Rheologi. Stress DEFORMASI BAHAN 9/26/2012. Klasifikasi Rheologi

Transkripsi

1 Rheologi Sifat-sifat rheologi didefinisikan sebagai sifat mekanik yang menghasilkan deformasi dan aliran bahan yang disebabkan karena adanya stress/gaya Klasifikasi Rheologi Stress DEFORMASI BAHAN 1

2 Stress Tegangan: Gaya per satuan luas TEGANGAN GESER TEGANGAN NORMAL Tegangan Normal Gaya bekerja pada luas penampang yang tegak lurus Simbol ( ) Deformasi: Perubahan panjang (pemendekan / pemanjangan) Regangan / Strain ( ) : Sebuah deformasi yang dihasilkan oleh tegangan rasio perubahan panjang terhadap panjang awal P Stress, A Units - Pascal (Pa) or N m 2 Tegangan Geser TEGANGAN DAN REGANGAN Gaya bekerja pada luas penampang yang sejajar Simbol ( ) Deformasi: Perubahan sudut Regangan geser ( ) didefinisikan sebagai perubahan sudut yang dibentuk antara dua bidang yang ortogonal sebelum deformasi sebagai akibat penerapan stress Dilatasi Perubahan Volume Deviatorik Perubahan Bentuk, perubahan volume diabaikan = G : Regangan Geser (radian) G : Modulus Geser (N/m 2 ) Tegangan regangan normal Tegangan regangan geser 2

3 Derajat Plastisitas = plastic total Derajat Elastisitas = elastic total A: Bioyield Point B: Rupture Point Bioyield point : titik dimana peningkatan deformasi terjadi dengan penurunan atau tanpa perubahan gaya. Dalam produk pertanian, keberadaan titik bioyield mengindikasikan awal kerusakan sel Rupture point : titik pada kurva stress strain atau kurva deformasi dimana pembebanan aksial specimen putus di bawah beban. Titik Rupture berhubungan dengan kerusakan makrostruktur specimen sementara titik bioyield berhubungan dengan kerusakan mikrostruktur sampel. Daerah Elastis Bahan akan kembali ke bentuk semula setelah beban dilepas Tegangan proporsional terhadap regangan σ atau E ε :Tegangan E : Modulus elastisitas (Young s Modulus) (psi) ε : Regangan (in/in) σ Eε σ Perilaku Viskoelastik Fluida Viskous Gaya Mulai berubah bentuk Deformasi proporsional dengan tingkat gaya yang diaplikasikan Perubahan bentuk sampai gaya dipindahkan sehingga ini tidak dapat kembali ke posisi semula 3

4 Bahan Viskoelastis : Bahan yang menunjukkan sifat viscous dan elastis Contoh: Dairy cream, ice cream mix Efek Weissenberg Viscous Viscoelastis Recoil phenomenon 4

5 MODEL RHEOLOGI Untuk memahami perilaku rheologi bahan viskoelastik, digunakan beberapa model mekanik. Model terdiri dari pegas dan dashpot Model Elastik (Spring) F = k x F : Gaya yang bekerja pada sistem x : jarak deformasi pegas K : Konstanta pegas Model Viscous (Dashpot) Model Kombinasi Spring dan dashpots dapat dihubungkan dengan beberapa cara yang berbeda untuk menggambarkan perilaku bahan viskoelastis. Dashpot ini dianggap sebagai unsur fluida ideal yang mematuhi hukum Newton dimana gaya proporsional dengan laju perpanjangan. 5

6 Model Maxwell Model Maxwell telah digunakan untuk menafsirkan relaksasi stres cairan viskoelastik, terutama cairan polimer. Rangkaian seri : Model Kelvin Model Voigt ALIRAN BAHAN Hukum Newton - Viskositas Variasi tegangan terhadap waktu akan menjadi nol ketika bahan dibiarkan mengalir setelah mengalami tegangan geser konstan ( 0 ) dalam rayapan. \ Substitusi = 0 dan integrasi: 6

7 Data eksperimen gaya yang diperlukan untuk mempertahankan gerakan plat bagian bawah per unit luasan proporsional dengan gradien kecepatan, dan konstanta proposionalitas adalah viskositas fluida. Bentuk mikroskopis persamaan ini hukum newton viskositas τ yz = shear stress (N/m 2 ), μ = viscosity (Pa s), γ yz = shear rate (1/s). z menunjukkan arah gaya, y menyajikan arah normal terhadap permukaan dimana gaya bekerja Contoh: Dua plat paralel terpisah 0.1 m. Plat bawah diam sementara bagian atas bergerak dengan kecepatan V. Fluida diantara plat adalah air yang memiliki viskositas 1 cp. a. Hitung fluks momentum yang diperlukan untuk mempertahankan gerakan plat atas pada kecepatan 0.30 m/s b. Jika air diganti dengan fluida dengan viskositas 100 cp, fluks momentum tetap konstan, temukan kecepatan baru plat atas 1 cp = 1 x 10-3 Pa.s Viskositas Definisi: Ketahanan fluida untuk mengalir Satuan: Pa.s atau poise Bervariasi terhadap suhu. Perbedaan pengaruh suhu terhadap viskositas berhubungan dengan perbedaan struktur molekul Difusivitas Momentum / Viskositas Kinematik Analogi : difusivitas thermal, difusivitas massa Satuan : m 2 /s atau stoke (cm 2 /s) Merupakan rasio viskositas terhadap densitas fluida = / Thank You 7