VISKOSITAS FLUIDA
TUJUAN Menentukan koefisien viskositas fluida encer dan kental. DASAR TEORI
Fluida adalah zat yang dapat mengalir (zalir), yang dapat berupa gas ataupun zat cair. Salah satu sifat yang dimiliki oleh setiap fluida adalah viskositas. Viskositas merupakan salah satu sifat fluida yang menghambat menghambat fluida fl uida tersebut saat mengalir. Kadang- kadang viskositas ini diserupakan dengan kekentalan. Fluida yang lebih kental (viskos) akan mengalir lebih lama dalam suatu pipa daripada fluida yang kurang kental. Sifat viskos ini sangat diperhatikan dalam perihal yang melibatkan aliran fluida maupun minyak pelumas mesin. Pelumas mesin berviskositas tinggi lebih baik digunakan daripada yang bernilai rendah. Tetapi jika terlalu tinggi viskositasnya justru akan menghambat gerakan mesin tersebut. Nilai koefifien viskositas suatu fluida sangat bergantung pada suhu. Bila suhu makin tinggi nilai koefisien viskositas akan menurun. Artinya, fluida tersebut akan semakin encer jika suhunya semakin tinggi. Tabel 1 memuat contoh nilai koefisien beberapa fluida untuk berbagai suhu. Tabel 1. Nilai koefisien beberapa fluida (Tiple,1991) 0
Fluida
Suhu ( C)
Koefisien viskositas viskositas (mPa.s)
Air
0 20 40 60
1,80 1,00 0,80 0,65
Darah
37
4,0
Minyak mesin SAE 10
30
200
Gliserin
0 20 60
10.000 1.410 81
Udara
20
0,018
Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas fluida disebut viskosimeter. Terdapat dua prinsip dasar system/metode pengukuran viskositas tersebut. Pertama, metode pengukuran berdasarkan laju aliran dalam pipa kapiler vertikal saat menempuh jarak tertentu. Alat yang digunakan pada metode ini adalah viskosimeter ostwald yang asas kerjanya berdasarkan hukum Poiseuille. Hukum Poiseuille dituliskan sebagai
Dengan P = tekanan
= koefisien viskositas fluida
L = panjang pipa kapiler yang dilalui fluida Iv = laju aliran volume Berdasarkan hukum Poiseuille, dengan viskosimeter Ostwald dapat ditentukan viskositas fluida jika h, a L, dan V dapat diukur. Persamaan Poiseuille menjadi :
Dengan t a h
= massa jenis cairan yang akan ditentukan viskositasnya = waktu pengaliran cairan dari tanda A sampai B = jejari pipa kapiler yang panjangnya L = jarak antara bola kecil dan besar. Jika viskositas cairan dalam hal ini alkohol = dan viskositas air = maka viskositas alkohol terhadap adalah :
Koefisien viskositas air ditentukan melalui interpolasi data dari tabel pada suhu yang sesuai. Perangkat percobaan vikosimeter Ostwald digunakan untuk menentukan koefisien viskositas fluida, terutama yang encer. Fluida yang kental sebaiknya tidak menggunakan peralatan ini karena waktu yang dibutuhkan fluida kental untuk turun melalui pipa kapiler jauh lebih lama dibandingkan yang encer.
Selain dengan viskosimeter Ostwald, mengukur koefisien viskositas fluida dapat menggunakan metode stokes, yakni menentukan koefisien viskositas melalui pengukuran laju terminal (laju konstan) benda berbentuk bola dalam fluida yang ingin diukur koefisien viskositasnya yang dijatuhkan dari atas permukaan fluida. Selama resultan gaya-gaya yang bekerja pada bola nol, maka bola mengalami laju terminal (konstan) dan berlaku rumus
Dengan
= laju terminal
= kerapatan bola
= kerapatan fluida
Jika jarak AB = h, waktu bola dari A ke B adalah t , diamter bola m maka persamaan (3) menjadi
d dan
massanya
Perangkat percobaan viskosimeter ini lebih cocok digunakan untuk menentukan koefisien viskositas fluida yang kental. Contoh penggunaan peralatan ini adalah untuk mengukur koefisien viskositas gliserin, oli atau minyak. Prinsip penghitungan berdasar pada kecepatan terminal bola dalam fluida, melalui data berupa waktu untuk menempuh jarak tertentu. ALAT DAN BAHAN Metode I (viskosimeter ostwald)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Tabung viskosimeter ostwald Statip dan klem Stopwatch (2 buah) Gelas ukur Termometer Penghisap Air Alkohol
PROSEDUR PERCOBAAN
Metode II (Hk. Stoke)
1. Tabung kaca diameter sekitar 10 cm, tinggi sekitar 60 cm dan 2 karet gelang 2. Densitometer dan termometer 3. Bola besi diameter sekitar 1 cm 4. Mistar dan mikrometer sekrup 5. Neraca dan anak timbangan 6. Stopwatch (2 buah) 7. Fluida (gliserin atau olie)
A. METODE I (VISKOSIMETER OSTWALD) 1. Tabung viskosimeter yang telah bersih dipasang pada statip dan klem secara vertikal 2. Air sebanyak 6 ml dimasukkan ke dalam viskosimeter. Ukur suhu air dalam tempat lain. 3. Air dalam viskosimeter dihisap hingga permukaannya di atas garis tanda A, kemudian penghisap dilepaskan. 4. Saat permukaan fluida tepat berhimpit dengan garis A stopwatch 1 dihidupkan oleh praktikan 1. 5. Saat permukaan fluida tepat berhimpit dengan garis B stopwatch 2 dihidupkan oleh praktikan 2. 6. Kemudian kedua stopwatch dimatikan bersama-sama ol eh 1 praktikan. 7. Selisih waktu kedua stopwatch merupakan waktu yang diperlukan fluida menempuh jarak AB. 8. Ulangi langkah (3) hingga (7) beberapa kali, minimal 4 kali. 9. Ulangi langkah (1) hingga (8) dengan fluida lain (misal alkohol). 10. Setelah dipakai viskosimeter dibersihkan dengan alkohol kemudian ditiup dengan peniup (blower). B. METODE II (Hk. STOKE)
1.
Masukkan fluida yang akan diukur koefisien viskositasnya ke dalam tabung. 2. Ukur kerapatan fluida dengan densitometer. Ukur suhu fluida dalam tempat lain. 3. Siapkan sekitar 10-15 bola besi yang diameternya sama. Timbang dan ukur diameternya. 4. Tetapkan dua posisi karet gelang atas dan bawah berjarak sekitar 5-10 cm, dengan bagian atas minimal 20 cm di bawah permukaan. 5. Lepaskan bola di atas permukaan fluida (jangan terlalu jauh dari permukaan fluida) 6. Saat bola tepat dengan garis A, stopwatch 1 dihidupkan oleh praktikan 1. 7. Saat bola tepat dengan garis B, stopwatch 2 dihidupkan oleh praktikan 2. 8. Kemudian kedua stopwatch dimatikan bersama-sama oleh seorang praktikan. 9. Selisih waktu kedua stopwatch adalah waktu bola menempuh jarak AB. 10. Kecepatan terminal dihitung melalui jarak antara kedua karet dibagi waktu yang dibutuhkan bola menempuh jarak itu. 11. Ulangi percobaan beberapa kali.
