Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas – pengertian, rumus, satuan

Oleh: Naisya Mei 8th, 2020 Fisika 0 Comments

Viskositas adalah besaran fisik yang menggambarkan ketahanan fluida untuk mengalir. Sebagai contoh viskositas, sirup itu mempunyai viskositas lebih tinggi dari pada air. Cairan menahan gerakan relatif dari benda-benda yang terbenam melalui benda-benda tersebut serta gerakan lapisan-lapisan dengan kecepatan yang berbeda di dalamnya.

Pengertian Viskositas

Daftar Isi

Viskositas adalah suatu istilah dalam fisika atau tekhnik untuk 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 viskositas, 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 viskositas 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.

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.

Viskositas merupakan 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.

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)

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.

Teori Dasar Viskositas

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.

Aplikasi Teori Penerapan viskositas

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.

Beberapa kriteria viskositas 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.

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.

Viskositas cairan merupakan 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.

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.

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.

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).