View
70
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
RHEOLOGIRHEOLOGI
arisanty arisanty
RheologiRheologi
Asal kata :Asal kata :Rheos : ilmuRheos : ilmuRogos : mengalirRogos : mengalir
Viskositas : Suatu pernyataan tahanan Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir dari suatu cairan untuk mengalir
Aplikasi RheologiAplikasi Rheologi
1.1. Pada pencampuran (Pada pencampuran (mixingmixing) dan ) dan pentabletanpentabletan
2.2. Aliran bahanAliran bahan
3.3. Pemasukan obat dalam wadah (dalam tube Pemasukan obat dalam wadah (dalam tube atau botol)atau botol)
4.4. Aliran lewatnya obat melalui jarum injeksiAliran lewatnya obat melalui jarum injeksi
5.5. Pengeluaran dari tube saat digunakanPengeluaran dari tube saat digunakan
6.6. Aliran granul pada waktu produksi Aliran granul pada waktu produksi tablet/kapsultablet/kapsul
7.7. Analisis pembungkus, etiket untuk Analisis pembungkus, etiket untuk menghindari pemalsuanmenghindari pemalsuan
Prinsip Dasar RheologiPrinsip Dasar Rheologi
Pada dasarnya Rheologi adalah ilmu yang Pada dasarnya Rheologi adalah ilmu yang mengkaitkan hubungan antara tekanan gesek mengkaitkan hubungan antara tekanan gesek ((Shearing StressShearing Stress) dengan kecepatan gesek ) dengan kecepatan gesek ((Shearing RateShearing Rate) yang terjadi untuk suatu cairan) yang terjadi untuk suatu cairan
Kurva yang dihasilkan dari hubungan Kurva yang dihasilkan dari hubungan tersebutdisebut Rheogramtersebutdisebut Rheogram
CatatanCatatan: Satuan koordinat kurva tsb:: Satuan koordinat kurva tsb:
Shearing stressShearing stress dlm F = F’/A (dyne cm dlm F = F’/A (dyne cm--
22))
ShearingratShearingrate dlm G = dv/dr (dete dlm G = dv/dr (det-1-1))
Dua bidang sejajar berjarak x; Dua bidang sejajar berjarak x; antara bidang-bidang tsb, isi antara bidang-bidang tsb, isi kental dibatasi. kental dibatasi. Puncak,bidangA,bergerak secara Puncak,bidangA,bergerak secara horizontal dengan kecepatan v horizontal dengan kecepatan v karena aksi dengan gaya F. karena aksi dengan gaya F. Bidang B yang lebih bawah tidak Bidang B yang lebih bawah tidak bergerak. Akibatnya ada suatu bergerak. Akibatnya ada suatu perubahan kecepatan v/x antara perubahan kecepatan v/x antara bidang-bidang tsb.bidang-bidang tsb.
Perubahan ini didefinisikan Perubahan ini didefinisikan sebagai sebagai rate of shear,G.rate of shear,G.
Shearingstress,S,adl gaya Shearingstress,S,adl gaya persatuanl uas yang persatuanl uas yang menciptakan perubahan bentuk.menciptakan perubahan bentuk.
Dimana :Dimana :
dv = Perubahan dv = Perubahan kecepatankecepatan
dx = Ketebalan lapisandx = Ketebalan lapisan
Contoh 1:Contoh 1:
Jika sedikit minyak Jika sedikit minyak digosokkan ke kulit digosokkan ke kulit dengan laju dengan laju pergerakan relatif pergerakan relatif antara kedua antara kedua permukaan 15cm/detik permukaan 15cm/detik dan ketebalan lapisan dan ketebalan lapisan 0,01cm, maka 0,01cm, maka berapakah besar berapakah besar rate rate of shearnya?of shearnya?
Tipe aliranTipe aliran
Sistem NewtonSistem NewtonSistem Non NewtonSistem Non Newton
Aliran NewtonAliran Newton
Newton adalah orang pertama yang Newton adalah orang pertama yang mempelajari sifatsifat aliran dari cairan mempelajari sifatsifat aliran dari cairan secara kuantitatif.secara kuantitatif.
Dia menemukan bahwa:Dia menemukan bahwa:
makin besar viskositas suatu cairan, akan makin besar viskositas suatu cairan, akan makin besar pula gaya persatuan luas makin besar pula gaya persatuan luas ((shearing stress) yang diperlukan untuk shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan rate of shear tertentumenghasilkan rate of shear tertentu
Aliran NewtonAliran Newton
Rate of shear harus berbanding lurus dengan Rate of shear harus berbanding lurus dengan shearing stressshearing stress
ηη adalah koefisien viskositas atau viskositas. adalah koefisien viskositas atau viskositas. Satuan viskositas adalah Satuan viskositas adalah poise, didefinisikan poise, didefinisikan sebagai gaya geser yang diperlukan agar sebagai gaya geser yang diperlukan agar menghasilkan kecepatan 1cm/detik di antara dua menghasilkan kecepatan 1cm/detik di antara dua bidang sejajar cairan yang masing-masing bidang sejajar cairan yang masing-masing luasnya 1cmluasnya 1cm22 dan dipisahkan oleh jarak 1 cm. dan dipisahkan oleh jarak 1 cm.
SISTEM NEWTONSISTEM NEWTON
Mengikuti hukum aliran NewtonMengikuti hukum aliran NewtonMakin besar viskositas suatu cairan, Makin besar viskositas suatu cairan,
makin besar gaya per satuan luas makin besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.suatu rate of shear tertentu.
Di mana : Di mana : = koefisien viskositas ~ = koefisien viskositas ~ viskositasviskositas
G
F
dr
dv.
A
'F
Satuan Satuan viskositas viskositas : poise: poise = dyne detik = dyne detik cm-2cm-2
Cps (centipoise) = 0,01 poiseCps (centipoise) = 0,01 poise
22
det
det
'
cm
dynecmcm
cmdyne
Adv
drF
Fluiditas, Fluiditas, , didefinisikan kebalikan , didefinisikan kebalikan dari viskositasdari viskositas
Viskositas kinematis = viskositas Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatandengan kerapatan
1
Viskositas kinematis
Satuan : stoke(s) atau centi stokes
Contoh soal :Contoh soal :Dengan viskometer Ostwald, didapat Dengan viskometer Ostwald, didapat
viskositas aseton 0,313 cp pada viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. Kerapatan aseton (25250C. Kerapatan aseton (2500C) = C) = 0,788 g/cm3. Berapa viskositas 0,788 g/cm3. Berapa viskositas kinematis aseton?kinematis aseton?
Jika diketahui viskositas air (25Jika diketahui viskositas air (2500C) = C) = 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap air pada 25relatif terhadap air pada 2500C?C?
Ketergantungan Temperatur dan Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositasTeori viskositas
Viskositas gas meningkat dengan Viskositas gas meningkat dengan naiknya temperaturnaiknya temperatur
Viskositas cairan menurun jika Viskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkantemperatur dinaikkan
Fluiditas Fluiditas kebalikan dari viskositas kebalikan dari viskositasFluiditas cairan meningkat jika Fluiditas cairan meningkat jika
temperatur dinaikkantemperatur dinaikkan
Persamaan kinetika ArrheniusPersamaan kinetika Arrhenius
RTEa
eA
A= konstanta yang tergantung dari bobot molekul
Ea= Energi pengaktifan
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
a) Aliran Newton b) Aliran PlastisR
ate
of s
hear
Shearing stress
f
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
c) Aliran pseudoplastis d) Aliran dilatan
SISTEM NON NEWTONSISTEM NON NEWTON
Aliran plastisAliran plastisAliran PseudoplastisAliran PseudoplastisAliran DilatanAliran Dilatan
Aliran sistem Non-NewtonAliran sistem Non-Newton
= rate of shear= rate of shear
= = perbedaan kecepatan antara 2 perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.jarak yang sangat kecil.
= shearing stress= shearing stress
==gaya per satuan luas yang diperlukan gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.untuk menyebabkan aliran.
dr
dvG
A
FF
'
1. Aliran Plastis1. Aliran Plastis
Disebut sebagai Disebut sebagai Bingham bodiesBingham bodiesKurva plastis Kurva plastis tidak melewati tidak melewati titik (0,0), tetapi titik (0,0), tetapi memotong sumbu memotong sumbu shearing stressshearing stress, , dikenal dengan dikenal dengan harga yield (yield harga yield (yield value)value)..
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
f
Harga stress dibawah yield value, Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padat(seperti zat padat
Kemiringan rheogram disebut Kemiringan rheogram disebut mobilitymobility ≈ fluiditas pada sistem ≈ fluiditas pada sistem Newton.Newton.
Kebalikannya adalah Kebalikannya adalah viskositas viskositas plastisplastis = U = U
G
fFU
f= yield value dalam dyne cm-2
Contoh soal :Contoh soal :
Suatu bahan plastis diketahui Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne mempunyai yield value 5200 dyne cm-2. Pada shearing stress di atas cm-2. Pada shearing stress di atas yield value, F ditemukan meningkat yield value, F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = 8000 dyne cm-2, hitung saat F = 8000 dyne cm-2, hitung viskositas plastis sampel tsb !viskositas plastis sampel tsb !
Contoh :Contoh :Partikel terflokulasi pada suspensi
Terbentuk struktur kontinu
Adanya gaya van der waals (ikatan antar partikel)
Partikel terflokulasi pada suspensi
Ikatan pecah aliran padat terjadiYield value
2. Aliran Pseudopastis2. Aliran Pseudopastis
Contoh : Contoh : dispersi dispersi cair dari tragakan, cair dari tragakan, Na alginat, metil Na alginat, metil selulosa, CMC Naselulosa, CMC NaViskositas Viskositas berkurang dengan berkurang dengan meningkatnya rate meningkatnya rate 0f shear (cairan 0f shear (cairan menjadi encer)menjadi encer)Disebut shear Disebut shear thinning systemthinning system
Rat
e of
she
arShearing stress
G'FN
'logFlogNGlog
• Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-Newton
• N=1, alirannya adalah Aliran Newton
Persamaan Regresi Linear
3. Aliran Dilatan3. Aliran Dilatan
Suspensi tertentu (persentase zat Suspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) padat terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat untuk peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya mengalir dengan meningkatnya rate rate of shear.of shear.
Volume meningkat dengan terjadinyaVolume meningkat dengan terjadinya shear shear disebut dilatan disebut dilatan
Disebut sebagai Disebut sebagai shear thickening shear thickening systemsystem..
G
Partikel tertutup rapat
Volume kosong minimum
Pembawa cukup
Konsistensi relatif rendah
Partikel susun longgar
Volume kosong meningkat
Pembawa tidak cukup
Konsistensi relatif tinggi
THIKSOTROPITHIKSOTROPI
Menunjukkan adanya pemecahan Menunjukkan adanya pemecahan struktur yang tidak terbentuk dengan struktur yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau segera jika stress dihilangkan atau dikurandikurangigi
Terjadi pada Terjadi pada shear thinning systemshear thinning system (plastis, atau pseudoplastis)(plastis, atau pseudoplastis)
Didefinisikan sebagai suatu pemulihan Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena konsistensinya karena shearingshearing..
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Plastis
Pseudoplastis
Gambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis
Pengukuran thiksotropiPengukuran thiksotropi
Dengan melihat putaran histeresis Dengan melihat putaran histeresis yang dibentuk oleh kurva menaik yang dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari rheogram.dan menurun dari rheogram.
Luas daerah histeresis merupakan Luas daerah histeresis merupakan suatu ukuran pemecahan thiksotropi.suatu ukuran pemecahan thiksotropi.
Pengukuran untuk plastis Pengukuran untuk plastis (bingham bodies)(bingham bodies)
1.1. Menentukan pemecahan struktural Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear terhadap waktu pada rate of shear konstan.konstan.
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
-----t2---------t1---
1
2
21
ttln
UUB
B= konstanta thiksotropi
1/U1
1/U2
2.2. Menentukan pemecahan struktural Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear ratkarena meningkatnya shear ratee..
2
1
2
21
)VV(ln
)UU(2M
M = konstanta thiksotropiR
ate
of s
hear
Shearing stress
1/U1
1/U1
Thiksotropi negatif atau Thiksotropi negatif atau antithiksotropiantithiksotropi
Menyatakan Menyatakan kenaikan kenaikan konsistensi konsistensi pada kurva pada kurva yang menurun.yang menurun.
Contoh : Contoh : magma magma magnesiamagnesia
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Penyebab :Penyebab :Meningkatnya frekuensi tumbukan Meningkatnya frekuensi tumbukan
dari partikel-partikel terdispers, atau dari partikel-partikel terdispers, atau molekul-molekul polimer dalam molekul-molekul polimer dalam suspensi, menyebabkan ikatan antar suspensi, menyebabkan ikatan antar partikel naik, sehingga dalam partikel naik, sehingga dalam keadaan keseimbangan membentuk keadaan keseimbangan membentuk gumpalan-gumpalan besar. Dalam gumpalan-gumpalan besar. Dalam keadaan diam, gumpalan pecah keadaan diam, gumpalan pecah menjadi partikel-partikel.menjadi partikel-partikel.
RheopeksiRheopeksi
Suatu gejala di mana suatu sol Suatu gejala di mana suatu sol membentuk gel lebih cepat jika membentuk gel lebih cepat jika diaduk diaduk perperperlahan-lahan atau kalau perlahan-lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukapengadukann
Anti thiksotropi Anti thiksotropi rheopeksi rheopeksi
☺☺Pada rheopeksi Pada rheopeksi sistem terdeflokulasi sistem terdeflokulasi dan dan berisi solid dispersi lebih dari berisi solid dispersi lebih dari 50%50%
☺☺Pada antithiksotropi sistem terflokulasi Pada antithiksotropi sistem terflokulasi dan berisi solid dispersi 1- 10 %.dan berisi solid dispersi 1- 10 %.
gelgel pd rheopeksi : pd rheopeksi : Bentuk keseimbangan Bentuk keseimbangan ☺☺
Pd antithiksotropi :solPd antithiksotropi :sol Bentuk keseimbanganBentuk keseimbangan
Pemilihan ViskometerPemilihan Viskometer
Semua viskometer dapat digunakan Semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem untuk menentukan viskositas sistem Newton dan hanya viskometer yang Newton dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol mempunyai kontrol shear stressshear stress yang bervariasi dapat digunakan yang bervariasi dapat digunakan untuk bahan-bahan Non Newton.untuk bahan-bahan Non Newton.
Macam-macam viskometerMacam-macam viskometer
Visk. KapilerVisk. Kapiler Visk. Bola jatuhVisk. Bola jatuh
Visk. Cup & bobVisk. Cup & bob Visk. Kerucut dan lempengVisk. Kerucut dan lempeng
Sistem Newton
Sistem Newton dan
Non Newton
1.1. Viskometer kapiler Viskometer kapiler
Disebut sebagai viskometer ostwaldDisebut sebagai viskometer ostwaldDasar : Hukum PoiseuilleDasar : Hukum Poiseuille
Vl8
Ptr 4
Karena Karena P tergantung pada kerapatan P tergantung pada kerapatan cairan (cairan (), maka :), maka :
PtK tK
22
11
2
1
t
t
Contoh soal Contoh soal Jika waktu yang dibutuhkan aseton Jika waktu yang dibutuhkan aseton
untuk mengalir antara kedua tanda untuk mengalir antara kedua tanda pada viskometer Ostwald adalah 45 pada viskometer Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 detik detik, untuk air adalah 100 detik (250C).(250C).
Diketahui kerapatan aseton 0,788 Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.
Berapa viskositas aseton ?Berapa viskositas aseton ?
2.2. Viskometer Bola JatuhViskometer Bola Jatuh
Disebut viskometer HoepplerDisebut viskometer HoepplerPrinsip :Prinsip :Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah
dalam suatu tabung gelas yang dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan jatuhnya bola dengan dan dan tertentu adalah kebalikan fungsi tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.viskositas sampel tersebut.
B)SS(t fb
Dimana:
t : waktu (lamanya bola jatuh)
Sb : Gravitasi jenis dari bola
Sf : Gravitasi jenis dari cairan
B : Konstanta bola
3.3. Viskometer Viskometer ‘‘CupCup’’ and and ‘‘BobBob’’
Prinsip :Prinsip :Sampel diSampel di’’shearshear’’ dalam ruang antara dalam ruang antara
dinding luar, dinding luar, ‘‘bobbob’’ (rotor) dan dinding (rotor) dan dinding dalam mangkuk (dalam mangkuk (‘‘cupcup’’).).
Viskometer Couette, mis : visk. Mac Viskometer Couette, mis : visk. Mac MichaelMichael
Mangkuk yang berputarMangkuk yang berputarViskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco,
visk. Stormervisk. Stormer Rotor yang berputarRotor yang berputar
Viskometer stormerViskometer stormer
v
wK v
Dimana :
Kv : Konstanta alat
W : berat beban
V : rpm
v
wwKU f
v
Untuk aliran plastis
Dimana :
Wf : intersep yield value dalam gram
Yield valueYield valueff wKf
)RR(log303,2
1x
60
2xKK
b
cvf
Dimana :
Rc : jari-jari mangkok
Rb : jari-jari rotor
Contoh soal :Contoh soal :Suatu sampel gel dianalisis dengan Suatu sampel gel dianalisis dengan
viskometer Stormer yang dimodifikasi. viskometer Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar 450 gram Berat w sebesar 450 gram menghasilkan kemenghasilkan keccepatan rotor v 350 epatan rotor v 350 rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan menggunakan berat pengendali dengan menggunakan berat pengendali lainnya, diperoleh suatu rheogram lainnya, diperoleh suatu rheogram aliran plastis. Intersep yield value wf aliran plastis. Intersep yield value wf diperoleh dengan mengekstrapolasi diperoleh dengan mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap sumbu kurva tersebut terhadap sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 shearing stress di mana v = 0, wf = 225 gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan yield value sampel tersebut?yield value sampel tersebut?
4.4. Viskometer Kerucut dan Viskometer Kerucut dan LempengLempeng
Contoh : viskometer Ferranti Contoh : viskometer Ferranti –– Shirley ShirleyPrinsip :Prinsip :Kerucut dikemudikan motor dengan Kerucut dikemudikan motor dengan
kecepatan yang berubah-ubah, kecepatan yang berubah-ubah, sampel dishear di antara lempeng sampel dishear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of shearRate of shear : rpm (dengan dial : rpm (dengan dial pemilih). pemilih). Shearing stressShearing stress : puntiran : puntiran (dibaca pada skala penunjuk).(dibaca pada skala penunjuk).
Untuk cairan Untuk cairan NewtonNewton
dimana :dimana :
C = konstanta alatC = konstanta alat
T = puntiran T = puntiran (torque)(torque)
V = rpmV = rpm
Untuk cairan Untuk cairan plastis :plastis :
v
TC
v
TTCU f
ff TxCf
Penerapan rheologi Penerapan rheologi dalam dalam : :bidang farmasibidang farmasi
1.1. CairanCairan PencampuranPencampuran Pengurangan ukuran partikel dari Pengurangan ukuran partikel dari
sistem sistem dispersi dengan shearsistem sistem dispersi dengan shear Pelewatan melalui mulut,penuangan, Pelewatan melalui mulut,penuangan,
pengemasan dalam botol, pelewatan pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntikmelalui jarum suntik
Perpindahan cairanPerpindahan cairan Stabilitas fisik sistem dispersiStabilitas fisik sistem dispersi
2.2. Semi solidSemi solid Penyebaran dan pelekatan pada Penyebaran dan pelekatan pada
kulitkulit Pemindahan dari wadah/tubePemindahan dari wadah/tube Kemampuan zat padat untuk Kemampuan zat padat untuk
bercampur dengan cairan-cairanbercampur dengan cairan-cairan Pelepasan obat dari basisnyaPelepasan obat dari basisnya
3.3. PadatanPadatan Aliran serbuk dari corong ke Aliran serbuk dari corong ke
lubang cetakan tablet/kapsullubang cetakan tablet/kapsul Pengemasan serbuk/granulPengemasan serbuk/granul
4.4.PemPempprosesanrosesan Kapasitas produksi alatKapasitas produksi alat Efisiensi pemrosesanEfisiensi pemrosesan
ThankThank’’s for your attentions for your attention
Recommended