VISKOSITAS CAIRAN NEWTONIAN DAN NON NEWTONIAN

VISKOSITAS (KEKENTALAN) CAIRAN Penting dalam pemilihan alat proses Berubah selama proses (pemanasan, pendinginan, homogenisasi, pemekatan, fermentasi) Penting dalam pengawasan/pengendalian mutu (krim, yoghurt, pasta tomat) Cairan dalam gelas dituang, akan mengalir sesuai gaya gravitasi, ada yang : Mudah mengalir Sukar mengalir Tidak dapat mengalir Kecepatan aliran Tergantung viskositas

a : Air susu/juice buah-buahan/cairan buah tomat A : Pompa  B : Pompa b : Alat pasteurisasi/alat homogenisasi alat pemasak c : Alat pembotolan Viskositas cairan mempengaruhi : Pemilihan pompa Penukaran panas Peralatan pengemasan (pembotolan) Viskositas adalah hambatan terhadap aliran yang dinyatakan dalam koefisien viskositas Koefisian viskositas adalah perbandingan antara shearing stress dengan shearing rate dari cairan newtonian, dyne – det/cm2 atau lb – det/ft2

Jika kekuatan shearing (dorong) diberikan pada cairan  terjadi deformasi (perubahan bentuk) sebagai aliran F = Kekuatan dorong (shearing) A = Luas permukaan cairan yang kontak dengan bidang datar V = Kecepatan gerak lapisan cairan bagian atas Y = Tinggi cairan Shear stress = Tekanan dorong satuan Nm-2 Shear rate = Kecepatan dorong = Velocity gradient = Kecepatan gradien = satuan det-1

CAIRAN NEWTONIAN Adalah cairan ideal yang hubungan antara shear stress dan shear rate nya merupakan garis lurus yang melewati titik 0,0

PENGARUH TEMPERATUR THD VISKOSITAS Satuan viskositas dalam beberapa sistim pada tabel 4.1 (foto copy) Viskositas beberaoa cairan newtonian pada tabel 4.2. (foto copy) Larutan gas, viskositasnya paling rendah Cairan sederhana (air, larutan dari padatan terlarut, pelarut organik), viskositasnya rendah  Peningkatan konsentrasi akibat proses (Evaporasi), viskositas meningkat Protein lebih viskus daripada garam/mineral pada konsentrasi sama Viskositas air susu tergantung komposisi kimia, homogenisasi (viskositas ) Minyak lebih viskus daripada air Gliserol (cairan newtonian) PENGARUH TEMPERATUR THD VISKOSITAS Temp , viskositas Rata-rata berubah 2% setiap perubahan temp. 1C, kecuali : Gliserol 20C (1,49 Ns m-2) dan 25C (0,95 Ns m-2)

HUBUNGAN VISKOSITAS DENGAN TEMPERATUR T = Temp. absolut B dan C konstan  = Viskositas dinamik Viskositas kinematik (V) adalah koefisien viskositas (viskositas dinamik) dibagi dengan kerapatan massa, ft2/det µ = Viskositas dinamik gm-1 det-1 = Densitas (g/ml) 1 ft2 det-1 = 92.9 x 10-3 m2 det-1 (Tabel 4.3 foto copy)

CAIRAN NON NEWTONIAN Adalah cairan yang kurva hubungan antara shear stress dan shear rate nya non linier. Kalau kurva alirannya cembung terhadap poros shear stress, alirannya disebut dilatant Kalau cekung – pseudoplastik CONTOH : Larutan makromolekul (koloid) yang dipekatkan (pati, protein, gum) Bahan koloid (emulsi, pasta (gel), suspensi (sol)

Faktor yang mempengaruhi viskositas : Fase kontinu dan fase dispersi Interaksi partikel – partikel dan interaksi pelarut – partikel Kons.partikel, bentuk, ukuran dan komposisi kimia CONTOH Bahan pangan alami dan yang diformulasi ad bentuk koloid. Mis : air susu, krim, pasta tomat Viskositas cairan non newtonian tgt, kondisi percobaan yang dilakukan shg disebut viskositas apparent (µa) µa adalah hambatan aliran cairan non newtonian pada shearing stress atau shearing rate tertentu, dinyatakan sebagai kemiringan garis linier yang menghubungkan titik 0,0 dengan salah satu titik tertentu yang dipilih pada kurva non linier

Time independent (tidak tergantung waktu) Ad viskositas apparent nya tidak tergantung waktu saat cairan diperlakukan (shearing).

Perbandingan viskositas A = Cairan newtonian B = Cairan pseudoplastik C = Cairan dilatant

CAIRAN PLASTIK BINGHAM dan CASSON : - Cairan B mempunyai viskositas Pada paling tinggi - Cairan C mempunyai viskositas paling rendah Pada : - Cairan B - paling rendah - Cairan C - paling tinggi CAIRAN PLASTIK BINGHAM dan CASSON

A = CAIRAN BINGHAM Saos tomat B = CAIRAN CASSON CAIRAN TIME DEPENDENT (TGT. WAKTU) A = Cairan yang tidak tgt waktu B = Cairan yang tgt.waktu

A = Cairan tiksotronik terjadi kerusakan struktur dengan dorongan berlanjut (krim) B = Cairan Reopektik = terjadi pembentukan struktur dengan dorongan berlanjut (whipping cream) produk berbuih

2100 < Re < 4000  aliran peralihan Streamline Turbulent Aliran lambat (aliran tenang) Re < 2100 Aliran cepat (aliran bergolak) Re > 4000 2100 < Re < 4000  aliran peralihan Re = bilangan Reynolds

Aliran “Streamline” dan “Turbulent” Ditentukan oleh perbandingan antara gaya kinetik : gaya kekentalan dalam aliran bahan cair Gaya kinetik : cenderung untuk mempertahankan arah aliran pada umumnya (v2 / gc) Gaya kekentalan : cenderung untuk memperlambat pergerakan dan menimbulkan gelombang (v / Dgc) = Bilangan Reynolds = Densitas cairan = Kecepatan aliran D = Diameter pipa µ = Viskositas cairan gc = Gaya gravitasi

TUGAS DAN DISKUSI Tuliskan perbedaan (5) cairan Newtonian dan Non Newtonian (Tugas) Tuliskan faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas cairan Non Newtonian. Mengapa demikian (Diskusi kolaboratif)

Soal : Air susu mengalir dengan kecepatan 7,35 ft/det di dalam pipa diameter 0,04165 ft. Bila suhu air susu 70 C, apakah aliran air susu tersebut streamline atau turbulent? Jika diketahui : viskositas air susu pada 70 C = 0,0014 lb/ft det, densitas air susu pada 70 C = 64,3 lb/ft3 a. Jika diinginkan aliran air susu streamline, berapa viskositas minimal air susu tersebut? b. Jika diameter pipa diperkecil menjadi 0,00208 ft, alirannya streamline atau turbulent? Tentukan dengan perhitungan.

Soal : Dalam pengolahan air susu menjadi susu kental manis terjadi perpindahan produk melalui pipa dengan bantuan pompa. Pada saat masih dalam bentuk air susu akan mengalir dengan aliran turbulent. Berapakah viskositas air susu tersebut? Jika kecepatan aliran air susu 14,7 ft/det, densitasnya pada 70 F 64,3 lb/ft3 dan diameter pipa 0,0833 ft. Pada saat sudah menjadi susu kental manis densitasnya meningkat menjadi 192,9 lb/ft3 dan kecepatan alirannya menurun menjadi 7,35 ft/det pada diameter pipa yang sama. Berapakah viskositasnya dan apakah alirannya tetap turbulent atau menjadi streamline?

Soal : Dalam pengolahan sari tomat menjadi saos tomat diperlukan perpindahan produk melalui pipa dengan bantuan pompa. Pada saat masih dalam bentuk sari tomat, jenis pompa apa yang digunakan untuk memindahkan produk melalui pipa? Jika alirannya secara turbulent, berapa viskositasnya jika kecepatan aliran sari tomat 17,6 ft/det, densitasnya pada 70 F, 47,3 lb/ft3 dan diameter pipa 0,0833 ft. Pada saat sudah menjadi saos tomat, jenis pompa apa yang digunakan untuk memindahkan produk melalui pipa? Densitasnya meningkat menjadi 128,6 lb/ft3 dan kecepatan alirannya menurun menjadi 7,35 ft/det pada diameter pipa yang sama. Berapakah viskositasnya dan apakah alirannya tetap turbulent atau menjadi streamline?