VISKOSITAS DAN RHEOLOGI III.    TUJUAN PERCOBAAN

    Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan mampu untuk :

1. Menerangkan arti viskosita dan rheologi.

2. Membedakan cairan Newton dan cairan non-Newton.

3. Menggunakan alat-alat penetuan viskosita dan rheologi.

4. Menentukan viskosita dan rheologi cairan Newton dan non Newton.

II.    DASAR TEORI

Rheologi berasal dari bahasa Yunani mengalir (rheo) dan logos (ilmu), digunakan istilah

ini untuk pertama kalinya oleh Bingham dan Crawford untuk menggambarkan aliran dan

deformasi dari padatan. Jadi, rheologi adalah ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair

atau deformasi zat padat (Martin, dkk., 2008).

Beberapa tahun ini, prinsip dasar rheologi telah digunakan dalam penyelidikan cat, tinta,

berbagai adonan, bahan-bahan untuk pembuat jalan, kosmetik, produk hasil peternakan

serta bahan lain. Dalam bidang farmasi, disarankan penerapan dalam formulasi dan

analisis dari berbagai produk farmasi seperti emulsi, pasta, suppositoria, dan penyalutan

tablet (Martin, dkk., 2008).

Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukan ke dalam wadah,

pemindahan sebelum digunakan, apakah dicapai dengan penuangan dari botol,

pengeluaran dari tube atau pelewatan dari jarum suntik. Rheologi dari suatu produk

tertentu yang dapat berkisar dalam konsistensi dari bentuk cair ke semisolid, sampai ke

padatan, dapat mempengaruhi penerimaan bagi si pasien, stabilitas fisika, dan bahkan

availabilitas biologis (Martin, dkk., 2008).

Viskositas adalah ukuran resistensi atau tahanan suatu zat cair untuk mengalir. Makin

besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin besar pula viskositasnya.

Viskositas mula-mula diselidiki oleh Newton, yaitu dengan mensimulasikan zat cair

dalam bentuk tumpukan kartu. Zat cair diasumsikan terdiri dari lapisan-lapisan molekul

yang sejajar satu sama lain. Lapisan terbawah tetap diam, sedangkan lapisan diatasnya

bergerak dengan kecepatan, konstan, sehingga setiap lapisan akan bergerak dengan

kecepatan yang berbanding langsung dengan jaraknya terhadap lapisan terbawah yang

tetap. Perbedaan kecepatan dv antara dua lapisan yang dipisahkan dengan jarak dx adalah

dv/dx atau kecepatan geser (rate of shear). Sedangkan gaya satuan luas yang dibutuhkan

untuk mengalirkan zat cair tersebut adalah F/A atau tekanan geser (shearing stress) (Tim

Penyusun, 2009).

    Menurut Newton :

    

    

         = 

     = koefisien viskositas, satuan Poise (Tim Penyusun, 2009)

    Cairan yang mengikuti hukum Newton, viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan

tertentu dan tidak tergantung kepada kecepatan geser. Oleh karena itu, viskositanya cukup

ditentukan pada satu kecepatan geser. Apabila digambarkan antara kecepatan geser

terhadap tekanan geser, maka diperoleh grafik garis lurus melalui titik nol. Contoh cairan

Newton adalah minyak jarak, kloroform, gliserin, minyak zaitun dan air. (Tim Penyusun,

2009)

    

 

 

 

 

    Rheogram cairan Newton 

 

Berhasil-tidaknya penentuan dan evaluasi sifat-sifat rheologis dari suatu sistem tertentu

bergantung pada pemilihan metode peralatan yang tepat. Pada sistem Newton karena rate

of shear pada sistem Newton berbanding langsung dengan shearing stress, seseorang

dapat menggunakan alat yang beroperasi pada rate of shear tunggal. Peralatan "satu titik"

ini memberikan suatu titik (petunjuk) tunggal pada rheogram. Ekstrapolasi garis melalui

titik ini ke titik (0,0) akan menghasilkan rheogram lengkap. Sedangkan apabila sistem

tersebut merupakan sistem non Newton, peralatan yang digunakan harus bisa bekerja

pada berbagai rate of shear. Hanya dengan menggunakan "titik ganda" mungkin dapat

diperoleh rheogram lengkap untuk sistem ini. Oleh karena itu, kesimpulan penting adalah

bahwa semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton

dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol shearing stress yang bervariasi yang

dapat digunakan untuk bahan-bahan non-Newton. (Martin, dkk, 2008) 

        Ada beberapa viskometer yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan

Newton, antara lain :

1. Viskometer Kapiler

Viskositas dari cairan Newton dapat ditentukan dengan mengukur waktu yang

dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara dua tanda ketika ia mengalir

karena gravitasi melalui suatu tabung kapiler vertikal, yang dikenal

sebagaiviskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan

dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu cairan yang viskositasnya telah

diketahui (biasanya air) untuk lewat antara dua tanda tersebut.

Jika 1 dan 2 masing-masing adalah viskositas dari cairan yang tidak diketahui

dan cairan standar, 1 dan 2 merupakan kerapatan dari masing-masing cairan serta

t1 dan t2 adalah waktu alir dalam detik. Viskositas absolute dari cairan yang tidak

diketahui, 1, ditentukan dengan mensubstitusi harga percobaan dalam persamaan,

 

Harga 1/2 = rel dikenal sebagai viskositas relative dari cairan yang diuji.

(Martin,dkk, 2008)

Berdasarkan pada hukum Poiseuille untuk suatu cairan yang mengalir melalui

suatu tabung kapiler,

 

Dimana r adalah jari-jari dalam kapiler, t adalah waktu aliran, adalah tekanan atas

dalam dyne/cm2 dimana cairan tersebut mengalir, l adalah panjang kapiler dan V

adalah volume cairan yang mengalir. (Martin,dkk,2008)

Berikut gambar viskometer Ostwald 

 

 

        

 

1. Viskometer Bola Jatuh

Dalam tipe viskometer ini, suatu bola gelas atau bola besi jatuh ke bawah dalam

suatu tabung gelas yang hamper vertikal, mengandung cairan yang diuji pada

temperatur konstan. Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter

tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut. Viskometer ini cocok

digunakan untuk cairan yang mempunyai viskositas yang sukar diukur dengan

viskositas kapiler. Viskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes

 

Dimana :

r    : jari-jari bola (cm)

1    ; bobot jenis bola

2    : bobot jenis cairan

g    : gaya gravitasi

v    : kecepatan bola (cm.detik-1)

 

Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :

 

 = B (1- 2) t

 

Dimana :

B    : konstanta bola

t    : waktu tempuh bola jatuh (detik)

(Tim Penyusun, 2009)

 

Viskometer Hoeppler merupakan alat yang berdasarkan pada prinsip ini. Sampel

dan bola diletakkan dalam tabung gelas dalam dan dibiarkan mencapai temperatur

keseimbangan air yang berada dalam jaket di sekelilingnya pada temperatur

konstan. Tabung dan jaket air tersebut kemudian dinalik, yang akan menyebabkan

bola berada pada puncak tabung gelas dalam. Waktu bagi bola tersebut untuk

jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali. (Martin,

dkk, 2008) Pada viskometer ini tabungnya dipasang miring sehingga kecepatan

bola jatuh akan berkurang sehingga pengukuran dapat dilakukan lebih teliti. ( Tim

Penyusun, 2009)

 

Gambar viskometer bola jatuh

 

2. 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 disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penueunan

konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang

ditekan keluar memadat. Hal ini disebt aliran sumbat. (Andrean,2007 )

 

3. Viskometer Kerucut dan Lempeng 

Viskometer Ferranti-Shirley merupakan contoh dari viskometer kerucut dan

lempeng yang berputar. Prinsip kerjanya adalah sampel ditempatkan di tengah

lempeng, kemudian dinaikkan posisinya sampai di bawah kerucut. Kerucut

dikemudikan oleh motor dengan keceptan yang dapat diubah-ubah. Sampel

tersebut di shear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of

shear dalam putaran per menit dinaikkan atau diturunkan oleh sebuah dial pemilih

dan tarikan kental atau puntiran (shearing stress) yang dihasilkan pada kerucut

tersebut dibaca pada skala penunjuk. (Martin,dkk, 2008)

Viskositas dari cairan Newton yang diukur dalam viskometer kerucut lempeng

dihitung dengan menggunakan persamaan :

 

 

Dimana C adalah konstanta alat. T adalah puntiran (torque) yang terbaca. V

adalah kecepatan kerucut berputar per menit. (Martin, dkk, 2008)

        

    SIFAT SENYAWA UJI

1. GLISERIN

a)     Organoleptis                            

Cairan jernih; tidak berwarna; rasa manis; hanya boleh berbau khas lemah (tajam

atau tidak enak). Higroskopik; netral terhadap lakmus

b)      Kelarutan                          

Dapat bercampur dengan air dan dengan etanol; tidak larut dalam  kloroform,eter,

dalam minyak lemak, dan dalam minyak menguap.

c)       Wadah dan Penyimpanan  

    Dalam wadah tertutup rapat.

d)      Khasiat                      

zat tambahan ; pelarut untuk pemberian rasa (seperti vanilla) dan pewarnaan

makanana ; agen pengental dalam sirup; pengisi dalam produk makanan rendah

lemak (biskuit); pencegah kristalisasi gula pada permen dan es; medium transfer

panas pada kontak langsung dengan makanan saat pendinginan cepat; pelumas pada

mesin yang digunakan untuk pengolahan dan pengemasan makanan.

(Anonim, 1995)

 

Struktur gliserin ( Susyanaairiani, 2008 ).

 

1. PROPILEN GLIKOL

a)      Organoleptis                             

Cairan kental; jernih; tidak berwarna; rasa khas; praktis tidak berbau; mnyerap air

pada udara lembap.

b)      Kelarutan                                 

Dapat bercampur dengan air, dengan aseton, dan dengan kloroform; larut dalam eter

dan dalam beberapa minyak essential; tapi tidak dapat bercampur dengan minyak

lemak.

c)       Wadah dan Penyimpan 

Dalam wadah tertutup rapat.

d)      Khasiat                             

Cosolvent 

( Anonim, 1995 ) 

 

1. CMC (CARBOXYLMETHYLCELLULOSUM)

a)      Organoleptis                         

Serbuk atau granul, putih sampai krem; higroskopik.

b)      Kelarutan                           

    Mudah terdispersi dalam air membentuk larutan koloidal; tidak larut dalam etanol,

dalam eter, dan dalam pelarut organik lainnya.

c)       Wadah dan Penyimpanan 

    Dalam wadah tertutup rapat.

d)      Kegunaan     

Untuk pengental, stabilisator, pembentuk gel dan beberapa hal sebagai pengemulsi.

Didalam sistem emulsi hidrokoloid (Na-CMC) tidak berfungsi sebagai pengemulsi

tetapi lebih sebagai senyawa yang memberikan kestabilan.

Struktur CMC :

 

 

 ( Anonim, 1995 ) 

 

1. SUKROSA

 

1. Organoleptis     

Hablur putih, atau tidak berwarna; massa hablur atau berbentuk kubus atau serbuk

hablur putih; tidak berbau; rasa manis; stabil di udara. Larutannya netral terhadap

lakmus

2. Kelarutan        

Sangat mudah larut dalam air; lebih mudah larut dalam air mendidih; sukar larut

dalam etanol; tidal larut dalam kloroform dan eter.

3. Wadah dan penyimpanan

Dalam wadah tertutup baik

4. Khasiat        

    Pemanis

 

 

 

 

Struktur sukrosa :

 

 

( Anonim, 1995 ) 

 

III.    ALAT DAN BAHAN

Alat :

Viskosimeter Bola Jatuh ( Viskosimeter Hoeppler )

Botol Vial

Pipet ukur

Stopwatch

Penangas air

Bahan :

Gliserin

Propilen Glikol

Larutan Gula 5 %

Larutan CMC 2 % 

Aquadest

 

 

 

 

 

 

IV.    PROSEDUR KERJA

    Percobaan mengukur viskositas Cairan Newton

 

Tabung yang terdapat di dalam alat diisi dengan cairan yang akan diukur viskositasnya

sampai hampir penuh

 

 

Dimasukkan bola yang sesuai

 

 

Ditambahkan cairan sampai tabung penuh dan ditutup sedemikan rupa sehingga tidak

terdapat gelembung udara di dalam tabung

 

 

Diamati, apabila bola sudah turun melampai garis awal maka kembalikan bola ke posisi

semula dengan cara membalikkan tabung.

 

 

Dicatat waktu tempuh bola melalui tabung mulai dari garis m1 sampai m3dalam detik

 

 

Ditentukan bobot jenis cairan dengan menggunakan piknometer

 

 

Dihitung viskositas cairan dengan menggunakan rumus yang telah diberikan

 

Pembuatan Larutan Gula 5 %

 

Beaker gelas ditera 100 mL

 

 

Ditimbang sakarosa sebanyak 5 gram

 

 

 

Sakarosa dimasukkan ke dalam beaker gelas

 

 

Ditambahkan aquadest secukupnya

 

 

 

Dipanaskan di atas penangas air

 

 

Diaduk hingga larut

 

 

 

Ditambahkan aquadest ad 100 mL

 

 

Diaduk hingga larut dan homogen

 

 

Pembuatan larutan CMC 2 %

 

Gelas beaker ditera 100 mL

 

 

Ditimbang sakarosa sebanyak 5 gram

 

 

 

Saccharum album dimasukkan ke dalam Erlenmeyer

 

 

Ditambahkan aquadest secukupnya

 

 

 

Dipanaskan di atas penangas air

 

 

Diaduk hingga larut

 

 

 

Ditambahkan aquadest ad 100 mL

 

 

Diaduk hingga larut dan homogen

 

TABEL PENGAMATAN

No.  Jenis cairan Volume

(mL) 

Massa vial kosong

(gram) 

Massa vial + cairan

(gram) 

Bobot

Jenis()

1.  Gliserin         

2.  Propilen glikol         

3. Larutan gula 5

%        

4 Larutan CMC

2 %