DAFTAR SIMBOL
2.3 Fluida
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 17 2.2.3 Metode Cup and Bob
Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar Bob dan dinding dalam dari Cup dimana Bob masuk persis ditengan-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan gesekan yang tinggi disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penemuan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebebkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat hal ini disebut aliran sumbat.
2.2.4 Metode Cone and Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel yang ditempatkan di tengah- tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut.
Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar.
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 18 Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari fluida sering dihirup, diminum, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai zat alir. Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik. Beberapa perbedaan diantara ketiganya adalah fase padat, zat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. Fase cair, zat tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti wadahnya.
Tetapi seperti halnya fase padat, pada fase cair zat tidak mudah dimampatkan dan volumenya dapat diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar.
Fase gas, zat tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan mengembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir dengan demikian keduanya disebut fluida. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap bergantung pada waktu. Ini disebabkan lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi) adapun fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 19 wadahnya. Akibat lainnya adalah kemapuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat mudah dimampatkan sehingga dengan adnya tekanan yang cukup besar maka akan terjadi berubah menjadi zat cair.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair dan gas, karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan bendabenda keras atau seluruh zat padat tidak dapat digolongkan ke dalam fluida karena tidak bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair dan semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.
Selain zat cair, zat gas juga termasuk dalam fluida karena dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari.
Setiap hari manusia menghirup udara, meminu air, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melalui udara dan kapal laut mengapung diatasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang didalam air. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak kita sadari (Adini dan Okimustava, 2017).
2.3.1 Macam-Macam Fluida
Secara umum fluida dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu:
a. Fluida Statis
Fluida statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak terdapat sebuah perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan yang seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contohnya pada fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida diam secara sederhana adalah air di bak mandi karna air tersebut yang tidak dikenai gaya seperti angin, panas, yang mengakibatkan air tersebut.
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 20 b. Fluida Dinamis
Fluida dinamis adalah fluida (dapat berupa zat cair atau gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajarinya, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).
Adapun fluida dapat digolongkan dalam dua macam yaitu fluida statis (hidrostatis) yang mempelajari tentang fluida yang tak bergerak dan fluida dinamis (hidrodinamis) mempelajari tentang fluida bergerak. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Ilmu yang mempelajari fluida tak mengalir disebut Hidrostatis. Fuida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa.
Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang.
Berdasarkan wujudnya, fluida dapat dibedakan menjadi dua yaitu:
fluida cair dan fluida gas. Sifat–sifat dasar fluida tersebut yaitu:
kekentalan, kerapatan, berat jenis, tekanan, temperatur. Karakteristik struktur aliran internal (dalam pipa) sangat tergantung dari kecepatan rata-rata aliran dalam pipa, densitas, viskositas dan diameter pipa. Aliran fluida (cairan atau gas) dalam pipa mungkin merupakan aliran laminer atau turbulen. Partikel-partikel fluida seolah-olah bergerak sepanjang lintasan yang halus dan lancar dengan kecepatan fluida rendah dan viskositasnya tinggi.
Sedangkan pada suatu aliran turbulen, partikel-partikel fluida akan bergerak secara acak dan tidak akan stabil dengan kecepatan fluida yang tinggi dan viskositasnya yang rendah. Hal tersebut ditunjukkan oleh beberapa percobaan ilmuan Osborne Reynolds. Menurut hasil percobaan dari ilmuan Reynold, untuk
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 21 membedakan apakah aliran tersebut turbulen atau alirannya laminar dapat menggunakan bilangan yang tak berdimensi yang disebut dengan suatu bilangan Reynold.
Pompa merupakan mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida cair yang umumnya dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi melalui sistem perpipaan dan sering digunakan oleh petani. Proses pemindahan ini terjadi akibat perubahan energi mekanik-mekanik dari motor pompa menjadi energi potensial yang terjadi pada fluida.
Pompa beroperasi dengan mengadakan perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dan bagian keluar (discharge).
Dengan kata lain pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga cairan, tenaga ini berguna untuk mengalirkan banyak cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran (Yohana dkk., 2019).
Aliran fluida ideal yang demikian disebut aliran potensial. Pada aliran potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:
1. Tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu disebut aliran irotasional.
2. Tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi mekanik menjadi kalor
2.3.2 Jenis-Jenis Fluida
Fluida merupakan zat yang dapat mengalir seperti zat cair dan gas. Fluida mekanik adalah studi tentang gaya dan gerakan yang terjadi di dalam fluida. Adapun jenis-jenis aliran yaitu:
a. Laminer
Aliran laminar didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan atau lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancer dengan kata lain aliran udara yang terjadi akibat tidak adanya gangguan pada pengaliran fluida di tiap lapisan paralel. Aliran laminer ini mempunyai nilai bilangan Reynoldsnya kurang dari 2000.
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 22 b. Transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari suatu aliran laminer ke sebuah aliran turbulen. aliran turbulen mempunyai nilai yang bilangan Reynoldsnya antara 2000 sampai dengan 4000.
c. Turbulen
Aliran turbulen didefinisikan sebagai aliran yang dimana pergerakan dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam skala yang besar di mana nilai bilangan Reynoldsnya lebih besar dari 4000.
Perlakuan terhadap aliran fluida memerlukan pemahaman tentang karakteristik fisis yang mempengaruhi gerakan fluida tersebut. Ada dua karakteristik fluida yang paling penting yaitu densitas dan viskositas. Viskositas merupakan ukuran penolakan fluida terhadap perubahan bentuk yang berada di bawah tekanan shear. Penentuan kekentalan dilakukan dengan mengukur laju aliran zat cair yang melalui pipa kapiler. Kekentalan relatif yaitu perbandingan antara kekentalan zat cair dengan kekentalan zat cair lainnya ditentukan penelitian ini. Zat pembanding yang biasa digunakan adalah air.
Fluida merupakan zat yang dapat mengalir seperti zat cair dan gas. Fluida mekanik adalah studi tentang gaya dan gerakan yang terjadi di dalam fluida. Perlakuan terhadap aliran fluida memerlukan pemahaman tentang karakteristik fisis yang mempengaruhi gerakan fluida tersebut. Dua karakteristik fluida yang paling penting yaitu densitas dan viskositas Viskositas merupakan ukuran penolakan fluida terhadap perubahan bentuk yang berada di bawah tekanan shear. Penentuan kekentalan dilakukan dengan mengukur laju aliran zat cair yang melalui pipa kapiler. Kekentalan relatif yaitu perbandingan antara kekentalan zat
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 23 cair dengan kekentalan zat cair lainnya ditentukan penelitian ini. Zat pembanding yang biasa digunakan adalah air. Selain itu viskometer juga digunakan dalam dunia industri sebagai alat mengukur kekentalan suatu zat yang akan diuji baik berupa cairan maupun gas dan padat.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menggunakannya, menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Bersirkulasi di dalam tubuh manusia meskipun sering tidak kita disadari (Adini dan Okimustava, 2017).
Fluida riil adalah fluida yang dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida. Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar atau kaku.
2.3.3 Tekanan Hidrostatis
Fluida yang berada dalam suatu wadah memiliki berat akibat pengaruh grafitasi bumi. Berat fluida menimbulkan tekanan pada setiap bidang permukaan yang bersinggungan dengannya. Besarnya tekanan bergantung pada besarnya gaya dan luas bidang tempat gaya bekerja. Tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh beratnya sendiri disebut tekanan hidrostatis.
a. Hukum Pascal
Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 24 dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.
Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, maka tekanan zat cair tersebut akan semakin besar. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama.
Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut.
Apabila ditambahkan tekanan luar misalnya dengan menekan pada permukaan zat cair tersebut, maka akan terjadipertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama (Abidin & Wagiani, 2020).
Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Sesuai dengan hukum Pascal yaitu bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua.
Berikut ini adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang yang berbeda-berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) sedangkan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar.
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 25 Gambar 2 Fluida yang dilengkapi Penghisap (Abidin & Wagiani,
2020).
Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis.
Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika yaitu:
1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah.
2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A).
Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar. Pada prinsip inilah yang akan dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan oleh manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
b. Hukum Archimedes
Gaya gravitasi benda memiliki nilai yang tetap. Akan tetapi, zat cair memberikan gaya yang arahnya ke atas. Gaya yang berarah keatas yang di kerjakan zat cair pada benda yang menyebabkan
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 26 berat benda seakan-akan berkurang. Gaya ini tergantung pada kerapatan fluida dan volum benda, tetapi tidak pada komposisi atau bentuk benda, dan besarnya sama dengan besar zat cair yang dipindahkan oleh benda. Prinsip ini pertama kali di kemukakan oleh Archimedes yang kemudian di kenal dengan Hukum Archimedes.
Prinsip hukum Archimedes ini dapat diturunkan dari hukum Newton dengan memperhatikan gaya-gaya yang bekerja pada suatu bagian zat cair dan mencatat bahwa dalam keseimbangan statik gaya netto harus nol. Apabila sebuah Batu ditimbang beratnya di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika sebuah batu ditimbang di udara (tidak di dalam air). Massa batu yang terukur pada timbangan lebih kecil karena adanya suatu gaya apung yang menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan apabila mengangkat sebuah benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan terasa lebih ringan jika diangkat dalam air (Abidin dan Wagiani, 2020).
Gambar 3 Gaya Apung (Abidin dan Wagiani, 2020)
Hal ini bukan berarti bahwa sebagian batu atau benda yang diangkat akan menghilang sehingga berat batu akan menjadi lebih kecil dibandingkan sebelumnya, tetapi karena adanya gaya apung. Arah gaya apung ke atas, atau searah dengan gaya angkat yang kita berikan kepada batu tersebut sehingga batu atau benda apapun yang diangkat di dalam air terasa jauh lebih ringan.
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 27 Apabila sebuah benda dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil dari pada ketika benda tidak berada di dalam fluida tersebut. Pasti sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Gaya apung terjadi karena adanya suatu perbedaan antara tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda.
Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda.
Gambar 4. Tekanan Benda Didalam Air(Abidin dan Wagiani, 2020).
Apabila benda yang dimasukkan ke dalam fluida, menjadi terapung sebagian di mana Bagian benda yang tercelup hanya ada sebagian, maka volume fluida yang telah dipindahkan sama dengan volume bagian benda yang tercelup dalam fluida tersebut. Tidak peduli apapun bendanya dan bagaimana bentuk benda tersebut, sebagaimana dalam prinsip Archimedes yang menyatakan bahwa : “Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 28 ke atas (gaya apung) pada benda tersebut, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang akan dipindahkan ketempat lain.”
Benda-benda yang dimasukkan ke dalam fluida mempunyai berat yang lebih kecil dibandingkan pada saat berada di luar fluida tersebut. Sebagai contoh sebuah batu yang besar mungkin akan terasa sulit saat diangkat dari tanah dan terasa mudah dari dasar sungai. Banyak benda, seperti kayu, plastik, gabus dan lain-lain mengapung di permukaan air. Itu menunjukkan bahwa terdapat gaya lain yang bekerja terhadap benda yang melawan gaya berat benda.
Gaya ini adalah gaya apung atau gaya keatas.
Ketika sebuah benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam sebuah fluida (zat cair atau gas), maka fluida akan mengerjakan gaya ke atas pada benda itu yang besarnya sama dengan berat fluida yang di pindahkan. Gaya ke atas yang dialami oleh sebuah benda ketika tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam sebuah fluida disebut gaya apung.
Besar gaya apung bergantung pada volume benda yang tercelup dan fluida yang dipindahkan (didesak). Besarnya gaya apung juga di pengaruhi oleh massa jenis fluida. Semakin besar massa jenis fluida, semakin besar gaya apungnya, dan sebaliknya.
Oleh karena itu, berat benda yang tercelup dalam fluida selalu lebih kecil daripada berat benda sesungguhnya akibat adanya gaya apung. Hukum Archimedes berlaku untuk semua fluida (zat cair atau gas). Vbf = volume silinder yang tercelup dalam fluida. Jika benda tercelup semuanya, Vbf = volume benda.
Tetapi jika benda hanya tercelup sebagiannya, Vbf = volume benda yang tercelup dalam fluida saja Benda mengapung jika sebagian benda tercelup di dalam zat cair dan sebagian lainnya
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
PENGUKURAN VISKOSITAS LARUTAN PADA BERBAGAI KADAR 29 masih berada di udara. Jika volume benda tercelup sebesar Vb maka dalam keadaan setimbang berat benda samadengan gaya ke atas.
Dalam keadaan ini, volume benda Vb lebih besar dibandingkan volume fluida yang dipindahkan Vbf. Benda yang mengapung terjadi apabila ada benda yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis zat cair (Egziabher dan Edwards, 2018).