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?

METODE PENENTUAN VISKOSITAS

METODE PENENTUAN VISKOSITAS

METODE PENENTUAN VISKOSITAS Metode aliran “Streamline” Viskometer aliran kapiler Viskometer bola jatuh Viskometer rotasional

METODE ALIRAN “STREAMLINE” Ada hubungan antara penurunan tekanan (p) dengan kecepatan aliran volumetrik (Q) yang dinyatakan dalam

PERSAMAAN POISEUILLE p  D4 Satuan (m3 s-1) atau (m3 det-1) Q = p = (p1 – p2) = Penurunan tekanan (Nm-2) L = Panjang pipa (m) D = Diameter pipa (m) = Viskositas dinamik (Nsm-2) Q = Kecepatan aliran vol (m3 det-1) p  D4  = Q 128 L Hubungan p dan Q menentukan : Aliran “Streamline” / “Turbulent” Cairan newtonian / non newtonian

Caranya : menggunakan alat tabung kapiler

p bervariasi  Q bervariasi a) Pada kertas grafik biasa b) Pada kertas grafik log-log

Jika hubungan p dan Q garis lurus (linier) dan gradien (kemiringan) pada kertas log – log = 1  Streamline = Newtonian. Jika non linier  aliran “Turbulent” dan cairan non Newtonian (Gradient  1). Pengurangan diameter pipa kapiler  aliran turbulent  streamline. Jika viskositas cairan rendah  cairan newtonian dan aliran turbulent. Jika viskositas cairan tinggi  cairan non newtonian dan aliran streamline.

Untuk cairan newtonian aliran streamline .- p D4 Q = 128 Lµ Gradien = 1 Untuk cairan non newtonian aliran streamline .- n D3 D  p 1/n Q =  8 (3n + 1) 4LK Gradien = 1 Gradien  1 n = indeks sifat aliran k = indeks viskositas Lebih tepat dengan viskometer rotasional

VISKOMETER ALIRAN KAPILER Bentuk tabung U, disebut viskometer tabung U (Ostwald). Mempunyai beberapa macam ukuran kapiler. Jika Ø kapiler besar, aliran mengalir sangat cepat  turbulent. Jika Ø kapiler kecil, perlu waktu lama untuk penentuan, tapi ketepatannya tinggi. Kecepatan dan ketepatan optimum dengan waktu 100 detik sampai 500 detik. Dapat digunakan dengan  sampel kecil, murah, cocok untuk viskositas rendah. Misal : air, pelarut organik, larutan air susu dan untuk memantau perubahan cairan akibat panas, homogenisasi. Tidak cocok untuk menentukan apakah cairan bersifat newtonian atau non newtonian.

Caranya : Cairan masuk (diisikan) sampai tanda A Cairan dihisap sehingga dapat mengisi bola B Cairan akan turun dari B ke C akibat pengaruh tekanan karena perbedaan tinggi. Waktu tersebut dicatat, kemudian dapat dihitung viskositas kinematik yaitu = konstanta alat x waktu.

Viskometer Bola Jatuh : Berdasarkan H. Stokes, yaitu : jatuhnya benda melalui medium cair. Benda bulat dengan radius r dan rapat d, jatuh karena gaya gravitasi melalui cairan dengan rapat dm, dipengaruhi gaya gravitasi. Benda jatuh mempunyai kecepatan makin lama makin besar. Dalam medium ada gaya gesek, makin besar bila kecepatan benda jatuh makin besar. Pada saat kesetimbangan kecepatan tetap V besar gaya geseknya.

atau  = Koefisien viskositas s = Jarak bola jatuh dm = Rapat cairan r = Jari-jari bola d = Rapat bola t = Waktu bola jatuh R = Jari-jari tabung viskometer

= Viskometer Bola Jatuh v = Kecepatan aliran (m det-1) D = Diameter bola (m) p1 = Densitas cairan (kg m-3) p2 =Densitas bola (kg m-3)  = Viskositas dinamik (N det m-2)

VISKOMETER ROTASIONAL Viskositas cairan non newtonian ditentukan pada shear rate yang berbeda, yaitu : Dengan aliran cairan sepanjang tabung - Shear rate merupakan fungsi v/D - v = kecepatan aliran cairan - D = diameter pipa/tabung Dengan pencampuran/pengadukan cairan – shear rate proporsional dengan kecepatan rotasional.

Macamnya Tipe silinder konsentrik Tipe kerucut dan plat Tipe satu kumparan (single spindle) Tipe kumparan-T (T-piece spindles) (untuk cairan viskositas tinggi dan gel)

VISKOMETER SILINDER KONSENTRIK Terdiri dari 2 silinder dengan celah diantaranya dapat digerakkan dengan motor pada kecepatan bervariasi Cairan yang ditentukan dimasukkan dalam celah Jika silinder berputar dengan kecepatan tertentu, cairan akan pindah ke silinder ke II. Shear stress = T = Momen putar (kg m) R = Radius silinder bagian dalam h = Tinggi silinder Dengan alat Torguemeter

Shear Rate = N = Kecepatan perputaran X = Lebar celah Cocok untuk cairan viskus dan non viskus yang mengalami shear rate tinggi

VISKOMETER KERUCUT dan PLAT Prinsipnya sama dengan silinder konsentrik. Kerucut berputar pada kecepatan tertentu dan cairan antara kerucut dan plat menimbulkan momen putar pada plat, sehingga : Shear stress = Shear rate = R = Radius kerucut x = Lebar celah Lebih mahal karena ketelitian lebih tinggi Dengan shear stress tinggi, cairan dilatant viskositas rendah dapat keluar dari celah Sederhana pengoperasiannya Mudah diisi dan dibersihkan Cocok untuk sampel jumlah kecil

VISKOMETER KUMPARAN SATU Jika kumparan diputar, ada momen putar yang menahan cairan viskus. Sama dengan silinder konsentrik tapi celahnya lebar. Viskositas apparent diketahui dengan mengkonversi pada tabel kecepatan rotasional. Viskometer brook field : Bentuk T paling murah, mudah digunakan, kuat dan tepat.