LAPORAN PRAKTIKUM SATUAN OPERASI INDUSTRI
VISKOSITAS
Oleh:
Nama : Fredy Agil Raynaldo
NPM : 240110090018
Hari, Tanggal Praktikum : Kamis, 28 Maret 2011 Asisten : Adhi Purnama
LABORATORIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Pendahuluan
Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas dan berbeda antara satu zat cair dengan zat cair yang lain. Minyak sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat lebih kental daripada air. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental diperlukan gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain.
Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan yang disebabkan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Untuk dapat mengetahui sifat kekentalan secara kuantitatif (dengan angka), maka perlu diketahui terlebih dahulu bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter.
1.2 Tujuan
- Mempelajari viskositas dalam unit operasi industri hasil pertanian - Mengukur viskositas beberapa bahan hasil pertanian
- Mengetahui perbedaan viskositas pada beberapa zat cair - Menentukan tipe bahan berdasarkan viskositasnya
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hubungan Fluida dan Viscositas
Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan
gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan
dinamis. Di dalam fluida yang tidak diidealisir terdapat aktivitas molekuler antara bagian-bagian lapisannya. Salah satu akibat dari adanya aktivitas ini adalah timbulnya gesekan internal antara bagian-bagian tersebut, yang dapat digambarkan sebagai gaya luncur diantara lapisan-lapisan fluida tadi. Hal ini dapat dilihat dari perbedaan kecepatan bergerak lapisan-lapisan fluida tersebut. Bila pengamatan dilakukan terhadap aliran fluida makin mengecil ditempat-tempat yang jaraknya terhadap dinding pipa semakin kecil, dan praktis tidak bergerak pada tempat di dinding pipa. Sedangkan kecepatan terbesar terdapat ditengah-tengah pipa aliran.
Viscositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai viscositas rendah, misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang mempunyai viscositas yang lebih besar.
Gaya Kecepatan v cm/detik
F dyne
L cm
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. Dari hasil eksperimen
A cm2
didapatkan bahwa gaya F berbanding lurus dengan kecepatan v, luas A dan berbanding terbalik dengan jarak L. Persamaannya :
L A V F
. . ; = Tetapan viscositas ( ik cm gr det . )A
V
L
F
.
.
Gejala ini dapat dianalisis dengan mengintrodusir suatu besaran yang disebut kekentalan atau viscositas (viscosity). Oleh karena itu, viscositas berkaitan dengan gerak relatif antar bagian-bagian fluida, maka besaran ini dapat dipandang sebagai ukuran tingkat kesulitan aliran fluida tersebut. Makin besar kekentalan suatu fluida makin sulit fluida itu mengalir.
Viscositas suatu cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan alir cairan. Beberapa zat cair dan gas mempunyai sifat daya tahan terhadap aliran ini, dinyatakan dengan Koefisien Viscositas (ไ).
Viscositas ialah besarnya gaya tiap cm2 yang diperlukan supaya terdapat perbedaan kecepatan sebesar 1 cm tiap detik untuk 2 lapisan zat cair yang parallel dengan jarak 1 cm. Viscositas dapat dihitung dengan rumus Poiseville.
LV
R
48
R = Jari-jari pipa dialiri cair (cm) T = Waktu alir (detik)
P = Tekanan yang menyebabkan zat cair mengalir ( 2
cm dyne )
V = Volume zat cair (liter) L = Panjang pipa (cm)
= Koefisien Viscositas (centipoise)
Makin besar kekentalannya, makin sukar zat cair itu mengalir dan bila makin encer makin mudah mengalir.
Q
1
; Q = Fluiditas
Fluiditas yaitu kemudahan suatu zat cair untuk mengalir. Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa Fluiditas berbanding terbalik dengan kekentalan (Koefisien Viscositas).
2.2 Sifat dan Jenis Fluida
Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir dan bentuknya selalu berubah dengan perubahan volume. Yang termasuk dalam kategori fluida adalah zat cair dan gas.
Fluida mempunyai kerapatan yang memiliki nilai tertentu pada temperatur dan tekanan tertentu. Nilai kerapatannya tergantung pada temperatur dan tekanan, apabila temperatur dan tekanan suatu fluida berubah maka kerapatannya akan berubah.
Kerapatan pada zat cair tidak akan terpengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan, hal ini dinamakan fluida tidak mampu mampat (incompresible) sedangkan gas sangat dipengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan dan dikenal juga sebagai fluida mampu mampat (compresible).
Jadi berdasarkan kerapatannya maka fluida dapat dibedakan sebagai berikut :
1. Fluida tidak mampu mampat (incompresible) 2. Fluida mampu mampat (compresible)
Dan berdasarkan mekanika fluida, fluida dapat dibedakan menjadi 2 jenis:
1. Fluida tidak bergerak / dalam keadaan diam (statika fluida) 2. Fluida bergerak / dalam keadaan bergerak (dinamika fluida)
2.3 Aplikasi Viscositas
Viscositas digunakan dalam dunia industri sebagai alat untuk mengukur kekentalan dari suatu zat yang akan diuji baik berupa cairan maupun gas.
2.4 Macam-Macam Viscositas
Alat yang dipakai untuk menentukan Viscositas dinamakan Viscometer. Ada beberapa jenis Viscometer, diantaranya :
a. Viscometer Ostwald
Cara penggunaannya :
Jika air dipakai sebagai pembanding, mula-mula air dimasukkan melaui tabung A kemudian dihisap agar masuk ke tabung B tepat sampai batas A kemudian dilepaskan dan siapkan stopwatch sebagai pengukur waktu.
Umpamanya waktu yang diperlukan air untuk bergerak dari permukaan A sampai B sama dengan t1, setelah itu percobaan diganti dengan zat cair lain dengan cara yang sama seperti disamping.
Gambar Viscometer Ostwald
Umpamanya diperlukan t2 dengan menggunakan rumus Poiseville karena V, L dan R sama maka didapat persamaan
2 2 1 1
2 1 1 = Massa jenis air
2
= Massa jenis zat cair yang dicari
Pada Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri, jadi waktu yang dibutuhkan oleh cairan untuk melalui batas “A” dan “B” dapat diukur menggunakan stopwatch.
b. Viscometer Lehman
Nilai viscositas Lehman didasarkan pada waktu kecepatan alir cairan yang akan diuji atau dihitung nilai viscositasnya berbanding terbalik
dengan waktu kecepatan alir cairan pembanding, dimana cairan pembanding yang digunakan adalah air. Persamaannya adalah sebagai berikut :
Tair Tcairan
c. Viscometer Bola Jatuh – Stokes
Terhadap sebuah benda yang bergerak jatuh didalam fluida bekerja tiga macam gaya, yaitu :
- Gaya gravitasi atau gaya berat (W). gaya inilah yang menyebabkan benda bergerak ke bawah dengan suatu percepatan.
- Gaya apung (buoyant force) atau gaya Archimedes (B). Arah gaya ini keatas dan besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu.
- Gaya gesek (Frictional force) Fg, arahnya keatas dan besarnya seperti yang dinyatakan oleh persamaan :
V
k
Fg
.
Fg = Gaya gesek k = Konstanta v = Kecepatan benda ( ik m det )Benda yang jatuh mempunyai kecepatan yang makin lama makin besar, tetapi dalam medium ada gaya gesek yang makin besar bila kecepatan benda jatuh makin besar. Benda yang bentuknya tidak beraturan dan rumit serta besar akan menghasilkan harga k yang besar.
Fluida yang viscositasnya besar akan menghasilkan harga k yang besar pula. Untuk benda yang berbentuk bola dengan jari-jari R dan fluida dengan viscositas
besarnya k dapat dinyatakan sebagai berikut ;R
k
6
.
.
.
Hubungan ini diberikan oleh Stokes dan berlaku untuk aliran fluida yang laminer. Jika kedua rumus digabungkan, maka akan diperoleh gaya gesek ;
V
R
Fg
6
.
.
.
.
Alat ini terdiri dari sebuah tabung yang di bagian dinding luarnya diselubungi dengan air agar suhu di dalamnya konstan. Digunakan untuk menentukan Viscositas cairan yang kental tetapi yang tembus cahaya agar dapat mengamati jatuhnya bola peluru sampai ke dasar tabung. Menurut hokum Stokes :
V
gR
9
2
2
1
= Koefisien Viscositas (centipoise) R = Jari-jari bola (cm)
= Massa jenis bola peluru
1
= Massa jenis zat cair v = Kecepatan ( ik m det ) g = Kecepatan gravitasi ( 2 det ik m )
Hukum Stokes merupakan dasar viscositas bola jatuh. Viscositas ini terdiri atas gelas silinder dengan cairan yang akan diteliti dan dimasukkan kedalam termostat.
Untuk mendapatkan viscositas cairan yang lebih teliti maka diperlukan cairan pembanding. Sebagai bahan pembanding dipakai air. Setelah tabung diisi air lalu bola peluru dilepaskan dari permukaan a sampai dasar b dan waktu dicatat missal t1, kemudian percobaan diganti dengan zat cair x umpamanya diperlukan waktu t2.
Dari kedua percobaan itu didapatkan persamaan ;
2
2 1 1 2 1
t
t
1 = Massa jenis air
2
BAB III
METODOLOGI PENGAMATAN
3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
- Viscometer 3.1.2 Bahan
- Saus Tomat (3 merek) - Kecap (3 merek)
3.2 Prosedur Pengamatan
1. Peralatan viscometer dipasang dengan benar
2. Bahan disiapkan dan dimasukkan ke dalam gelas ukur
3. Suhu bahan diukur sebanyak 3 kali secara acak, kemudian rata-rata suhu bahan dihitung
4. Stopwatch disiapkan
5. Spindel dimasukkan ke dalam bahan, kemudian dipasang ke dalam alat 6. Alat dinyalakan dan RPM nya dicatat dengan interval waktu
0,1,2,3,6,9,12,15,18,21 dan 24 detik
7. Dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali untuk masing-masing bahan 8. Spindel diganti dengan yang lebih kecil jika RPM bahan lebih dari 100 9. Spindel diganti dengan yang lebih besar jika RPM bahan kurang dari 100 10. Hubungan antara shear rate dan shear stress dibuat dalam bentuk tabel
dan diplot pada kertas grafik
11. Grafik dibuat pada kertas yang sesuai untuk mendapatkan: a. Consistency Index
b. Flow Behavior Index
c. Model matematik yang menggambarkan hubungan antara shear stress dan shear rate
12. Tipe bahan ditentukan berdasarkan sifat viskositas saus tomat dan kecap (shear tickening atau shear thinning)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
No Nama Bahan Perlakuan Suhu (0C) Viskositas (Pa.s x 10-3) 1 Kecap Sedap Dingin 11 9750 Sedang 26 4250 Panas 36 900 2 Kecap ABC Dingin 6 8200 Sedang 27 3000 Panas 35,5 650 3 Kecap Bango Dingin 4,5 9000 Sedang 28 1500 Panas 36,5 750 4 Sambal Asli Dingin 7,5 33250 Sedang 27 26750 Panas 34,5 22850 5 Saus Tomat Dingin 7 29050 Sedang 27 18750 Panas 36 13250 Grafik Perbandingan y = -355x + 13605 R² = 0.9994 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 10 20 30 40 V isc osi tas Suhu
Grafik Perbandingan Kecap Sedap
Grafik Perbandingan Kecap Sedap
Linear (Grafik Perbandingan Kecap Sedap)
y = -254.35x + 9757.8 R² = 0.9994 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 10 20 30 40 V isc osi tas Suhu
Grafik Perbandingan Kecap ABC
Grafik Perbandingan Kecap ABC Linear (Grafik Perbandingan Kecap ABC) y = 12817e-0.077x R² = 0.9998 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 10 20 30 40 V isc osi tas Suhu
Grafik Perbandingan Kecap Bango
Grafik Perbandingan Kecap Bango Expon. (Grafik Perbandingan Kecap Bango) y = -374.77x + 36236 R² = 0.9884 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 10 20 30 40 V isc osi tas Suhu
Drafik Perbandingan Sambal Asli
Drafik Perbandingan Sambal Asli
Linear (Drafik Perbandingan Sambal Asli)
4.2 Pembahasan
Pada data yang diperoleh dari hasil praktikum, dapat diketahui bahwa percobaan dilakukan dengan 3 analisis suhu, yaitu pada suhu rendah (dingin), sedang (normal), dan suhu tinggi (panas). Pada masing-masing temperatur, nilai viskositas yang dihasilkan berbeda-beda sehingga semua bahan yang digunakan pada percobaan dapat diklasifikasikan ke dalam suatu jenis bahan,
shear thinning atau shear tickening.
Shear Thinning fluids merupakan sebutan untuk jenis fluida yang nilai
viskositasnya akan berkurang dengan meningkatnya laju geseran. Semakin kuat fluida mengalami geseran, maka fluida tersebut semakin encer. Kebanyakan suspensi koloid dan larutan polimer adalah fluida yang termasuk golongan ini. Misalnya cat lateks tidak menetes dari kuas karena lajur geserannya kecil dan viskositasnya yang besar. Namun, cat tersebut mengalir dengan mulus pada dinding karena lapisan tipis cat antara dinding dengan kuas mengakibatkan laju geseran yang besar (du/dy) dan nilai visktositas yang kecil. Sedangkan Shear Thickening Fluid merupakan sebutan untuk jenis fluida yang nilai viskositasnya meningkat dengan peningkatan laju geseran. (Ridho Irwansyah, 2011).
Dari pengertian diatas dapat ditentukan jenis fluida untuk masing-masing bahan yang digunakan.
y = -539.86x + 32947 R² = 0.9982 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 10 20 30 40 V isc osi tas Suhu
Grafik Perbandingan Saus Tomat
Grafik Perbandingan Saus Tomat
Linear (Grafik Perbandingan Saus Tomat)
Pada semua percobaan, baik dengan menggunakan bahan berupa kecap maupun saus, diperoleh hasil bahwa pada saat suhu bahan rendah, nilai viskositasnya tinggi dan semakin tinggi suhunya nilai viskositas bahan semakin berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu, maka bahan tersebut semakin encer dan dapat disimpulkan bahwa semua bahan yang digunakan dalap praktikum termasuk ke dalam jenis bahan shear
thinning.
Adanya perubahan nilai viskositas akibat suhu ini kita kenal dengan Indeks kekentalan/Indeks viskositas. Perubahan ini timbul akibat adanya perubahan ikatan molekul yang menyusun fluida tersebut. Akibatnya, apabila sebuah fluida (misalnya kecap/saus yang digunakan dalam praktikum) dikenakan sebuah temperatur yang berbeda, maka kekentalannya akan berubah.
Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru akan menurun jika temperatur dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kebalikan dari viskositas akan meningkat dengan makin tingginya temperatur. (Martin,1993). Hal ini terbukti pada data yang diperoleh dari hasil praktikum dengan menggunakan cairan (fluida) yaitu kecap dan saus. Akan tetapi, dari grafik yang diplot dari data hasil yang diperoleh, dapat terlihat bahwa semua Flow Behavior Indeks (n / B pada regresi) bernilai negatif. Oleh karena itu, maka analisis pengklasifikasian jenis fluida pada praktikum ini tidak dengan menggunakan nilai n karena percobaan yang dilakukan tidak berdasarkan analisis waktu melainkan lebih menekankan pada pengaruh temperatur.
