Kekentalan (Viscosity)

BAB II LANDASAN TEORI

2.8. Kekentalan (Viscosity)

Viskositas atau kekentalan dapat dianggap sebagai gesekan internal benda cair atau setengah cair, atau ketahanan terhadap gerakan dalam partikel benda gas atau cair yang tumpang tindih. Zat cair dalam keadaan diam tidak menahan gaya geser akan bekerja diantara lapisan-lapisan cairan itu dan menyebabkan kecepatan yang berbeda-beda dari lapisan-lapisan cairan. Kekentalan atau viskositas dapat diartikan sifat cairan yang dapat menahan gaya-gaya geser.

Sedangkan menurut Ir. S Soedradjat, kekentalan ialah sifat cairan yang dapat menahan gaya-gaya geser. Benda atau zat cair yang dalam keadaan diam tidak menahan gaya geser akan tetapi bila benda cair itu mengalir maka gaya geser akan bekerja diantara lapisan-lapisan cairan itu dan menyebabkan kecepatan yang berbeda-beda dari lapisan-lapisan cairan. Bila viskositas terlalu tinggi, maka didapat kerugian yang diantaranya :

• Perlawanan terhadap sifat mengalir menjadi tinggi yang dapat menyebabkan kerja mesin menjadi berat sehingga tenaga yang dihasilkan akan berkurang.

• Konsumsi tenaga menjadi besar dalam kaitan dengan keruguian tentang gesekan.

• Tekanan keja yang dibutuhkan tinggi.

• Temperatur yang ditimbulkan akibat kerja mesin menjadi tinggi yang disebabkan oleh gesekan karena sebagian dari energi berubah dalam bentuk energi panas.

25 Tapi bila viskositas terlalu rendah dapat pula menimbulkan kerugian,

diantaranya :

• Kerugian terjadinya bocor karena sifat seal fluida sangat rendah, misalnya untuk bahan bakar yaitu dapat mengakibatkan kebocoran pada pompa injeksi.

• Dapat menyebabkan terjadinya keausan dini pada komponen yang saling bergesekan dalam kaitannya sebagai film atau pemisah antara kedua komponen tersebut.

• Pada kasus bahan bakar dapat mempengaruhi kerja cepat alat injeksi bahan bakar dan dapat mempersulit pengabutan bahan bakar minyak.

Viskositas dapat diukur dengan 3 alat ukur yang diakuai secara internasional : a. Viskometer kinematik, yang menentukan viskositas fluida pada

kecepatan geser yang rendah dimana kecepatan mengalir biasanya ditentukan pada 40°C dan 100°C.

b. Cold Cranking Simulator, menentukan sifat minyak dalam kondisi penyalaan di cuaca dingin. Kecepatan kerja motor yang memakai minyak pengujiadalah yang menentukan viskositasnya.

c. Viskositas Minirotary adalah alat yang dikembangkan untuk mengukur Borderline Pumping Temperature (BPT) minyak mesin antara 0°C dan 40°C. Alat ini mengukur suhu terendah saat minyak mesin disuplai ke saluran masuk pompa.

Menurut Ir. S Soedradjat, dalam teori viskositas dikenal 2 macam kekentalan (viscosity), yaitu kekentalan dinamis dan kekentalan kinematis.

1. Kekentalan dinamis adalah gaya gesek per satuan luas yang dibutuhkan untuk menggeser lapisan zat cair dengan satu-satuan kecepatan terhadap lapisan yang berleketan didalam zat cair itu atau suatu konstanta bahan yang merupakan fungsi tekanan dan suhu

η = ƒ (p,t)

(

2.1 ) dimana, η : kekentalan dinamis (kg/m.s)

ƒ : koefisien friksi

p : tekanan (N/m², kgf/cm²) t : temperatur (^oC)

2. Kekentalan kenematis adalah kekentalan dinamis dibagi dengan kerapatan massa.

υ = η / ρ dimana, υ

:

kekentalan kinematis (m²/s)

η : kekentan dinamis (kg/m.s) ρ : kerapatan massa (kg/m3)

Kekentalan berkurang apabila suhu dinaikkan, hal ini merupakan kebalikan dari sifat gas. Karenanya untuk setiap fluida biasanya ditentukan nilai temperaturnya.

Rumus Poiseville :

η= ηo (1 / 1 + at + bt² )

( 2.2)

27 dimana, η : kekentalan pada t°C

ηo :kekentalan pada 0°C

Menurut A. Hadjono dalam bukunya teknologi minyak bumi, viskositas kinematis untuk minyak bumi dan produknya dapat diukur dengan menggunakan viskosimeter pipet yang bekerja berdasarkan hukum Poiseville yang berlaku untuk cairan yang mengalir secara laminer dalam sebuah pipa.

r : jari-jari tabung kapiler (m)

∆P : beda tekanan antara ujung-ujung pipa kapiler (N/m², kgf/cm²) η : koefisien viskositas

t : waktu alir (s)

l : panjang pipa kapiler (m)

V : volume fluida yang mengalir (m³)

Untuk menjamin agar aliran dalam pipa kapiler viskosimeter laminar harus digunakan viskosimeter yang mempunyai ukuran pipa kapiler yang sedemikian rupa sehingga waktu alir lebih dari 200 detik. Pada dasarnya pengukuran viskositas kinematis adalah mengukur waktu alir fluida yang mempunyai volume tertentu melalui pipa kapiler viskosimeter pada suhu tertentu. Viskositas kenematis dapat dihitung dengan rumus persamaan berikut :

υ

= C . t V = πr4 t P 8ηl a dan b : konstanta ( 2.4 ) ( 2.5 )

dimana,

υ

: viskositas kinematis (m²/s) t : waktu alir dalam detik (s) C : konstanta viskositas

Hukum Aliran Fluida

Menurut buku hydrolik trainer jika fluida mengalir dalam pipa yang diameternya berubah, volume yang sama akan mengalir dalam waktu yang sama tetapi kecepatan volume aliran berubah.

Rumus : Q : debit aliran (m³/s) V : volume (m³) t : waktu (s) A : luas penampang (m2) S : jarak (panjang) (m) Bila persamaan 2.4 dimasukkan, maka :

πr4 t P 8ηl πr4 P 8ηl Q = V / t V = A .S A .S t Q = ( 2.6 ) ( 2.8 ) ( 2.7 ) Q = ^{: t} Q =

29 Jarak S per satuan t = kecepatan (ν) dalam m3/dt

sehingga Q = A . ν

Gambar 2.13. Arah Aliran Fluida

Persamaan kontinuitas : A1 . v1 = A2 . v2 sehingga Q1 = Q2

Pada sebuah inti hidraulik energi tekanan (tekanan statis) adalah faktor yang paling penting karena tinggi zat cair dan kecepatan aliran sangat rendah.

2.8.1. Macam-macam aliran a) Aliran Laminar

Dalam aliran laminar masing-masing partikel fluida sampai kecepatan tertentu bergerak dalam lapisan yang seragam dan hampir tidak saling

ν = S / t ν2 A1 ν1 A2 ( 2.10 ) ( 2.11 ) ( 2.12 ) ( 2.9 )

menggangu.

Gambar 2.14 Aliran Laminar b) Aliran Turbulen

Jika kecepatan aliran bertambah sedangkan diameter pipa sama, maka pada kecepatan tertentu (kecepatan kritis) perilaku aliran berubah. Aliran menjadi berolak dan turbulen. Masing-masing partikel bergerak tidak teratur pada satu arah, tetapi saling mempengaruhi satu sama yang lain dan saling merintangi.

Akibat dari timbulnya aliran turbulen maka hambatan aliran hidraulik bertambah, karena itu aliran turbulen ini tidak diinginkan pada unit-unit hidraulik.

31 2.8.2. Bilangan Reynold (Re)

Menurut buku hidrolik trainer, aliran dapat ditentukan dengan bilangan Reynold.

Re

=

V : kecepatan aliran (m/s) dH : diameter hidraulik (m)

dengan penampang lingkaran = diameter dalam pipa (jika tidak ada dihitung) dH = 4 x A : luas penampang (m²) U : keliling (m) ν : viskositas kinetik (m2/s)

Sedangkan penjelasan dari Ir. S Soedradjat, Osborne Reynolds berpendapat bahwa tipe aliran tergantung dari kecepatan, kerapatan dan kekentalan dari cairan dan ukuran dari tempat mengalirnya dan tergantung dari angka Reynoldsw.

Re = ρ v d / η dimana, v : kecepatan (m/s)

ρ : kerapatan massa (kg/m3) d : diameter pipa (m)

η : kekentalan kinematik fluida (m2/s)

V dH

ν

( 2.14 ) ( 2.13 ) ( 2.15 ) A U

Dari hasil percobaan yang dilakukan Reynold, didapat kesimpulan sebagai berikut:

1. Jika Re kurang dari atau sama dengan 2000, maka aliran arus tersebut digolongkan aliran laminar atau < 2100.

2. Jika Re lebih besar dari 4000, maka aliran tersebut digolongkan aliran turbulen.

3. Jika Re antara 2000 dan 4000, maka aliran tersebut dalam keadaan transisi atau Re kritis.

Menurut buku hidroulik trainer Re kritis = 2300, dimana nilai ini berlaku untuk pipa bundar, halus (dari segi teknik) dan lurus. Karena aliran ini juga dipengarui oleh tingkat kekasaran permukaan yang dilaluinya maka diperkirakan range transisi dalam pipa 2000 < Re < 4000.

Pada Re kritis bentuk aliran berubah dari laminar ke turbulen dan sebaliknya. Dari penjelasan diatas didapat kesimpulan sebagai berikut :

• Aliran laminar Re < Re kritis • Aliran turbulen Re > Re kritis

33