34
dalam pembuatan pipa karet atau bensin dan minyak, dll. Jenis CR yang tahan terhadap nyala api banyak digunakan dalam pembuatan pipa karet, pembungkus kabel,
seal, gasket dan sabuk pengangkut. Tim penulis, 1999
2.9 Viskositas
Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu cairan atau fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk
mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir cepat seperti air, alkohol dan bensin mempunyai viskositas kecil. Sedangkan cairan yang mengalir lambat seperti
gliserin, minyak castor dan madu mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas lain menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan.
2.9.1 Hukum Viskositas
Adapun hukum yang berhubungan dengan viskositas adalah sebagai berikut 1.Hukum poiseuille
Yang berbunyi “Banyaknya cairan yang mengalir persatuan waktu melalui
penampang melintang berbentuk silinder berjari-jari r, yang panjangnya l selain ditentukan oleh beda tekanan
p ∆
pada kedua ujung yang memberikan gaya pengaliran juga ditentukan oleh viskositas cairan dan luas penampang pipa”
Hubungan tersebut dirumuskan oleh Poiseuille yang dikenal dengan hukum Poiseuille sebagai:
Q= l
r p
η π
8
4
∆ atau
l r
p t
V η
π 8
4
∆ =
Dengan Q adalah kecepatan aliran volume volume cairan V yang melewati pipa persatuan waktu t dinyatakan dalam satuan SI m
3
s.
Universitas Sumatera Utara
35
2. Hukum stokes Apabila benda padat bergerak dengan kecepatan tertentu dalam medium fluida, maka
benda tersebut akan mengalami hambatan yang diakibatkan oleh gaya gesekan fluida. Gaya gesek tersebut sebanding dengan kecepatan relatif gerak benda terhadap medium
dan viskositasnya. Besarnya gaya gesek fluida dirumuskan sebagai berikut:
F =
z Av
η atau F =
v k
v z
A
η η
=
Dimana k = koefisien yang besarnya bergantung bentuk geometrik benda. Dari hasil percobaan, untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r diperoleh
F = 6 v
r η
π Persamaan ini dinyatakan pertama kali oleh Sir George Stokes 1845, yang kemudian
dikenal dengan hukum stokes. Bila gaya F diterapkan pada partikel berbentuk bola dalam larutan, maka Stokes menunjukka n bahwa untuk aliran laminar berlaku:
f = 6 η
π r
2.9.2 Metode pengukuran viskositas
Secara umum, viskositas cairan ditentukan dengan dua metode yaitu: a. Viskometer Oswald
Metode ini ditentukan berdasarkan hukum Poiseuille menggunakan alat viskometer Oswald. Penetapannya dilakukan dengan jalan mengukur waktu yang
diperlukan untuk mengalirnya cairan dalam pipa kapiler dari a ke b.
Gambar 2.1 viskosimeter oswald
Universitas Sumatera Utara
36
Sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukkan ke dalam viskometer yang diletakkan pada termostat. Cairan kemudian diisap dengan pompa ke dalam bola
C sampai diatas tanda a ke b dicatat menggunakan stopwatch. Viskositas dihitung sesuai persamaan Poiseuille:
Vl t
8 Pr
4
π η =
t ialah waktu yang diperlukan cairan bervolume V, yang mengalir melalui pipa kapiler dengan panjang l dan jari-jari r. tekanan P merupakan perbedaan tekanan aliran kedua
ujung pipa viskometer dan besarnya diasumsikan sebanding dengan berat cairan. b. Viskosimeter Bola Jatuh
Viskositas cairan dapat ditentukan dengan metode bola jatuh berdasarkan hukum Stokes.
Gambar 2.2 viskosimeter bola jatuh
Bola kelereng dengan rapatan d dan jari-jari r dijatuhkan ke dalam tabung berisi cairan yang kan ditentukan viskositanya. Waktu yang diperlukan bola untuk
jatuh melalui cairan dengan tinggi tertentu kemudian dicatat dengan stopwatch. Sewaktu bola jatuh dalam fluida kental kecepatannya makin membesar. Selama
geraknya, pada bola bekerja berat yang menyebabkan bola mengendap. Besarnya gaya tersebut sama dengan masa efektifnya kali percepatan gravitasi. Massa efektif adalah
massa bola dikurangi massa fluida yang dipindahkan. Jika bola mempunyai rapatan d
b
dan rapatan cairan d
c
, maka gaya yang menyebabkan gerak sebesar: Fw =
g dc
db r
3 4
3
− π
Universitas Sumatera Utara
37
Dimana g adalah percepatan gravitasi Selain itu juga bekerja gaya gesekan yang dikerjakan oleh fluida yang arahnya keatas,
sesuai persamaan Stokes: Fg = 6
v r
η π
Pada saat tercapai kecepatan terminal, yaitu kecepatan pengendapan terbesar yang tetap, maka gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah setimbang F
w
= F
a,
sehingga berlaku hubungan :
g dc
db r
F v
r
w
3 4
6
3
− =
= π
η π
atau
v dc
db g
r 9
2
2
− =
η
Setiap fluida mempunyai viskositas yang berbeda-beda yang harganya bergantung pada jenis cairan dan suhu. Cairan mempunyai viskositas lebih besar dari
pada gas, karena mempunyai gaya gesek untuk mengalir lebih besar. Pada kebanyakan cairan viskositasnya turun dengan naiknya suhu. Menurut teori lubang
terdapat kekosongan dalam cairan dan molekul bergerak secara kontinu ke dalam kekosongan ini, sehingga memerlukan energi karena ada energi pengaktifan yang
harus dipunyai suatu molekul agar dapat bergerak ke dalam kekosongan. Energi pengaktifan lebih mungkin terdapat pada suhu yang lebih tinggi dan dengan demikian
cairan lebih mudah mengalir. Viskositas berbagai cairan pada suhu yang berbeda ditunjukkan pada tabel 2.2.
Universitas Sumatera Utara
38
Tabel 2.2. Viskositas berbagai cairan pada suhu berbeda dengan satuan sentipoise cP
Cairan Suhu
o
C 20
25 37
Air 1,793
1,005 0,895
- Etanol
1,77 1,194
1,009 -
Benzena 0,91
0,64 0,61
- Gliserin
10590 1340
945 -
Darah -
- -
4,0 Plasma darah
- -
- 1,5
1cP = 0,01 pise Viskositas cairan naik dengan bertambahnya tekanan. Hal ini disebabkan jumlah
lubang berkurang, sehingga bagi molekul lebih sukar untuk bergerak keliling satu terhadap yang lain. Kebalikan dari cairan, maka viskositas gas bertambah jika suhu
naik. Viskositas gas ideal tidak bergantung pada tekanan. Untuk larutan viskositasnya bergantung pada konsentrasi atau kekuatan larutan.
Umumnya larutan yang berkonsentrasi tinggi, viskositasnya juga tinggi. Sebaliknya larutan yang konsentrasi rendah viskositasnya juga rendah.
Estien Y, 2005 Viskositas bisa diekspresikan dalam berbagai cara atau pada tabel 2.3.
sekarang ini nama-nama umum lebih banyak digunakan dari pada nama-nama yang direkomendasikan oleh IUPAC. Viskositas relatif rasio viskositas
sp
η adalah rasio perbandingan viskositas larutan terhadap viskositas pelarut yang proporsional
dengan pendekatan pertama untuk larutan-larutan encer ke rasio waktu-waktu aliran yang sesuai. Satuan viskositas biasanya dinyatakan dalam poise atau waktu aliran
Universitas Sumatera Utara
39
dibagi dalam berbagai ekspresi viskositas. Viskositas spesifik
sp
η merupakan kenaikan fraksi bagian dalam viskositas. Baik
sp rel
maupun
η η
keduanya tidak berdimensi. Ketika konsentrasi bertambah, viskositas pun bertambah. Oleh karena itu
untuk menghilangkan efek konsentrasi, viskositas spesifik tersebut dibagi oleh dan diekstrapolasi ke konsentrasi nol untuk memberikan viskositas intrinsik. Kadang-
kadang viskositas ditetapkan pada konsentrasi tunggal dan viskositas inheren
inh
η digunakan sebagai indikasi pendekatan dari berat molekul, viskositas inheren
mengektrapolasi ke η yang sama. Konsentrasi C, dalam ekspresi diatas dinyatakan
dalam gram per 100 ml pelarut atau dalam gram per sentimeter kubik, dan satuan awal yang lebih umum dipakai.
Tabel 2.3. Pembagian viskositas larutan encer
Nama umum Nama IUPAC
Defenisi Viskositas relatif
Rasio
o o
rel
t t
= =η
η η
Viskositas spesifik -
1 −
= −
= −
=
rel o
o o
o sp
t t
t η
η η
η η
Viskositas reduksi Bilangan viskositas
C C
rel sp
red 1
−
= =
η η
η
Viskositas inheren Bilangan viskositas
logaritma
C
rel inh
η η
ln =
Viskositas intrinsik Bilangan viskositas
terbatas o
c C
inh c
sp
= =
=
−
η η
η
Universitas Sumatera Utara
40
Diantara berbagai jenis viskositas tersebut, viskositas intrinsik paling bermanfaat dan mudah dipakai karena bisa dihubungkan ke berat molekul oleh persamaan Mar-
Houwink-Sakurada:
[ ]
a r
M K
=
η dimana Mv adalah berat molekul rata-rata viskositas, yang didefinisikan sebagai:
∑ ∑
∞ =
∞ =
+
=
1 1
1
i i
i i
a i
i V
M N
M N
M
Malcom S. 2001
2.9.3 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Viskositas karet
