Viskositas PDF

Preview

Summary

ABSTRAK Tujuan dari percobaan viskositas ini adalah untuk menghitung harga koefisien viskositas dan densitas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilkdengan variabel suhu sebesar 30 o C, 35 oC, dan 40 oC menggunakan Viskometer Ostwald. Prosedur yang digunakan untuk menentukan harga koefis...

Description

ABSTRAK Tujuan dari percobaan viskositas ini adalah untuk menghitung harga koefisien viskositas dan densitas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilkdengan variabel suhu sebesar 30 o C, 35 oC, dan 40 oC menggunakan Viskometer Ostwald. Prosedur yang digunakan untuk menentukan harga koefisien viskositas dari aquadest, susu kental Indomilk, dan santan Kara adalah memasukkan aquadest ke dalam Viskometer Ostwald yang diletakkan dalam water bath dan mengondisikan cairan pada variabel suhu 30˚C.Selanjutnya menyedot cairan hingga melewati batas atasViskometer Ostwald. Setelah itu biarkan cairan mengalir ke bawah hingga tepat pada batas atas.Saat aquadest melewati batas atas viskometer, catat waktu yang diperlukan aquadest untuk mengalir dari batas atas ke batas bawah dengan menggunakan stopwatch.Mengulangi percobaan tersebut dengan mengganti aquadest dengan variabel cairan yang lainnya,yaitu santan Kara dan susu kental Indomilk. Selain menentukan harga koefisien viskositas, dalam percobaan ini juga dihitung nilai densitas dari sampel. Prosedur yang dilakukan adalah mengondisikan aquadest pada suhu 30˚C. Lalu menimbang massa piknometer kosong dengan menggunakan timbangan elektrik. Masukkan aquadest10 ml yang sebelumnya telah diukur dengan menggunakan gelas ukur ke dalam piknometer kosong. Setelah itu timbang massa total piknometer dan aquadestdengan cara mencari selisih massa antara massa total dan massa piknometer kosong. Setelah itu densitas aquadest dapat dihitung dengan cara membagi massa aquadest dengan volume aquadest.Mengulangi langkah-langkah tersebut dengan mengganti aquadest dengan susu kental Indomilk dan santan Kara dalam suhu 35 oC dan 40 oC Dari percobaan ini didapat harga viskositas dan densitas aquadest pada suhu 30 oC adalah 161,07 cp dan 0,85 gr/ml, pada suhu 35 oC adalah 139,9 cp dan 0,75 gr/ml, serta pada suhu 40 oC adalah 112,75 cp dan 0,75 gr/ml. Untuk harga viskositas dan densitas santan Kara pada suhu 30 oC adalah 3.790,5 cp dan 1 gr/ml, pada suhu 35 oC adalah 4.960,94 cp dan 0,65 gr/ml,serta pada suhu 40 oC adalah 5.648,17 cp dan 0,75 gr/ml. Sedangkan untuk harga viskositas dan densitas susu kental Indomilk pada suhu 30 oC adalah 59.756,74 cp dan 1,25 gr/ml, pada suhu 35 oC adalah 24.428,85 cp dan 1,15 gr/ml, serta pada suhu 40oC adalah 17.019,66 cp dan 0,95 gr/ml.Hubungan viskositas dengan densitas adalah sebanding. Jika harga viskositas naik maka harga densitas pun akan naik, begitupun sebaliknya. Sedangkan hubungan viskositas dengan suhu adalah berbanding terbalik, semakin tinggi suhu suatu zat cair, maka harga viskositas akan semakin kecil begitu pula sebaliknya. Untuk hubungan antara densitas dengan suhu, semakin tinggi suhu suatu zat cair, maka harga densitas akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya.Dalam praktikum ini, urutan koefisien viskositas dan densitas dari yang terkecil sampai terbesar adalah aquadest, santan, dan susu kental Indomilk. Kata Kunci : densitas, viskositas, aquadest, santan Kara, susu kental Indomilk, viskometer Ostwald, piknomter

i

BAB I PENDAHULUAN I.1

Latar Belakang Dalam setiap fluida, gas atau cairan, masing masing memiliki suatu sifat yang dikenal dengan sebutan viskositas. Viskositas atau kekentalan suatu zat cair adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya gesek. Viskositas cairan akan menimbulkan gesekan dalam cairan fluida karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan. Salah satu cara untuk menentukan viskositas cairan adalah metode kapiler dari Poiseulle. Metode Ostwald merupakan suatu variasi dari metode Poiseulle. Metode Viskositas Ostwald adalah salah satu cara untuk menentukan harga kekentalan dimana prinsip kerjanya berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan untuk dapat mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Viskositas sendiri banyak digunakan dalam dunia industri untuk mengetahui koefisien kekentalan zat cair. Dari perhitungan itu dapat dihitung berapa seharusnya kekentalan yang dapat digunakan dalam mengomposisikan zat fluida itu dalam sebuah larutan. Contoh penggunaan viskositas adalah dalam dunia industrl oli mobil. Oli memiliki kekentalan yang lebih besar daripada zat cair lain. Dengan mengetahui komposisi dari oli tersebut, penerapan viskositas sangat berpengaruh dalam menjaga kekentalan oli tetap terjaga selama proses produksi. Pada percobaan ini kita akan mempelajari tentang pengaruh suhu terhadap viskositas cairan. Cairan yang digunakan dapat bermacam-macam, namun pada percobaan ini cairan yang digunakan adalah santan Kara dan susu kental Indomilk, sedangkan air sebagai pembanding. Dengan melakukan percobaan ini kita akan mengetahui cairan mana yang memiliki viskositas tertinggi maupun cairan yang memiliki viskositas terendah

I.2

Rumusan Masalah 1. Bagaimana cara menghitung harga koefisien viskositas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilk pada variabel suhu 30˚C, 35˚C, dan 40˚C dengan menggunakan Viskometer Ostwald?

I-1

I-2 Bab I Pendahuluan 2. Bagaimana cara menghitung densitas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilk pada variabel suhu 30˚C, 35˚C, dan 40˚C ? I.3

Tujuan Percobaan 1. Untuk menghitung harga koefisien viskositas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilk dengan pada variabel suhu 30˚C, 35˚C, dan 40˚C dengan menggunakan Viskometer Ostwald. 2. Untuk menghitung densitas dari aquadest, santan Kara, dan susu kental Indomilk dengan pada variabel suhu 30˚C, 35˚C, dan 40˚C .

Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori Fluida adalah

suatu

zat yang

bisa

mengalami

perubahan-perubahan

bentuknya secara continue/terus-menerus bila terkena tekanan/gaya geser walaupun relatif kecil atatu bisa juga dikatakan suatu zat yang mengalir, kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat-zat ini dapat mengalir.Sebaliknya batu dan benda-benda keras (seluruh zat-zat padat tidak dapat dikategorikan sebagai fluida karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara continue) (Anonim, 2013). Fluida adalah gugusan yang tersusun atas molekul - molekul dengan jarak pisah yang cukup besar untuk gas dan jarak pisah yang cukup kecil untuk zat cair. Molekul - molekul tersebut tidak dapat terikat pada suatu sisi, melainkan zat-zat tersebut saling bergerak bebas terhadap satu dengan yang lainnya (Anonim, 2013). Fluida merupakan salah zat-zat yang bisa mengalir yang mempunyai partikel kecil sampi kasat mata dan mereka dengan mudah untuk bergerak serta berubah-ubah bentuk tanpa pemisahan massa (Anonim, 2013). Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang (Anonim, 2013). Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus menerus bila terkena tegangan geser suatu fluida adalah suatu zat yang mengembanghingga memenuhi bejana. Fluida selalu mengalir bila dikenai bekas pengubah zat cair, fluida diartikan dengan mempunyai volume tertentu tapi bentuk tertentu itu mengalir menyesuaikan dengan bentuk wadah. Zat cair mempunyai volume tertentu Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebaliknya dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju (V) untuk luas penampang keping A adalah F.ZAV (Ghozian, 2008). Adapun jenis cairan dibedakan menjadi dua tipe, yaitu cairan newtonian dan nonnewtonian. 1. Cairan Newtonian Cairan newtonian adalah cairan yang viskositasnya tidak berubah dengan berubahnya gaya irisan, ini adalah aliran kental (viscous) sejati. Contohnya: Air, minyak, sirup, gelatin, dan lain-lain. Shear rate atau gaya pemisah viskositas berbanding lurus dengan shear stresss secara proporsional dan viskositasnya

II-1

II-2 Bab II Tinjauan Pustaka merupakan slope atau kemiringan kurva hubungan antara shear rate dan shear stress. Viskositas tidaktergantung shear rate dalam kisaran aliran laminar (aliran streamline dalam suatu fluida). Cairan newtonian ada 2 jenis, yang viskositasnya tinggi

disebut

“Viscous”

dan

yang

viskositasnya

rendah

disebut

“Mobile”(Imfrantoni, 2006). 2. Cairan Non-Newtonian Yaitu cairan yang viskositasnya berubah dengan adanya perubahan gaya irisan dan dipengaruhi kecepatan tidak linear.Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas, hingga cairan mempunyai koefisien viskositas yang lebih besar daripada gas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur, sedang viskositas cairan turun dengan naiknya temperatur (Imfrantoni, 2006).

Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Jadi, semakin kental cairan semakin tinggi juga viskositas cairan tersebut. Namun, juga dapat diartikan sebagai indeks hambatan alir cairan. Beberapa zat cair dan gas mempunyai sifat daya tahan terhadap aliran ini, dinyatakan dengan Koefisien Viskositas (Gina, 2009). Pengertian viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar partikel zat cair (Gina, 2009). Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan kecilnya tahan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai viskositas rendah, misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang mempunyai viskositas yang lebih besar (Anonim, 2009).

Gejala ini dapat dianalisis dengan mengintrodusir suatu besaran yang disebut kekentalan atau viskositas (viscosity). Oleh karena itu, viskositas berkaitan dengan gerak relatif antar bagian-bagian fluida, maka besaran ini dapat dipandang sebagai ukurantingkat kesulitan aliran fluida tersebut. Makin besar kekentalan suatu fluida makin sulit fluida itu mengalir (Anonim, 2010). Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-3 Bab II Tinjauan Pustaka Adanya zat terlarut makromolekul akan menaikkan viskositas larutan. Bahkan pada konsentrasi rendahpun, efeknya besar karena molekul besar mempengaruhi aliran fluida pada jarak yang jauh. Viskositas intrinsik merupakan analog dari koefisien virial dan mempunyai dimensi =[1/konsentrasi] (Atkins, 1996).

Viskositas suatu cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan alir cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas (Anonim,2009). Aliran cairan dapat dikelompokkan ke dalam dua tipe. Yang pertama adalah aliran “laminar” atau aliran kental, yang secara umum menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Aliran yang lain adalah aliran “turbulen”, yang menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar (Maroon, 1990). Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energi tertentu. Sesuai hukum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang memiliki energi yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh faktor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik. h = A e-E/RT

(Gina, 2010).

A merupakan tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul relatif dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran (Anonim, 2009). Pada hukum aliran viskositas, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika dari suatu aliran viskositas sebagai geseran dalam (viskositas) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Dalam pergesekan ini dipengaruhi oleh molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuksuatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-4 Bab II Tinjauan Pustaka Selain itu, viskositas juga disebabkan oleh adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul. Jadi, viskositas semakin rendah, misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang mempunyai viskositas yang lebih besar (Anonim, 2009). Gaya A cm2

Kecepatan V cm/detik

F dyne

L cm

A cm2

Kecepatan V cm/detik

Gambar II.1 Konsep Dua Fluida Sejajar Gambar diatas merupakan 2 lapisan fluida sejajar dengan masing-masing mempunyai luas A cm2 dan jarak kedua lapisan L cm. Bila lapisan atas bergerak sejajar dengan lapisan bawah pada kecepatan V cm/detik relatif terhadap lapisan bawah, supaya fluida tetap mempunyai kecepatan V cm/detik maka harus bekerja suatu gaya sebesar F dyne (Anonim, 2007). Persamaannya: F

.V . A L

Keterangan:

 = Tetapan viscositas (gr/cm.detik) 

F .L V .A

(Anonim, 2000).

Viskositas didefinisikan besarnya gaya tiap cm2 yang diperlukan supaya terdapat perbedaan kecepatan sebesar 1 cm tiap detik untuk 2 lapisan zat cair yang paralel dengan jarak 1 cm. Viskositas dapat dihitung dengan rumus Poiseville.Hukum ini digunakan untuk menentukan distribusi kecepatan dalam arus laminer melalui pipa silindris dan menentukan jumlah cairan yang keluar perdetik (Anonim, 2006).

Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-5 Bab II Tinjauan Pustaka



R4  8LV

Keterangan: T = Waktu alir (detik) P = Tekanan yang menyebabkan zat cair mengalir ( dyne / cm 3 ) V= Volume zat cair (liter) L = Panjang pipa (cm)

 = Koefisien Viscositas (centipoise) R = Jari-jari pipa dialiri cair (cm) (Anonim, 2000).

Makin besar kekentalannya, makin sukar zat cair itu mengalir dan bila makin encer makin mudah mengalir.

1



Q

Keterangan : Q = Fluiditas (Anonim, 2009).

Fluiditas yaitu kemudahan suatu zat cair untuk mengalir. Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa fluiditas berbanding terbalik dengan kekentalan (koefisien viskositas). Zat cair mempunyai beberapa sifat sebagai berikut : a) Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer. b) Mempunyai rapat masa dan berat jenis. c) Dapat dianggap tidak termampatkan. d) Mempunyai viskositas (kekentalan). e) Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan permukaan. Faktor- faktor yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut : a.) Tekanan Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan. b.) Temperatur Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-6 Bab II Tinjauan Pustaka Viskositas akan turun dengan naiknya suhu karena molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah, sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur. c.) Ukuran dan berat molekul Viskositas naik dengan naiknya berat molekul serta adanya ikatan rangkap semakin banyak. Misalnya laju aliran alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi serta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi. d.) Kekuatan antar molekul Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama (Anonim, 2010). Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan, antara lain : a) Viskometer kapiler / Ostwald Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut (Lutfy, 2007). b) Viskometer Hoppler Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimedes. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel. Berdasarkan hukum Stokesyaitu pada saat kecepatan bolamaksimum,terjadi kesetimbangan sehingga gaya gesek sama dengan gaya berat archimedes. Dalam fluida regangan geser selalu bertambah dan tanpa batas sepanjang tegangan yang diberikan.Tegangan tidak bergantung pada regangan geser tetapi tergantung pada laju perubahannya. Laju perubahan regangan juga disebut laju regangan (Young, 2009).

Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-7 Bab II Tinjauan Pustaka Laju perubahan regangan geser = laju regangan. Rumus tersebut dapat defenisikan viskositas fluida, dinotasikan dengan η ( eta ), sebagai rasio tegangan geser dengan laju regangan : h = Tegangan geser Laju regangan (Anonim, 2009) .

Mempelajari gerak bola yang jatuh ke dalam fluida kental, walaupun ketika itu hanya untuk mengetahui bahwa gaya kekentalan pada sebuah bola tertentu di dalam suatu fluida tertentu berbandingan 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 (Anonim,2008). c) 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 di sepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Anonim, 2008). d) Viskometer Cone dan 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 (Anonim, 2008.). Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematik dan intrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkan secara langsung kecepatan aliran suatu larutan dengan pelarutnya (Anonim, 2009). Viskositas kinematik diperoleh dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer Ubbelohde yang Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-8 Bab II Tinjauan Pustaka termasuk jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer larutan polimer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer Ubbelohde (Anonim, 2009). Rapat massa suatu bahan yang homogen didefinisikan sebagai massanya per satuan volum. Berat jenis suatu bahan ialah perbandingan rapat massa bahan itu terhadap rapat massa air. Massa jenis zat merupakan perbandingan antara massa zat ...