VISKOSITAS CAIRAN Selasa, 13 Mei 2014 Raisa Soraya* (1112016200038), Siti Masitoh, M.Ikhwan Fillah Jurusan Pendidikan Imu Pengetahuan Alam Program Studi Pendidikan Kimia Fakultas Ilmu Tarbiyah Dan Keguruan Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta 2014 ABSTRAK Pada zat cair, ukuran partikel menetukan tingkat kekentalan (viskositas) dari cairan itu sendiri. Viskositas merupakan sifat friksi atau sifat tahanan di pedalaman fluida terhadap tegangan geser yang diterapkan pada fuida tersebut. Perbedaan viskositas pada zat cair menunjukkan fungsi zat cair tersebut. Contohnya saja viskositas air lebih rendah daripada oli, hal ini menyebabkan air dapat dikomsumsi oleh makhluk hidup sedangkan oli tidak. Masingmasing oli juga mempunyai viskositas yang berbeda-beda sesuai dengan fungsi oli. Tujuan utama dari praktikum ini adalah untuk mengetahui karakteristik viskositas oli, minyak tanah, dan air. Oli yang digunakan adalah oli bekas yang diperoleh dari sisa-sisa pemakaian oli mesin. Cara menentukan viskositas suatu zat adalah dengan menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Terdapat beberapa macam tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain: viskometer kapiler(ostwald), viskometer Hoppler, viskometer Cup and Bob, dan viskometer Cone and Plate. Kata kunci: viskositas, partikel, dan viskometer. INTRODUCTION Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986) (Dalam Jurnal Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair dengan Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes, 2008). Zemansky mengatakan viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 1
bagian dalam(internal) suatu fuida (Jurnal Rizky Hardiyatul Maulida dkk, 2010). Viskositas terdapat pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisanlapisan yang bersisian pada fluida saat lapisan-lapisan tersebut begerak melewati satu sama lainnya. Pada zat cair, viskositas terutama disebabkan oleh gaya kohesi antara molekul. Sedangkan pada gas, viskositas muncul dari tumbukan antar molekul. Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas yang berbeda dan zat cair pada umumnya jauh lebih kental daripada gas (Jurnal Rizky Hardiyatul Maulida dkk, 2010). Perrbedaan zat cair salah satunya adalah perbedaan terhadap tingkat kekentalan dari zat cair tersebut. Kekentalan atau disebut juga viskositas merupakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida,(maria Yeni Hermawati.2013) Makin besar viskositas, makin lambat aliran cairan. Viskositas cairan biasanya turun dengan meningkatnya suhu, dapat dianalogikan dengan sirup gula panas mengalir lebih cepat dari pada sirup gula dingin. Cairan yang mempunyai gaya antarmolekul yang kuat memiliki viskositas yang lebih besar dibandingkan cairan yang memiliki gaya antarmolekul yang lemah. Air memiliki viskositas lebih besar dibandingkan kebanyakan cairan karena kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen. Yang menarik, viskositas gliserol jauh lebih besar daripada semua cairan (Raymond Chang, 2005: 375). Viskositas adalah suatu sifat yang dipakai sebagai pengukur besarnya daya yang diperlukan untuk memisahkan molekul-molekul air agar dapat dilewati, (Eko Budi Kuncoro.2004). Viskositas (kekentalan) fluida menggambarkan ketahanan fluida terhadap regangan geser. Dalam fluida Newtonian, gaya viskos sebanding dengan laju regangan. Bila fluida mengalir dalam sebuah pipa silinder yang berjari-jari dalam R dan L, laju volume total diberikan oleh persamaan Poiseuille. Sebuah benda bulat dengan jari-jari rbergerak dengan laju v melalui fluida dengan viskositas phi, mengalai gaya tahanan viskos F yang diberikan oeh hukum stoke,(hugh.d Young.2002). Hukum Stokes pada prisipnya adalah Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 2
gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris dirumuskan sebagai Persamaan (1) (Sears, 1984). Fs= 6rv (1) dengan η menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola kelereng, dan v kecepatan relatif bola terhadap fluida.persamaan (1) pertama kali dijabarkan oleh Sir George Stokes tahun 1845, sehingga disebut Hukum Stokes. Dalam pemakaian eksperimen harus diperhitungkan beberapa syarat antara lain : 1. Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola. 2. Tidak terjadi aliran turbulen dalam fluida. 3. Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih bersifat laminer. Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρ b dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatanawal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρ f, di mana ρ b > ρ f. Telah diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir V T atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida (Anwar Budianto.2008). MATERIAL AND METHOD Cara Ostwald Alat Bahan Viskometer Aquades Gelas Etanol Kimia Stopwatch Minyak tanah/kerosin Mistar Oli Bulp Cara Falling Ball Alat Bahan Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 3
Kelereng Aquades Gelas Kimia Etanol Stopwatch Minyak tanah/kerosin Mistar Oli Pengukuran massa jenis Alat Picknometer neraca ohauss Bahan Aquades Etanol Minyak tanah/kerosin Oli - Memasukkan air ke dalam picknometer. - Kemudian menimbang picknometer berisi sampel tersebut di neraca ohauss. - Ulangi dengan mengganti sampel dengan etanol, minyak, dan oli. Metode Ostwald - Membersihkan viskometer dengan menggunakan pelarut yang sesuai (bisa dengan etanol). - Mengukur larutan air sebanyak 40 ml kemudian masukkan ke dalam viskometer. - Menandai tinggi larutan pada A dan B. Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 4
- Menyedot air menggunakan bulp yang diletakkan pada pipa B (selama proses penyedotan pipa B, tutup pipa A). - Melepas bulp pada pipa B sehingga air kembali ke posisi semula, mencatat waktu yang dibutuhkan air sampai ke posisi semula. - Mengulangi langkah 1-5 dengan sampel etanol, minyak, dan oli. Metode Falling Ball - Mrngukur panjang gelas kimia. - Mengukur jari-jari kelereng. - Memasukkan air ke dalam gelas kimia ukuran 100 ml (usahakan agar air penuh). - Memasukkan kelereng ke dalam gelas kimia tersebut. - Memutar gelas kimia 180 sehingga kelereng bergeser. - Mencatat waktu yang dibutuhkan kelereng jatuh ketika gelas kimia diputar 180. RESULT AND DISCUSSION Sampel picknometer kosong (gram) picknometer+sampe l (gram) volume (ml) massa jenis (gr/ml) Aquades 21,35 45,71 24,9 0,97 Minyak tanah/kerosi 21,35 42,66 24,9 0,85 n Oli 21,35 41,94 24,9 0,82 massa volume aquades 45,71 21,35 24,9 = 0,97 gr/ml min yak 42,66 21,35 24,9 Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 5
oli = 0,85 gr/ml 41,94 21,35 24,9 = 0,82 gr/ml Metode Ostwald Volume jari-jari pipa panjang waktu waktu waktu Sampel sampel (L) (cm) pipa (cm) (sekon) (sekon) (sekon) Aquades 0,04 0,85 11,6 1,7 1,8 2,2 Minyak 2,78 2,68 0,04 0,85 11,6 2,8 tanah/kerosin Oli 0,04 0,85 11,6 48,16 47,61 45,08 P R 4 t gvl =koefisien viskositas R = jari-jari pipa (cm) t = waktu (detik) g = gravitasi (m/s 2 ) V= volume (liter) L= panjang pipa (cm) P = tekanan (dyne/cm 2 ) aquades 4 P R t gvl aquades 22 P0,85 4 1,9 7 = 0,67 N s/m 2 10(0,04)(11,6) 4 P R t Oli gvl min yak Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 6
22 P0,85 4 46,95 7 = 16,58 N s/m 2 10(0,04)(11,6) P R min yak gvl 4 t oli 22 P0,85 4 2,75 7 = 0,97 N s/m 2 10(0,04)(11,6) Metode Falling Ball jari-jari kelereng tinggi tabung waktu waktu waktu Sampel (cm) (m) (sekon) (sekon) (sekon) Aquades 1,5 0,162 1,3 1,5 1,3 Minyak 1,1 1,08 1,5 0,162 1,2 tanah/kerosin Oli 1,5 0,162 2,28 1,85 2,23 v l t v = kecepatan (cm/sekon) l = jarak (cm) t = waktu (detik) 0,162 v Aquades = 0,118 m/s 1,367 v Minyak Tanah/Kerosin 0,162 1,1267 = 0,1437 m/s 0,162 v Oli = 0,033 m/s 4,873 Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 7
vkelereng 4 r 3 3 4 22..(1,5) 3 7 = 14,142857 cm 3 kelereng = 0,9 gr/m 3 3 2r 2 ( d d) g b b 9v 2 2(1,5) ( kelereng 0,97) aquades = - 0,004193 N s/m 2 9(8,345323) 2 2(1,5) ( kelereng 0,85) min yak = 0,002 N s/m 2 9(8,345323) 2 2(1,5) ( kelereng 0,82) aquades = 0,0054 N s/m 2 9(8,345323) Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986) (Dalam Jurnal Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair dengan Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes, 2008). Viskositas terdapat pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida saat lapisanlapisan tersebut begerak melewati satu sama lainnya. Pada zat cair, viskositas terutama disebabkan oleh gaya kohesi antara molekul. Sedangkan pada gas, viskositas muncul dari tumbukan antar molekul. Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas yang berbeda dan zat cair pada umumnya jauh lebih kental daripada gas. Makin besar viskositas, makin lambat aliran cairan. Viskositas cairan biasanya turun dengan meningkatnya suhu, dapat dianalogikan dengan sirup gula panas mengalir lebih cepat dari pada sirup gula dingin. Cairan yang mempunyai gaya antarmolekul yang kuat memiliki viskositas yang lebih besar dibandingkan cairan yang memiliki gaya antarmolekul yang lemah. Air memiliki viskositas lebih besar dibandingkan kebanyakan cairan karena kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen. Yang menarik, viskositas gliserol jauh lebih besar daripada semua cairan (Raymond Chang, 2005: 375). Besaran gesekan antarmolekul ini biasanya juga disebut derajat kekentalan zat cair. Pada percobaan viskositas dengan metode Ostwald, viskositas aquades yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,67 N s/m 2. Viskositas minyak yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,97 N s/m 2. Viskositas oli yang Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 8
didapat dari perhitungan, yaitu 16,58 N s/m 2. Semakin tinggi viskositas, semakin sulit suatu jenis cairan mengalir, semakin rendah viskositas, semakin mudah suatu jenis cairan mengalir. Oli dan minyak merupakan aliran laminar atau aliran kental karena laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil, sedangkan air merupakan aliran turbulen karena laju aliran yang melalui pipa lebih besar dari laju aliran pada aliran laminar. Pada metode ini, tinggi pipa sukar dihitung. Hal ini menyebabkan tinggi pada pipa kurang teliti, pun juga mempengaruhi harga viskositasnya. Pada percobaan metode bola jatuh, metode ini dipengaruhi oleh adanya gravitasi pada kelereng. Kelereng yang telah dimasukkan ke dalam gelas kimia mengalami gaya gravitasi akibat gelas kimia diputar 180. Metode ini kurang tepat digunakan untuk menghitung nilai viskositas. Hal ini karena alat dan bahan sederhana yang digunakan pada metode ini menyebabkan nilai viskositas yang akan dicari kurang teliti, selain itu waktu yang dihitung selama kelereng jatuh akan tidak tepat. Oleh karena itu diperlukan pencatatan waktu otomatis yang akan mencatat waktu yang diperlukan kelereng untuk jatuh ketika diputar 180. Agar nilai viskositas cairan (ketika menggunakan metode bola jatuh) dapat diketahui, diperlukan massa jenis kelereng, massa jenis zat cairan serta jari-jari kelereng yang digunakan. Pada metode bola jatuh, nilai viskositas yang didapat dari aquades, yaitu -0,004193 N s/m 2. Minyak, yaitu 0,002 N s/m 2. Oli, yaitu 0,0054 N s/m 2. Hasil ini tidak valid karena berberda dengan ada pada literatur. Dalam buku Raymond Chang menyatakan bahwa viskositas dari air (H 2 O) adalah 0,00101 N s/m 2 (2005; 376). Perbedaan yang terjadi karena kurang ketelitian praktikan dalam mengamati percobaan dalam praktikum viskositas cairan ini. CONCLUSION Berdasarkan data hasil percobaan dan tujuan praktikum maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. 2. Terdapat beberapa macam tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain: viskometer kapiler (Ostwald), viskometer Hoppler, viskometer Cup and Bob, dan viskometer Cone and Plate. 3. Pada percobaan viskositas dengan metode Ostwald, viskositas aquades yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,67 N s/m 2. Viskositas minyak yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,97 N s/m 2. Viskositas oli yang didapat dari perhitungan, yaitu 16,58 N s/m 2. Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 9
4. Pada metode bola jatuh, nilai viskositas yang didapat dari aquades, yaitu -0,0029 N s/m 2. Etanol, yaitu 0,0072 N s/m 2. Minyak, yaitu 0,002 N s/m 2. Oli, yaitu 0,0054 N s/m 2. Dalam buku Raymond Chang menyatakan bahwa viskositas dari air (H 2 O) adalah 0,00101 N s/m 2, sedangkan viskositas dari etanol (C 2 H 5 OH) adalah 0,0012 N s/m 2 (2005; 376). REFERENCE LIST Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar Konsep-konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Budi Kuncoro, Eko. 2004. Akuarium Laut. Yogyakarta : Kanisius Young, Hugh. D. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta : Erlangga Budianto, Anwar. 2008. Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair dengan Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes. http://jurnal.sttn-batan.ac.id/wpcontent/uploads/2008/12/12-anwar157-166.pdf diakses pada tanggal 20 Mei 2014. Yeni Hermawati, Maria. 2013. Uji Viskositas Fluida Menggunakan Transduser Ultrasonik Sebagai Fungsi Temperatur Dan Akuisisinya Pada Komputer Menggunakan Universal Serial Bus(USB). http://jurnal.fmipa.unila.ac.id. diakses pada tanggal 20 Mei 2014. Maulida, Rizky. H dan Erika Rani. 2010. Analisis Karakteristik Pengaruh Suhu Dan Kontaminan Terhadap Viskositas Oli Menggunakan Rotary Viscometer. ejournal.uinmalang.ac.id/index.php/neutrino/article/download/.../pd... diakses pada20 Mei 2014. Laporan Praktikum Kimia Fisika II Page 10