Pengertian Viskositas
Viskositas ialah suatu istilah ilmiah yang menggambarkan suatu resistensi terhadap suatu aliran fluida. Fluida itu dapat menjadi cair atau juga gas, Namun istilah ini lebih sering dihubungkan dengan cairan.
Sebagai contoh, sirup itu mempunyai viskositas lebih tinggi dari pada air : kekuatan lebih diperlukan untuk dapat memindahkan sesendok dengan melalui botol sirup dari dalam botol air disebabkan karena sirup tersebut lebih susah untuk mengalir di sekitar sendok. Resistensi tersebut disebabkan dengan gesekan yang dihasilkan oleh molekul cairan serta juga mempengaruhi baik sejauh mana cairan tersebut akan menentang gerakan obyek dengan melalui itu serta juga tekanan yang dibutuhkan untuk dapat menggerakan cairan dengan melalui tabung atau juga pipa. Viskositas tersebut dipengaruhi dengan sejumlah faktor, termasuk ukuran serta bentuk molekul, interaksi antara mereka, dan juga suhu.
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika dari suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas.
Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan – lapisan yang saling bergeseran.
Setiap lapisan tersebut akan memberikan tegangan geser (s) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g) pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida.
Viskositas adalah kekentalan lapisan-lapisan fluida ketika lapisan tersebut bergeser satu sama lain. Viskositas juga merupakan gesekan dalam fluida. Besarnya viskositas menyatakan kekentalan fluida. Gesekan yang terjadi dapat memberi hambatan pada fluida jika bersinggungan dengan sebuah benda.
Dalam suatu fluida ideal (fluida tidak kental) tidak ada viskositas (kekentalan) yang menghambat lapisan-lapisan fluida ketika lapisan-lapisan tersebut menggeser satu diatas lainnya. Dalam suatu pipa yang luas penampangnya seragam (serba sama), setiap lapisan fluida ideal bergerak dengan kecepatan yang sama, demikian juga lapisan fluida yang dekat dengan dinding pipa. Ketika viskositas (kekentalan) hadir, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama, lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat pipa memiliki kecepatan terbesar.
Viskositas secara mudah dimengerti dengan memperhatikan percobaan yang menunjukan suatu fluida kental diantara dua keping sejajar. Keping yang atas bebas bergerak sedangkan keping yang bawah stasioner (diam). Jika keping atas digerakkan dengan kecepatan v relatif terhadap keping bawah, maka suatu gaya F diperlukan. Untuk fluida yang sangat kental, seperti madu, diperlukan gaya yang lebih besar; sedangkan untuk fluida yang kurang kental (viskositasnya kecil), seperti air, diperlukan gaya yang lebih besar.
Besar gaya F yang diperlukan untuk menarik keping atas melawan gaya gesekan yang diakibatkan fluida kental sehingga keping atas bergerak dengan kecepatan tetap v bergantung pada beberapa faktor. Makin besar lus keping A yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh ( F ∞ A ). Untuk luas sentuh A yang tertentun ternyata kelajuan v yang lebih besar memerlukan gaya Fyang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan ( F ∞ v ). Gaya juga berbanding terbalik dengan jarak y antara keping atas dan keping bawah. Makin besar jarak, makin kecil gaya yang diperlukan untuk kelajuan dan lus sentuh yang tetrtentu.
Ketiga pernyataan tersebut dapat digabungkan bersama dengan pernyataan F ∞ Av/y. Yang menyatakan hubungan ini dengan bantuan konstanta kesebandingan η (huruf yunani dibaca eta), yang disebut koefisien viskositas. Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas lapisan A dan letaknya pada jarak y dari suatu permukaan yang tidak bergerak.
Secara matematis, besarnya viskositas dinyatakan dengan gaya yang diperlukan untuk menggerakan lapisan fluida:
F = kηv
Dengan:
F = gaya untuk menggerakan lapisan fluida (N)
v = kecepatan fluida (m/s)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
Zat cair yang kental memiliki η> dari zat cair yang encer. Menurut hukum stokes: “Benda yang bergerak dengan kecepatan v tertentu dalam fluida kental akan mengalami gaya gesekan oleh fluida”. Koefisien k bergantung pada bentuk geometri benda. Untuk benda yang berbentuk bola sehingga k = 6πr
F = 6πηrv (dikenal dengan gaya Stokes)
Dengan r = jari-jari (m)
Jika benda dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, benda tidak hanya mendapatkan gaya apung, tapi juga mendapatkan gaya yang berlawanan dengan gerak benda yaitu gaya gesekan fluida (gaya Stokes). Benda yang tercelup memilki kecepatan yang semakin besar dan pada suatu saat dicapai kecepatan terbesar yang nilainya tetap. Kecepatan tetap ini disebut dengan kecepatan terminal (vT)
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : √ Materi Fluida Dinamis : Rumus Hukum Bernoulli, Pengertian, Jenis, Dan Contoh Soal
Konsep Viskositas
Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng di atas lantai yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi lebih sederhana.
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2 Pada tabel didaftar koefisien viskositas beberapa fluida. Untuk suhu yang lebih rendah umumnya zat cair menjadi lebih kental (koefisien viskositasnya lebih besar). Seperti yang diamati pada oli mesin, madu, dan fluida-fluida kental lainnya. Berlawanan dengan itu, gas biasanya berkurang kekentalannya jika suhu turun. Makin kecil η fluida, makin mendekati fluida ideal; untuk fluida ideal η = 0.
- Fluida
Temperatur (o C)
Koofisien Viskositas
Air -
0
1,8 x 10-3
20
1,0 x 10-3
60
0,65 x 10-3
100
0,3 x 10-3 -
Darah (keseluruhan)
37
4,0 x 10-3 -
Plasma Darah
37
1,5 x 10-3 -
Ethyl alkohol
20
1,2 x 10-3 -
Oli mesin (SAE 10)
30
200 x 10-3 -
Gliserin
0
10.000 x 10-3
20
1500 x 10-3
60
81 x 10-3 -
Udara
20
0,018 x 10-3 -
Hidrogen
0
0,009 x 10-3 -
Uap air
100
0,013 x 10-3
Teori Dasar Viskositas merupakan suatu sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Viskositas sering diartikan sebagai kekentalan. Viskositas sebenarnya disebabkan oleh kohesi dan pertukaran momentum molekuler di antara lapisan-lapisan fluida dan pada waktu berlangsungnya aliran, efek ini terlihat sebagai tegangan tangensial atau tegangan geser di antara lapisan yang bergerak. Akibat adanya gradien kecepatan, akan menyebabkan lapisan fluida yang lebih dekat pada plat yang bergerak, dan akan diperoleh kecepatan yang lebih besar dari lapisan yang lebih jauh. Cairan yang mempunyai viskositas lebih tinggi akan lebih lambat mengalir didalam pipa dibandingkan cairan yang viskositasnya lebih rendah.
Sebuah benda yang bergerak dalam fluida yang punya viskositas lebih tinggi mengalami gaya gesek viskositas yang lebih besar daripada jika benda tersebut bergerak didalam fluida yang viskositasnya lebih rendah. Tujuan mempelajari viskositas ini adalah memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida akan mendapatkan gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut. Selain itu, dapat menentukan koefisien kekentalan dari fluida. Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas antara lain adalah koefisien kekentalan zat cair itu sendiri, massa jenis dari fluida tersebut, bentuk atau besar dari partikel fluida tersebut, karena cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggi dari pada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur. Selain itu juga suhu, semakin tinggi suhu cairan semakin kecil viskositasnya, semakin rendah suhunya maka semakin besar viskositasnya.
Aplikasi Teori Aplikasi dari viskositas adalah pelumas mesin. Pelumas mesin ini biasanya kita kenal dengan nama oli. Oli merupakan bahan penting bagi kendaraan bermotor. Oli yang dibutuhkan tiap-tiap tipe mesin kendaraan berbeda-beda karena setiap tipe mesin kendaraan membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda. Kekentalan ini adalah bagian yang sangat penting sekali karena berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk mengalir. Sehingga sebelum menggunakan oli merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu koefisien kekentalan oli sesuai atau tidak dengan tipe mesin. Memilih dan menggunakan oli yang baik dan benar untuk kendaraan bermotor merupakan langkah tepat untuk merawat mesin dan peralatan kendaraan agar tidak cepat rusak dan mencegah pemborosan.
Masyarakat umum beranggapan bahwa fungsi utama oli hanyalah sebagai pelumas mesin. Padahal oli memiliki fungsi lain, yakni sebagai pendingin, pelindung karat, pembersih dan penutup celah pada dinding mesin. Sebagai pelumas mesin oli akan membuat gesekan antar komponen didalam mesin bergerak lebih halus dengan cara masuk kedalam celah-celah mesin, sehingga memudahkan mesin untuk mencapai suhu kerja yang ideal.
Viskositas dari oli sangat diperhitungkan untuk meminimalisir gaya gesek yang ditimbulkan oleh mesin yang bergerak dan terkontak satu terhadap yang lain sehingga mencegah terjadinya keausan. Pada permesinan bagian yang paling sering bergesekan adalah piston, ada banyak bagian lain namun gesekannya tak sebesar yang dialami piston. Disinilah kegunaan oli. Oli memisahkan kedua permukaan yang berhubungan sehingga gesekan pada piston diperkecil. Selain itu, oli juga bertindak sebagai fluida yang memindahkan panas ruang bakar yang mencapai 1000-1600 derajat celcius ke bagian lain mesin yang lebih dingin, sehingga mesin tidak over heat (sebagai pendingin).
Pembersih mesin dari sisa pembakaran dan deposit senyawa karbon yang masuk dalam ruang bakar supaya tidak muncul endapan lumpur. Teknologi mesin yang terus berkembang menuntut kerja pelumas semakin lengkap, seperti penambahan anti karat dan anti foam. Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resitensi berlebih mengalirkan oli pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin dioperasikan karena nilai viskositas masing-masing oli akan berkurang jika suhu cairan dinaikkan. Suhu semakin tinggi diikuti makin rendahnya viskositas oli atau sebaliknya.
Beberapa kriteria yang penting yang harus dipenuhi oleh oli antara lain :
- Viskositas harus cukup kental untuk menahan agar bagian peralatan yang bergerak relatif terpisah, tetapi juga harus mencegah kebocoran dari segel.
- Fluida harus cukup pada saat awal yaitu pada saat peralatan masih dingin.
- Dapat membentuk film yang cukup kuat untuk pelumasan perbatasan.
- Tahan terhadap oksidasi suhu tinggi.
- Mengandung deterjen dan dispersan cukup untuk menyerap endapan atau lumpur yanga terbentuk.
- Tidak membentuk emulsi dengan air yang masuk dari segel yang bocor.
Tingkat kekentalan oli disebut Viscosity Grade, yaitu ukuran kekentalan dan kemampuan oli untuk mengalir pada temperatur tertentu menjadi prioritas terpenting dalam memilih oli. Kode pengenal oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. Misalnya oli yang bertuliskan SAE 15W-50, berarti oli tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50 pada kondisi suhu panas.
Semakin besar angka yang mengikuti kode oli menandakan semakin kentalnya oli tersebut. Sedangkan huruf W yang terdapat dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. Dengan kondisi seperti ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE.
Aliran cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu :
- Aliran laminer atau aliran kental.
Menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. - Aliran turbulen
Menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.
Dengan kata lain pembagian ini ialah pertama bagian air yang mengalir seakan-akan mengikuti suatu garis tak putus, bik lurus maupun melengkung. Ada bagian-bagian yang alirannya berputar-putar dengan putaran yang tidak jelas ujung dan pangkalnya.
Aliran yang mengikuti suatu garis (lurus ataupun melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya disebut aliran garis arus atau dalam bahasa Inggris disebut aliran Streamline. Secara lebih cermat dikatakan bahwa aliran garis arus adalah aliran yang tiap partikel yang melalui suatu titik mengikuti suatu garis yang sama seperti partikel-partikel lain melalui titik itu. Selain itu, pada aliran garis arus arah gerak partikel-partikel itu sama dengan arah aliran secara keseluruhan. Garis yang dilalui oleh partikel-partikel itu pada aliran seperti ini disebut garis arus.
Berbeda dengan aliran garis arus, ada aliran yang disebut aliran turbulent. Aliran turbulent ditandai oleh adanya aliran berputar. Ada partikel-partikel yang arah geraknya berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Jika aliran turbulent maka akan terdapat pusaran-pusaran dalam gerakannya dan lintasan partikel-partikelnya senantiasa berubah. Aliran turbulent menggambarkan laju aliran yang beasar melqlui pipa dengan diameter yang lebih besar.
Sifat dari fluida sejati adalah kompersibel, artinya volume dan massa jenisnya akan berubah bila diberikan tekanan. Selain itu juga fluida sejati mempunyai viskositas yaitu gesekan di dalam fluida sedangkan dalam anggapan fluida ideal semua sifat-sifat ini diabaikan.
Viskositas di dalam zat cair disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul dan di dalam gas disebabkan oleh pelanggaran-pelanggaran antar molekul yang bergerak dengan cepat. Terutama dalam arus turbulent, viskositas ini naik dengan cepat sekali hamper berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya. Makin besar kecepatannya, makin besar viskositasnya.
Viskositas zat cair lebih besar daripada gas. Viskositas gas sedemikian kecilnya sehingga sering diabaikan. Viskositas fluida bergantung kepada suhunya. Viskositas ini pada umumnya yaitu zat cair, yang umumnya berkurang jika suhunya naik. Tetapi sebaliknya viskositas gas lebih besar jika suhunya naik. Lapisan-lapisan gas atau zat cair yang mengalir saling berdesakan. Karena itu terdapat gaya gesek yang bersifat menahan aliran yang besarnya tergantung dari kekentalan zat cair tersebut.
Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dll. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (h). Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran kemudahan mengalir suatu fluida.
Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energy tertentu. Sesuai hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik,
h = A e-E/RT
A merupakan tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul relative dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : √ Hukum Ohm : Pengertian, Bunyi, Dan Rumus Serta Contoh Soalnya Lengkap
Pengukuran Viskositas
Viskositas pada cairan itu dapat diukur dengan beberapa cara oleh perangkat yang disebut dengan Alat ukur kekentalan atau juga viskometer. hal tersebut baik dapat mengukur waktu yang dibutuhkan pada suatu cairan sehingga berindah dengan sejauh jarak tertentu dengan melalui tabung atau juga waktu yang dibutuhkan pada sebuah objek dengan suatu ukuran tertentu serta kepadatan jatuh melalui cairan tersebut.
Satuan SI untuk pengukuran ini ialah pascal detik, pascal ialah sebagai satuan tekanan. Kualitas tersebut dikarenakn itu diukur dari segi tekanan serta waktu, sehingga di bawah tekanan yang diberikan cairan kental tersebut akan mengambil lebih banyak waktu untuk dapat berpindah pada jarak tertentu.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Getaran Harmonik : Pengertian, Syarat, Dan Rumus Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Macam dan Jenis Viskositas
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain :
-
Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut (Moechtar,1990). Viskometer kapiler / Otswald digunakan untuk menentukan viskositas dari suatu cairan dengan menggunakan air sebagai pembandingnya. Caranya yaitu dengan membandingkan waktu alir dan berat jenis cairan yang akan ditentukan dengan berat jenis cairan dan waktu alir.
Hubungan antara viskositas dan suhu pertama kali ditemukan oleh Carransicle pada tahun 1913. Pada viskositas Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu mengaliri pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh gaya beratnya sendiri. Pengukuran viskositas merupakan cara termudah dan termurah dalam menentukan berat molekul makro. Persamaan yang digunakan dalam pengukuran viskositas dengan viscometer ostwald adalah :
Pengukuran viskositas mempunyai beberapa bentuk diantaranya adalah :
- Viskositas spesifik = =
- Viskositas reduksi = =
- Viskositas intrinsik = = limit
C 0
Dimana : C = konsentrasi makro molekul (gr/100 ml)
Einsteinlah yang pertama kali menghubungkan viskositas dengan berat molekul yaitu pada tahun 1906. Einstein memperlihatkan bahwa viskositas larutan molekul membentuk bulatan yang encer dapat dicari dengan menggunakan rumus:
Dimana : = fraksi volume zat terlarut makro molekul
Karena makro molekul biasanya tidak berbentuk bulat maka sp/ pada persamaan di atas mempunyai nilai lebih besar dari 2,5.
-
Viskometer Hoppler
Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel (Moechtar,1990).
-
Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990).
-
Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).
Viskositas cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi melalui fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi sebesar :
F1 = 4/3 πr3 ( d-dm ) g
Perbedaan antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai berikut :
- Jenis Perbedaan
Viskositas Cairan
Viskositas Gas -
Gaya gesek
Lebih besar untuk mengalir
Lebih kecil disbanding viskositas cairan -
Koefisien viskositas
Lebih besar
Lebih kecil -
Temperatur
Temperatur naik,viskositas turun
Temperatur naik,viskositas naik -
Tekanan
Tekanan naik,viskositas naik
Tidak tergantung tekanan
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Arus Listrik : Pengertian, Hambatan, Dan Rumus Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Faktor Mempengaruhi Viskositas
Dalam aturan, cairan yang dengan molekul lebih besar, yang lebih kompleks, akan dapat mempunyai viskositas yang lebih tinggi juga. Hal ini terutama berlaku pada waktu yang cukup panjang, seperti rantai molekul yang ditemukan pada polimer serta senyawa hidrokarbon yang lebih berat. Molekul-molekul tersebut cenderung menjadi terjerat dengan satu sama lain, dan juga menghambat gerakan mereka.
Faktor lain yang tak kalah penting ialah cara molekul dalam berinteraksi satu sama lain. Senyawa polar tersebut dapat membentuk suatu ikatan hidrogen yang menghubungkan pada molekul terpisah bersama-sama, meningkatkan suatu ketahanan pada keseluruhan terhadap juga aliran serta gerakan. Meskipun air ialah suatu molekul polar, yang mempunyai viskositas rendah dikarenakan fakta bahwa molekul yang kecil. Cairan yang paling kental tersebut cenderung dengan molekul panjang yang mempunyai polaritas terlihat, seperti gliserin dan juga propilen glikol.
Suhu juga mempunyai pengaruh besar pada viskositas – begitu banyak sehingga pada pengukuran kualitas tersebut cairan selalu dikaitkan dengan suhu. Dalam cairan tersebut menurun seiring dengan adanya suhu, seperti yang dapat dilihat Apabila sirup atau juga madu dipanaskan. Hal tersebut disebabkan karena molekul tersebut bergerak lebih besar, dan karena itu dapat menghabiskan lebih sedikit waktu kontak antara satu sama lain. Sebaliknya, pada resistensi terhadap perubahan gas tersebut meningkat bersama suhu. Hal tersebut karena, pada saat molekul tersebut bergerak lebih cepat, terdapat lebih banyak tumbukan diantara mereka, yang dapat mengurangi kemampuan untuk dapat mengalir.
Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas :
- Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan turun, dan begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun kekentalannya. -
Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula. -
Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau member beban yang berat pada cairan sehingga manaikkan viskositas. -
Tekanan
Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Gelombang Mekanik
Satuan Viskositas
- Satuan viskositas
Satuan viskositas adalah L^2/T. Satuan internasinal bagi viskositas kinematik adalah mm^2/s atau centiStoke atau cSt. -
Tegangan geser dan viskositas
Hubungan antara tegangan geser dan viskositas dan perubahan kecepatan dapat dipahami pada kasus aliran diantara dua plat datar, misalkan jarak antar palt adalah y, dan diantara plat tersebut terdapat fluida dengan isi yang homogen, asumsikan bahwa plat sangat luas, dengan luas A yang besar, pengaruh rusuk dapat dianggap tidak ada. pada plat bagian bawah diaanggap tetap lalu diberikan gaya sebesar F pada plat atas. bila ternyata gaya ini menyebabkan material diantara dua plat bergerak dengan perubahan kecepatan u.
Berikut ini adalah uraian tentang Fungsi, Jenis dan Kekentalan ( Viskositas ) dari Oli mesin.
Semua jenis oli pada dasarnya adalah sama, yaitu sebagai bahan untuk pelumas agar mesin berjalan mulus dan bebas dari gangguan dan sekaligus sebagai pendingin dan penyekat. Oli itu sendiri mengandung lapisan-lapisan halus yang berfungsi mencegah terjadinya benturan-benturan antar logam dengan logam lainya pada sparepart lain, juga mencegah goresan atau keausan.
Untuk beberapa keperluan tertentu, aplikasi khusus pada fungsi tertentu, oli mesin dituntut memiliki sejumlah fungsi-fungsi tambahan. Mesin diesel msalnya keadaan normal beroperasi pada kecepatan rendah namun memiliki temperatur ynag lebih tinggi dibandingkan dengan mesin bensin. mesin diesel juga mempunyai kondisi kondusif yang lebih besar yang dapat menimbulkan oksidasi oli, penumpukan deposit dan perkaratan logam-logam bearing.
JENIS OLI MESIN
- Oli Mineral
Oli mineral terbuat dari oli dasar ( base oil ) yang diperoleh dari minyak bumi yang telah diolah dan disempurnakan dan telah ditambah dengan bahan2 / zat- zat aditif guna meningkatkan kemampuan dan fungsinya. Beberapa pakar mesin memberikan saran agar apabila telah terbiasa menggunakan oli minerla selam bertahun-tahun maka jangan langsung menggantinya dengan oli sintetis karena oli sintetis pada umumnya akan mengikis deposit ( sisa ) yang telah ditinggalkan oleh oli mineral, sehingga deposit tadi ternagkat dari tempatnya dan mengalir ke celah-celah mesin sehingga akan mengganggu pemakaian mesin. -
Oli Sintetis
Oli ini biasanya terdiri dari Polyalphaolifins yang datang dari bagian terbersih dari pemilahan oli mineral, yakni Gas. Senyawa ini kemudian dicampur dengan oli mineral. Inilah kenapa oli sintetis bisa dicampur dengan oli mineral juga sebaliknya. sementara basis yang paling stabil adlah polyol-ester ( bukan bahan kayu polyester ), yang paling sedikit bereaksi ketika dicampur dengan bahan lain. Oli sintetis cenderung tidak mengandung bahan Karbon Reaktif, senyawa yang sangat tidak bagus untuk oli, karena cenderung tergabung dengan oksigen ( O2 ) sehingga menghasilkan acid ( Zat asam ).Pada intinya, oli sintetis didesain untuk menghasilkan kinerja yang lebih efektif dibandingkan dengan oli mineral.
KEKENTALAN ( VISKOSITAS )
Kekentalan merupakan salah satu unsur kandungan oli paling rawan sebab berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk mengalir. Kekentalan oli langsung berkaitan dengan sejauh mana oli berfungsi sebagi pelumas sekaligus pelindung benturan antar permukaan logam. Oli harus mengalir ketika suhu mesin atau temperatur ambient. Menglair secara cukup agar terjamin pasokannya ke komponen-komponen yang bergerak. Semakin kental oli tersebut, maka lapisan yang ditimbulkan semakin lebih kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan extra menyapu atau membersihkan lapisan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resistensi berlebih mengalirkan oli pada temperaur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi ataupun temperatur terendah ketika mesin jalan.
Dengan demikian oli memiliki grade atau derajat tersendiri yang diatur oleh Society of Automotive Engineers ( SAE ). Jika dikemasan tertulis angka SAE 5W-30 artinya 5W ( winter ) jika pada suhu dingin oli bekerja pada kekentalan 5 dan pada suhu terpanas akan bekerja pada kekentalan 30.
Tetapi yang terbaik adalah yang mengikuti Viskositas yang sesuai dengan permintaan mesin. Umumnya, mobil sekarang memiliki kekentalan lebih rendah dari 5W-30. Sebab mesin sekarang ini lebih Sophisticated sehingga kerapatan antar komponen makin tipis dan juga banyak celah-celah kecil yang hanya bisa dilalui oleh oli encer. Tentunya tidak baik mesin ini menggunakan oli kental ( 20W-50 ) karena akan mengganggu debit aliran oli pada mesin dan butuh semprotan lebih tinggi.
Untuk mesin yang telah tua, clearence bearing lebih besar sehingga mengizinkan pemakaian oli kental untuk menjaga tekanan oli normal dan menyediakan lapisan film cukup untuk bearing. Dibawah ini adalah contoh tipe viskositas dan ambien temperatur dalam derajat Celcius yang lazim digunakan sebagi standa oli diberbagai negara atau kawasan.
- 5W-30 untuk cuaca dingin seperti di Swedia.
- 10W-30 untuk iklim sedang seperti dikawasan Inggris.
- 15W-30 untuk Cuaca panas seperti dikawasan Indonesia.
