunyai viskositas yaitu gesekan di dalam fluida sedangkan dalam anggapan fluida ideal semua sifat-sifat ini diabaikan.

Viskositas di dalam zat cair disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul dan di dalam gas disebabkan oleh pelanggaran-pelanggaran antar molekul yang bergerak dengan cepat. Terutama dalam arus turbulent, viskositas ini naik dengan cepat sekali hamper berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya. Makin besar kecepatannya, makin besar viskositasnya.

Viskositas zat cair lebih besar daripada gas. Viskositas gas sedemikian kecilnya sehingga sering diabaikan. Viskositas fluida bergantung kepada suhunya. Viskositas ini pada umumnya yaitu zat cair, yang umumnya berkurang jika suhunya naik. Tetapi sebaliknya viskositas gas lebih besar jika suhunya naik.

Lapisan-lapisan gas atau zat cair yang mengalir saling berdesakan. Karena itu terdapat gaya gesek yang bersifat menahan aliran yang besarnya tergantung dari kekentalan zat cair tersebut.

Dimana :

=  angka kental dinamis

G         =  gaya gesek

A         =  luas lapisan

dV       =  beda kecepatan antara dua lapisan berjarak dY

dV/dY             =  gradient kecepatan

Pengukuran viskositas merupakan cara termudah dalam menentukan berat molekul dan jari-jari molekul. Diantaranya, yaitu untuk menentukan viskositas dapat digunakan :

1.   Viskometer Oswald

Digunakan untuk menentukan viskositas dari suatu cairan dengan menggunakan air sebagai pembandingnya. Caranya yaitu dengan membandingkan waktu alir dan berat jenis cairan yang akan ditentukan dengan berat jenis cairan dan waktu alir.

Persamaan, yaitu :

Dimana :

Hubungan antara viskosits dan suhu pertama kali ditemukan oleh Carransicle pada tahun 1913.

Pada viskositas Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu mengaliri pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh gaya beratnya sendiri.

Pengukuran viskositas merupakan cara termudah dan termurah dalam menentukan berat molekul makro. Persamaan yang digunakan dalam pengukuran viskositas dengan viscometer ostwald adalah :

Pengukuran viskositas mempunyai beberapa bentuk diantaranya adalah :

1.   Viskositas spesifik      =    =

2.   Viskositas reduksi       =  =

3.   Viskositas intrinsik      =    = limit

C         0

Dimana : C = konsentrasi makro molekul (gr/100 ml)

Einsteinlah yang pertama kali menghubungkan viskositas dengan berat molekul yaitu pada tahun  1906. Einstein  memperlihatkan  bahwa  viskositas  larutan molekul membentuk bulatan yang encer dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Dimana :  = fraksi volume zat terlarut makro molekul

Dengan menyusun kembali persamaan di atas, diperoleh :

Karena makro molekul biasanya tidak berbentuk bulat maka sp/ pada persamaan di atas mempunyai nilai lebih besar dari 2,5.

C.        Hukum Stokes

Benda bulat dengan radius r dan rapat adalah d yang jatuh karena gaya gravitasi    melalui fluida dengan rapat d_m akan dipengaruhi gaya sebagai berikut :

f₁  =  4/3  r³ ( d – d_m ) g

Benda yang jatuh mempunyai kecepatqan yang makin lama makin besar tetapi dalam medium ada gaya gesek yang  makin  besar  bila  kecepatan benda  jatuh makin besar. Pada saat kesetimbangan, besarnya kecepatan benda jatuh adalah tetap (v konstan). Menurut George Stokes, untuk benda bulat tersebut besarnya gaya gesek pada saat kesetimbangan adalah :

f₂  =  6  r  V

f₁  =  f₂

                4/3 r³ ( d – d_m ) g  =  6 r  V

Rumus ini berlaku bila jari-jari benda yang jatuh relative besar bila dibandingkan dengan jarak antara molekul-molekul fluida.

Rumus Stokes inilah yang merupakan dasar viskositas atau viscometer bola jatuh. Viscometer ini tersiri dari gelas silinder dengan cairan yang akan diteliti dan dimasukkan dalam thermostat.

Bola baja dengan rapat d dan diameter r dijatuhkan ke dalam tabung dan waktu yang diperlukan untuk jatuh di antara dua tanda a dan b dicatat dengan stopwatch.

D.        Pengaruh Temperatur Terhadap Viskositas

Viscositas merupakan besaran yang harganya tergantung terhadap temperatur. Pada kebanyakan fluida cair, bila temperatur naik viscositas akan turun, dan sebaliknya bila temperatur turun maka viscositas akan naik. Pada

Dinyatakan dengan rumus:

;  A dan B tetapan untuk cairan tertentu

T  =  Temperatur mutlak

Rumus ini dapat dipakai untuk cairan murni, adapun rumus untuk sistem beberapa cairan adalah:

;  A, B dan C adalah tetapan

2. GLISEROL

Gliserol adalah senyawa organik, juga biasa disebut gliserin, propana-1,2,3-triol, 1,2,3-propanetriol, 1,2,3-trihydroxypropane, glyceritol dan glycyl alkohol. Gliserol tidak berwarna, tidak berbau, cairan kental yang banyak digunakan dalam formulasi farmasi. Gliserol memiliki tiga hidrofilik kelompok hidroksil yang bertanggung jawab atas kelarutannya dalam air dan higroskopik alam. Gliserol substruktur adalah komponen utama dari banyak lipid. Gliserol ini berasa manis dan toksisitas yang rendah.

Gliserol memiliki rumus molekul C₃H₅ (OH)₃. Adapun massa molar gliserol adalah 92,09382 g / mol. Penampilannya jernih, tak berwarna, higroskopik dan memiliki bau. Kepadatan dari gliserol ini adalah 1,261 g / cm ³. Gliserol memiliki titik lebur 18 ° C (64,4 ° F) dan titik didih 290 ° C (554 ° F). Indeks biasnya adalah 1,4746 dan memiliki vsikositas 1,5 Pa s.

Sifat – sifat fisik dari Gliserol adalah sebagai berikut : Seperti ethylene glycol dan Propylene glycol, dilarutkan dalam air, gliserol mengganggu ikatan hidrogen antara molekul-molekul seperti campuran sedemikian rupa sehingga tidak dapat membentuk struktur kristal yang efektif kecuali suhu diturunkan secara signifikan. Titik beku minimum adalah sekitar 60-70% gliserol dalam air, seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Demikian, glycerol memiliki sifat anti-freeze.

Gliserol Freezing Point

Persen Gliserol (wt.%)	Freezing Point (° F / ° C)
0	32 / 0
10	29,1 / -1,6
20	23,4 / -4,8
30	14,9 / -9,5
40	4,3 / -15,4
50	-7,4 / -21,9
60	-28,5 / -33,6
70	-36 / -37,8
80	-2,3 / -19,1
90	29,1 / -1,6
100	62,6 / 17,0

Namun, gliserol lebih sulit untuk ditangani dalam bentuk murni karena viskositas tinggi. Gliserol berperilaku mirip dengan sirup, bukan karena berat molekul tinggi, tapi, sekali lagi, karena ikatan hidrogen. Gliserol dapat membentuk 3 ikatan hidrogen, sehingga tahan terhadap aliran.

Gliserol Viscosity

Suhu (° F / ° C)	Viskositas (cP)
25,7 / -3,5	8600
29,3 / -1,5	7300
34,6 / 1,4	6660
41,4 / 5,2	6040
57,8 / 14,3	4520
66,8 / 19,3	4100
72,3 / 22,4	4100
75,3 / 24,1	4080

http://sofyanida.blogspot.com