Laporan Praktikum Viskositas
I. Latar belakang
Kekentalan adalah sifat dari suatu zat cair(fluida) disebabkan adanya gesekan antara molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair(viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas. Viskositas adalah gesekan interval, gaya viskos melawan gerakan sebagai fluida relatif terhadap yang lain. Viskositas adalah alasan diperlukannya usaha untuk mendayung perahu melalui air yang tenang, tetapi juga merupakan suatu alasan mengapa dayung bisa bekerja. Efek viskos merupakan hasil yang penting dalam pipa aliran darah. Pelemasan logam dalam mesin fluida viskos cenderung melekat pada permukaan zat yang bersentuhan dengannya.
Viskositas memiliki alat ukur yang disebut viskometer yang befungsi untuk mengukur koefisien gliserin, oli, atau minyak. Viskositas banyak terdapat dalam kehidupan sehari-hari seperti sirup, minyak goreng, dan oli. Viskostias berguna untuk kehidupan sehari-hari, sirup yang kental. Aliran viskos, dalam berbagai masalah keteknikan pengaruh viskositas pada aliran adalah kecil, dan dengan demikian diabaikan. Cairan kemudian dinyatakan sebagai tidak kental(inuicid) atau seringkali ideal dan diambil sebesar nol. Tetapi jika istilah aliran viskos dipakai, ini berarti bahwa viskositas tidak diabaikan(Martoharsono,2006).
Dalam kekentalan suatu fluida kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Sebelum mengetahui zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskometer. Kuantitatif salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskometer. Untuk lebih memahami tentang viskositas fluida tersebut, maka dilakukan praktikum-praktikum tentang viskositas ini.
II. Tujuan Percobaan
2.1 Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas
2.2 Untuk menentukan viskositas zat cair dengan menggunakan Hukum Stokes
III. Dasar Teori
Fluida yang tidak encer(tidak ideal) atau fluida yang mempunyai aliran yang ''viscous'' menyebabkan gesekan antara lapisan-lapisan, disebut aliran laminer. Menurut Bernoulli untuk cairan yang ideal, pada pipa-pipa, kita harapkan tinggi permukaan air sama. Ternyata tidak demikian halnya disini. Permukaan air pada pipa menurun pada arah arus. Perbedaan tinggi permukaan ini disebabkan oleh gaya gesek internal(dalam) yang terjadi antar lapisan-lapisan cairan yang menyebabkan kehilangan atau berkurangnya energi(Ganijanti,2014).
Beberapa bahan padat apabila dipanaskan, sebelum menjadi cair menjadi visceous terlebih dahulu yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan(misalnya aspal, lilin, dan lain-lain). Pengaliran bahan yang viscous ini tidak seleluasa pengaliran cairan, jadi seolah-olah aliran itu terganggu oleh semacam gesekan dalam, yaitu gesekan antara bagian-bagian satu sama lain. Secara umum, dan gas yang disebabkan oleh gesekan antara bagian-bagian cairan dan gas tersebut. Pengamatan dan percobaan menunjukkan bahwa makin kental cairan itu, makin sukar mengalir. Jadi semakin besar Ƞ itu ; maka koefisien viskositas kadang-kadang disebut juga angka kental. Namun demikian hendaknya dimengerti bahwa angka kental ini bukan ukuran kekentalannya hingga jangan dikacaukan dengan konsentrasi(Soedojo,1986).
Kekentalan disebabkan oleh gaya kohesif antara molekul-molekulnya. Dalam gas, berasal dari tumbukan-tumbukan diantara molekul-molekul tersebut. Fluida yang berebda mempunyai kekentalan yang besarnya berbeda ; sirup lebih kental daripada air ; lemak lebih kental daripada minyak mesin ; cairan secara umum lebih kental daripada gas. Kekentalan fluida yang berbeda dapat dinyatakan secara kuantitatif dengan koefisien kekentalan Ƞ (huruf yunani 'eta'). Jika fluida tidak mempunyai kekentalan, perbedaan tekanan antara kedua ujung tabung diperlukan untuk aliran mantap seperti fluida nyata, misalnya air atau minyak didalam pipa, atau darah dalam sistem sirkulasi tubuh manusia, atau bila tabung mendatar(Giancoli,1997).
Telaahan tentang pengukuran fluida ditutup dengan pembahasan mengenai metode-metode penentuan viskositas. Viskositas dapat diukur dengan beberapa cara ; (Streeter,1988)
(1) Berdasarkan Hukum Newton tentang viskositas
(2) Berdasarkan persamaan Hagen-Poiseville
(3) Dengan metode-metode yang memerlukan kalibrasi dengan fluida yang viskositasnya diketahui.
Apabila suatu benda berbentuk bola jatuh bebas dalam suatu fluida kental kecepatannya akan bertambah, yang dikarenakan adanya pengaruh gravitasi bumi sehingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap, yang dinamakan kecepatan terminal dengan persamaan :
deimana g adalah gravitasi bumi(9,8m/s2), ρb adalah masssa jenis benda (kg/m3), ρf adalah massa jenis fluida (kg/m3) dan Ƞ adalah viskositas(Pa.s) (Atkins,1996).
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Tabung zat cair dengan isinya berfungsi untuk mengukur nilai viskositas (1 buah)
b. Stopwatch digital berfungsi untuk mengukur waktu tempuh dalam fluida (1 buah)
c. Stopwatch manual berfungsi untuk mengukur waktu tempuh dalam fluida (1 buah)
d. Mikrometer sekrup berfungsi untuk mengukur diameter bola (1 buah)
e. Neraca ohaus berfungsi untuk mengukur massa bola (1 buah)
f. Corong berfungsi untuk mempermudah saat memasukkan zat fluida (1 buah)
g. Pinset berfungsi untuk mengambil bola (1 buah)
h. Bola kecil berfungsi sebagai objek percobaan (1 buah)
i. Bola besar berfungsi sebagai objek percobaan (1 buah)
j. Fluida oli berfungsi sebagai objek percobaan (1 buah)
4.2 Gambar Alat
-
4.3 Langkah Kerja
4.4 Metode Grafik
V. Data dan Analisa
5.1 Data Percobaan
5.2 Analisa Data
Pada percobaan tentang viskositas kali ini didapatkan suatu konsep bahwa apabila bola dimasukkan ke dalam viskometer yang berisi fluida(minyak dan oli), bola akan bergerak ke bawah dengan mengalami perlambatan saat viskometer dibalik. Dalam hal ini bola tersebut akan mengalami beberapa gaya, yaitu : gaya gravitasi, gaya archimedes(gaya tekan ke atas), dan gaya gesek fluida. Percobaan ini dikhususkan membahas tentang gaya gesek pada fluida yang berkaitan dengan viskositas(koefisien kekentalan) zat cair.
Dalam percobaan ini didapatkan data massa, diameter, volume pada bola kecil dan bola besar yang mana bola-bola ini adalah bagian dari bahan uji coba. Selain itu diperoleh juga data massa dan volume fluida, yang mana pada percobaan ini digunakan fluida oli dan minyak. Setelah didapatkan data-data dari pengukuran diatas lalu masing-masing komponen dihitung massa jenisnya. Menurut dasar teori, apabila massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida maka benda akan dipercepat sampai kecepatan maksimum. Pada percobaan ini digunakan 2 buah bola yaitu bola besar dan bola kecil dengan menggunakan fluida oli dan minyak. Tujuan digunakannya bahan yang berbeda tersebut adalah agar dapat membedakan kecepatan waktu tempuh bola, untuk mengetahui faktor yang menyebabkan bola memiliki kecepatan yang berbeda dan agar dapat mengetahui viskositas(koefisien kekentalan) dari masing-masing zat fluida. Berikut dibawah ini disajikan 2 buah grafik yang menunjukkan hubungan jarak dan waktu antara bola kecil pada fluida oli dan bola besar pada fluida minyak :
Dari grafik diatas didapat variasi jarak(d) dan variabel waktu(t). Variabel jarak(d) merupakan variabel bebas karena dapat divariasi atau dapat diubah-ubah. Sedangkan variabel waktu(t) adalah variabel terikat karena besarnya waktu dipengaruhi oleh variabel terikat. Selain itu, diameter bola juga berpengaruh terhadap waktu yang diperlukan untuk mencapai jarak tertentu. Semakin besar diameter bola, semakin lama waktu yang dibutuhkan dan semakin kecil diameter bola, semakin cepat waktunya.
Menurut literatur dari Mekanika Fluida karya dari Victor L Streeter nilai dari viskositas oli adalah sebesar 0,5800 Pa.s dan besarnya dari koefisien viskositas minyak sebesar 1,5 Pa.s. Sedangkan dalam percobaan didapatkan hasil dari koefisien viskositas oli sebesar Ƞ = (0,920 ± 0,053) kg/m3 dan koefisien minyak sebesar Ƞ = (6,690 ± 0,084) kg/m3. Sedangkan massa jenis dari bola besar adalah ρb = (7550 ± 121,7) kg/m3, bola kecil sebesar ρb = (7913 ± 221,9) kg/m3. Perbedaan-perbedaan koefisien viskositas dengan literatur tersebut disebabkan karena kesalahan-kesalahan dalam percobaan, misalnya alat ukur yang digunakan sudah terlalu lama sehingga menyebabkan pengukuran menjadi kurang akurat, kesalahan menghitung, penggunaan 2 stopwatch dengan ketelitian yang berbeda, pengukuran massa bola, saat membalik viskometer ada yang cepat dan ada yang lambat yang menyebabkan waktu menjadi kurang akurat, dan lain-lain.
Viskositas atau kekentalan zat cair dipengaruhi juga oleh massa jenis dari fluida yang digunakan itu sendiri. Untuk melihat hubungan antara massa jenis fluida dengan koefisien viskositas(Ƞ) dapat dilihat dari persamaan berikut :
..........(2) dimana v adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida dengan gaya gravitasi sebesar 9,8 m/s2. Dari persamaan (2) dapat dilihat bahwa koefisien viskositas(Ƞ) berbanding lurus dengan massa jenis. Hal tersebut dapat kita simpulkan bahwa semakin tinggi nilai dari massa jenis fluida semakin tinggi juga nilai koefisien viskositasnya(Ƞ). Maka dari itu perlu dicari juga massa jenis dari fluida yang digunakan. Dari percobaan ini didapatkan massa jenis dari fluida oli sebesar ρoli = (739 ± 11,2) kg/m3 dan massa jenis fluida minyak sebesar ρminyak = (737 ± 78,0) kg/m3. Semua nilai hasil pengukuran ini mempunyai ketelitian yang lebih besar dari 98%, hal ini menunjukkan bahwa data tersebut masih terbilang cukup akurat.
Pada percobaan kali ini tidak menggunakan bola kaca tetapi menggunakan bola yang terbuat dari stainless steel. Hal ini disebabkan karena adanya gaya kohesi dan adhesi. Gaya kohesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekul yang sejenis. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis. Peristiwa dari kohesi dan adhesi ini dapat menjelaskan hal tersebut. Karena kohesi fluida oli atau minyak lebih besar daripada adhesi fluida oli dengan permukan kaca pada bola maka dalam hal ini fluida oli atau minyak tidak membasahi permukaan kaca pada bola melainkan melebar. Sehingga hal ini dapat mengacaukan hubungan dari kecepatan bola dan kekentalan fluida maka dari itu pada percobaan kali ini tidak menggunakan bola kaca. Seandainya kita menggunakan bola kaca pada percobaan ini maka bola kaca tersebut akan mengalami perlambatan yang sangat besar.
Dalam percobaan ini dapat disimpulkan bahwa bola stainless steel lebih cepat jatuh jika dimasukkan ke dalam fluida minyak dibandingkan oli karena hasil dari koefisien viskositasnya. Sebab v berbanding terbalik dengan Ƞ(koefisien viskositasnya).
6.1 Suatu benda yang bergerak didalam suatu fluida akan mendapat beberapa pengaruh gaya, antara lain gaya archimedes, gaya gesek fluida itu sendiri atau biasa disebut gaya stokes, dan gaya gravitasi yang menyebabkan timbulnya gaya berat dalam fluida. Gaya stokes akan menghambat gerakan benda dalam viskometer sehingga benda(bola) akan bergerak melambat sampai jarak tertentu. Gaya-gaya yang bekerja atau berpengaruh pada viskositas, suatu saat gaya tersebut akan mengalami keseimbangan yang menyebabkan gerakan jatuh bola dipercepatan kemudian diperlambat sampai benda(bola) tersebut bergerak dengan kecepatan konstan atau mencapai kecepatan terminal
6.2 Dalam percobaan kali ini didapatkan massa jenis dan koefisien viskositas yang berbeda pada literatur. Perhitungan yang akurat dan ketelitianlah yang dapat mengurangi nilai ketidakpastian, dalam hal ini adalah massa jenis dan koefisien viskositas. Berikut adalah nilainya :
a. Massa jenis bola besar : ρb = (7550 ± 121,7) kg/m3
b. Massa jenis bola kecil : ρb = (7913 ± 221,9) kg/m3
c. Massa jenis fluida oli : ρoli = (739 ± 11,2) kg/m3
d. Koefisien viskositas bola kecil pada fluida oli : Ƞ = (0,920 ± 0,053) kg/m3
e. Koefisien viskostas bola besar pada fluida minyak : Ƞ = (6,690 ± 0,084) kg/m3
VII. Daftar Pustaka
Aby, Ganinjati.2014. Seri Fisika Dasar Mekanika. Jakarta : Salemba Teknika.
Atkins, P.W.1966. Kimia Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Giancoli, Douglas C.1997. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Martuharsono, Soemanto.2006. Biokimia 1. Yogyakarta : UGM Press.
Soedojo, Peter.1986. Fisika Mekanis dan Termodinamika. Yogyakarta : UGM Press.
Streeter, Victor L.1988. Mekanika Fluida. Jakarta : Erlangga.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
Belum ada Komentar untuk "Laporan Praktikum Viskositas"
Posting Komentar