10 Fluida non-Newtonian dapat diklasifikasikan dalam time-dependent atau time-
independent. Fluida yang sifat reologinya hanya bergantung pada shear stress pada suhu konstan diklasifikasikan dalam time-independent. Fluida time-dependent memiliki viskositas
yang tidak hanya bergantung pada shear stress, tetapi juga bergantung pada waktu stress yang diberikan Ibarz et al. 2005.
D. SIFAT REOLOGI MINYAK
Kim et al. 2010 telah melakukan pengujian sifat reologi tujuh sampel minyak yaitu minyak kanola, jagung, grapseed, hazelnut, zaitun, kedelai, dan biji bunga matahari. Minyak
nabati tersebut memperlihatkan sifat fluida Newtonian pada suhu pengukuran 25
o
C Gambar 4.
Hasil penelitian Goodrum et al. 2002 pada poultry fat dan yellow grease juga menunjukkan bahwa pada shear rate yang tinggi, sifat reologi sampel menyerupai sifat fluida
Newtonian, di mana viskositas tidak lagi dipengaruhi oleh shear rate. Selain itu Fasina et al. 2006 juga telah melakukan pengujian pada 12 sampel minyak nabati pada kisaran suhu
5-95
o
C, dan terdapat hubungan yang linier antara shear rate dengan shear stress dengan koefisien regresi lebih besar dari 0.999, yang mengindikasikan bahwa minyak nabati tersebut
memiliki sifat fluida Newtonian.
Gambar 4. Kurva hubungan shear stress dan shear rate pada beberapa jenis minyak nabati pada suhu 25
o
C Kim et al. 2010. Menurut Munson et al. 2001, pada umumnya minyak dan lemak memiliki sifat
pseudoplastik yang mengalami penurunan viskositas saat shear rate meningkat shear thinning. Geller dan Goodrum 2000 melaporkan bahwa viskositas minyak ditentukan oleh shear rate di
mana pada shear rate yang sangat rendah di bawah 7 s
-1
, terdeteksi sifat aliran fluida non- Newtonian pseudoplastik. Sebaliknya bila shear rate 7 s
-1
, minyak bersifat sebagai fluida Newtonian.
Selama transportasi dan penyimpanan, minyak akan mengalami proses pemanasan dan pendinginan. Bahan pangan seringkali mengalami perlakuan suhu selama pengolahan,
penyimpanan, dan transportasi. Suhu sangat berpengaruh terhadap viskositas fluida, di mana
Hazelnut Jagung
Greapseed Zaitun
Kacang kedelai Kanola
Biji bunga matahari
Shear rate 1s S
h ear
s tr
es s
P a
11 secara umum viskositas akan menurun dengan meningkatnya suhu Rao 1999. Munson et al.
2001 juga mengungkapkan bahwa secara umum, viskositas suatu fluida akan menurun dengan meningkatnya suhu. Hal tersebut disebabkan oleh terjadinya penurunan gaya kohesif pada
molekul-molekul fluida saat suhu mengalami peningkatan. Menurut Goodrum et al. 2002, karena viskositas merupakan fungsi dari suhu, maka
nilai parameter n dan K juga dapat berubah dengan perubahan suhu. Dengan demikian, n dan K harus ditentukan melalui percobaan penentuan viskositas pada kondisi suhu tertentu isotermal
karena model power law hanya menentukan hubungan antara viskositas dengan shear rate, dibutuhkan analisis lain untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap viskositas.
Wang dan Briggs 2002 telah melakukan pengujian pengaruh suhu 10, 20, 40, 60, dan 90
o
C terhadap sifat reologi 5 jenis minyak kedelai, dan diketahui bahwa viskositas minyak akan menurun dengan suhu yang semakin meningkat. Pengaruh suhu terhadap viskositas µ
untuk fluida Newtonian dapat dinyatakan dalam persamaan tipe Arrhenius Persamaan 4 yang melibatkan suhu absolut T, konstanta gas universal R, dan energi aktivasi E
a
:
μ = A e
Ea RT
4 Nilai E
a
dan konstanta persamaan Arrhenius A ditentukan menggunakan regresi linier dari data percobaan. Nilai E
a
yang lebih tinggi menunjukkan perubahan viskositas yang lebih cepat akibat perubahan suhu.
Kim et al. 2010 telah melakukan pengujian sifat aliran minyak pada kisaran suhu 20-70
o
C Gambar 5, di mana minyak mengalami penurunan viskositas secara non-linier dengan meningkatnya suhu. Penggunaan model Arrhenius pada sampel minyak nabati tersebut
menghasilkan nilai E
a
24.6 –26.9 kJmol dan konstanta Arrhenius 1.18 x 10
-6
–2.23 x 10
-6
Pa.s. Menurut Santos et al. 2005 pengaruh suhu tersebut disebabkan oleh terjadinya penurunan
interaksi molekuler.
Gambar 5. Pengaruh suhu pada sifat aliran beberapa minyak nabati Kim et al. 2010. Menurut Keshvadi et al. 2011 menentukan sifat reologi minyak sawit merupakan hal
sulit karena minyak sawit banyak mengandung komponen-komponen yang kompleks minyak,
Hazelnut Jagung
Greapseed Zaitun
Kacang kedelai Kanola
Biji bunga matahari
Temp
o
C Vis
k os
it as
P a.
s
12 air, dan serat. Permodelan-permodelan untuk memprediksi pengaruh proses operasi pengolahan
terhadap viskositas CPO telah banyak dilakukan namun hasilnya masih belum sempurna sehingga sampai saat ini masih terus dilakukan penelitian mengenai viskositas dan sifat reologi
CPO. CPO mempunyai sifat yang mudah berubah terhadap proses-proses operasi seperti suhu dan shear rate. Marcia et al. 2002 dalam penelitiannya mengemukakan bahwa suhu dan shear
rate akan berpengaruh terhadap perubahan densitas dan viskositas CPO. Namun perubahan pada densitas relatif lebih kecil dibandingkan dengan perubahan viskositasnya.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Keshvadi et al. 2011 CPO mempunyai sifat fluida non-Newtonian. Hal ini ditunjukkan oleh viskositas CPO yang menurun seiiring dengan
meningkatnya shear rate dan suhu. Fenomena ini disebabkan berkurangnya interaksi inter molekul saat meningkatnya suhu dan shear rate. Selain itu, perubahan mikrostruktur dan
penurunan Solid Fat Content SFC juga memengaruhi penurunan viskositas CPO Liang et al. 2008.
Minyak sawit kasar crude palm oilCPO akan mengalami beberapa tahap pemurnian untuk menghasilkan minyak makan, yang terdiri atas tahap degumming, netralisasi, pemucatan,
dan deodorisasi. Selama pemurnian, komponen pengotor yang dihilangkan adalah asilgliserol parsial, asam lemak bebas, lilin, logam, pigmen, komponen odor, dan gum fosfolipida Verhe
et al. 2006. Proses penghilangan kotoran dari minyak dapat mengubah sifat alirannya Sathivel et al. 2003.
Menurut Sathivel et al. 2003, interaksi antara minyak dan kotoran tergantung pada ukuran dan bentuk pengotor, gaya inter molekul yang terjadi, panjang rantai, keberadaan rantai
samping, adanya gugus polar, dan ikatan hidrogen dalam molekul pengotor. Interaksi antara minyak dan kotoran akan menyebabkan pembentukan sistem dispersi koloid teragregasi, yang
biasanya menghasilkan karakteristik shear thinning saat shear stress diterapkan pada sistem, di mana integritas struktural minyak kasar akan terganggu.
Sathivel et al. 2003 mengemukakan bahwa minyak kasar dapat dianggap sebagai sistem dispersi karena campuran kompleks turunan hidrokarbon cair berperan sebagai media
dispersi, dan agregat kotoran akan berperan sebagai fase terdispersi. Adanya kotoran dalam minyak kasar akan berpengaruh pada karakteristik aliran minyak. Sifat reologi minyak
dipengaruhi oleh tahap pemurnian yang dialaminya, di mana nilai koefisien konsistensi K akan menurun pada setiap tahap pemurnian yang dialaminya.
Sathivel et al. 2003 juga mengemukakan bahwa pada suhu rendah, adanya kotoran impurities pada minyak kasar cenderung akan mengendap pada dinding pipa. Beberapa
partikel solid dalam pengaliran bulk akan meningkatkan viskositas minyak dan mengakibatkan terjadinya peningkatan pressure drop dalam jalur perpipaan. Sebagai akibat dari peningkatan
viskositas, sifat-sifat aliran minyak akan menyebabkan sifat aliran non-Newtonian. Belum terdapat model yang memuaskan untuk memprediksi viskositas minyak nabati, yang sifatnya
sangat tergantung pada shear rate dan dipengaruhi oleh tahap-tahap pengolahan yang berbeda.
13
III. METODOLOGI
