BAB IPENDAHULUAN
A. Latar BelakangReologi adalah ilmu tentang bagaimana fluida
mengalir dan padatan berubah bentuk ketika diberikan gaya (Ibarzet
al.2005). Sifat reologi didasarkan pada respon aliran dan deformasi
bahan ketika diberikan gaya normal atau tangensial.Suatu fluida
akan mengalir karena adanya tekanan yang diberikan. Tekanan yang
diberikan pada suatu benda dengan arah tegak lurus disebutnormal
stressataupressure(P) sedangkan bila sejajar dengan bidang, disebut
gaya geser(shear stress).
B. Tujuan Mempelajari tentang RHEOLOGI Jenis jenis fluida
Mempelajari Tegangan geser (Shear stress) dan Kecepatan geser
(Shear rate)
BAB IIPEMBAHASAN
A. Rheology Fluida
Rheologi berasal dari bahasa Yunani yaitu rheo dan logos. Rheo
berarti mengalir, dan logos berarti ilmu. Rheologi adalah istilah
yang digunakan untuk menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari
padatan. Rheologi mempelajari hubungan antara tekanan gesek
(shearing stress) dengan kecepatan geser (shearing rate) pada
cairan, atau hubungan antara strain dan stress pada benda padat.
Rheologi erat kaitannya dengan viskositas.Reologi adalah ilmu
tentang bagaimana fluida mengalir dan padatan berubah bentuk ketika
diberikan gaya (Ibarzet al.2005). Sifat reologi didasarkan pada
respon aliran dan deformasi bahan ketika diberikan gaya normal atau
tangensial.Suatu fluida akan mengalir karena adanya tekanan yang
diberikan. Tekanan yang diberikan pada suatu benda dengan arah
tegak lurus disebutnormal stressataupressure(P) sedangkan bila
sejajar dengan bidang, disebut gaya geser(shear stress).Fluida yang
tidak diberi gaya tidak akan mengalir karena di dalam fluida
terdapat suatu hambatan yang menahan aliran, yang disebut dengan
kekentalan atau viskositas. Secara molekuler disebabkan oleh
gerakan acak dari molekul yang berpindah dari suatu lapisan ke
lapisan lain dan resultan dari gerak tersebut menghasilkan suatu
hambatan (Wirakartakusumah 1989).
Secara umum terdapat dua jenis sifat aliran bahan,
yaitunewtoniandannon-newtonian.Sifat aliran dari bahan cair dapat
digambarkan dengan diagram (kurva) aliran. Kurva ini merupakan plot
antara gaya geser (shear stress)dengan laju geser (shear rate).
Dimana viskositas merupakan rasio dari gaya geser dengan laju geser
pada semua titik sepanjang kurva. Pada kurva cairannewtonianrasio
dari gaya geser dengan laju geser pada semua titik nilainya
konstan, dan disebut viskositas tunggal (). Jika aliran tidak
linier digunakan simbol viskositas nyata (app), yang merupakan
slope dari garis yang menghubungkan sebuah titik pada kurva dengan
titik asal (0,0).Fluidanon-newtonianmerupakan fluida yang memiliki
kurva aliran (shear stressversusshear rate) tidak linier, dimana
viskositas nyata (app) tidak konstan pada suhu dan tekanan yang
diberikan tetapi bergantung pada kondisi aliran seperti geometri
aliran,shear rate, dan lain-lain, dan terkadang juga dipengaruhi
oleh histori kinematik elemen fluida yang diuji (Chhabra dan
Richardson 1999).
Rheologi sangat penting dalam farmasi karena penerapannya dalam
formulasi dan analisis dari produk-produk farmasi seperti: emulsi,
pasta, krim, suspensi, losion, suppositoria, dan penyalutan tablet
yang menyangkut stabilitas, keseragaman dosis, dan keajekan hasil
produksi. Misalnya, pabrik pembuat krim kosmetik, pasta, dan lotion
harus mampu mneghasilkan suatu produk yang mempunyai konsistensi
dan kelembutan yang dapat diterima oleh konsumen. Selain itu,
prinsip rheologi digunakan juga untuk karakterisasi produk sediaan
farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk
setiap batch. Rheologi juga meliputi pencampuran aliran dari bahan,
penuangan, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik.
Rheologi dari suatu zat tertentu dapat mempengaruhi penerimaan obat
bagi pasien, stabilitas fisika obat, bahkan ketersediaan hayati
dalam tubuh (bioavailability). Sehingga viskositas telah terbukti
dapat mempengaruhi laju absorbsi obat dalam tubuh.Penggolongan
sistem cair menurut tipe aliran dan deformasinya ada dua yaitu:
Sistem Newton dan Sistem non-Newton. Pada cairan Newton, hubungan
antara shearing rate dan shearing stress adalah linear, dengan
suatu tetapan yang dikenal dengan viskositas atau koefisien
viskositas. Tipe alir ini umumnya dimiliki oleh zat cair tunggal
serta larutan dengan struktur molekul sederhana dengan volume
molekul kecil. Tipe aliran yang mengikuti Sistem Newton,
viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak
tergantung pada kecepatan geser, sehingga viskositasnya cukup
ditentukan pada satu kecepatan geser. Sedangkan pada cairan
non-Newton, shearing rate dan shearing stress tidak memiliki
hubungan linear, viskositasnya berubah-ubah tergantung dari
besarnya tekanan yang diberikan. Tipe aliran non-Newton terjadi
pada dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada
koloid, emulsi, dan suspensi.Ada beberapa istilah dalam Sistem
Newton ini :Rate of shear (D) dv/dr untuk menyatakan perbedaan
kecepatan (dv) antara dua bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak
yang sangat kecil (dr).Shearing stress ( atau F ) F/A untuk
menyatakan gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan
aliran.F/A = dv/dr = (F/A) / (dv/dr)= F / G
B. Jenis jenis FluidaFluida adalah zat yang mampu alir dan
menyesuaikan bentuknya dengan bentuk wadah yang ditempatinya, dan
bilamana terkena tegangan geser, betapapun kecilnya tegangan geser
tersebut maka fluida tersebut akan bergerak dan berubah bentuk
secara terus-menerus mengikuti bentuk penampangnya selama tegangan
geser tersebut bekerja.Gaya geser adalah komponen yang menyinggung
permukaan, dan gaya ini dibagi dengan luas permukaan tersebut
adalah tegangan geser rata-rata pada permukaan itu jadi dapat
dikatakan bahwa fluida diam memiliki gaya geser sama dengan
nol.Terdapat beberapa jenis fluida, antara lain :1. Fluida
berdasarkan wujud.a. Fluida cairFluida yang memiliki partikel rapat
dengan gaya tarik antar partikel yang sangat kuat. Mempunyai
permukaan bebas dancenderung mempertahankan volumenya, seperti
air.b. Fluida gasFluida yang memiliki partikel renggang dengan gaya
tarik antar molekul atau partikel yang sama relatif
lemah.Partikelnya sangat ringan sehingga dapat melayang bebas dan
volumenya tak tentu, seperti udara.
2. Fluida berdasarkan kekentalan.a. Fluida idealFluida dimana
tegangan geser antara partikel fluida dan antar fluida dengan
bidang batas tidak ada sehingga tidakmemiliki kekentalan. Fluida
ideal hanya anggapan.b. Fluida rillFluida yang memperhitungkan
masalah kekentalan yang menyebabkan tegangan geser antar partikel
zat fluida dan antarafluida dengan permukaan bidang yang bergerak
dengan kecepatan berbeda. Contohnya air, minyak, oli dan
lain-lain.
3. Fluida berdasarkan kemampatannya.a. Fluida compressibleFluida
yang dapat dimampatkan, misalnya udara yang dapat dimampatkan
karena dalam suatu wadah volumenya dapatberkurang dengan jalan
ditekan.b. Fluida incompressibleFluida yang dianggap tidak dapat
dimampatkan, seperti zat cair. Zat cair cenderung mempertahankan
volumenya, sehinggaperubahan tekanan tidak mampu merubah
volumenya.
4. Fluida berdasarkan Hukum Newton atau hubungan tegangan geser
dengan gradien kecepatan .a. Fluida NewtonFluida Newton merupakan
fluida dengan tegangan geser berbanding lurus dengan gradien
kecepatan pada diagram.Fluida Newton adalah fluida-fluida dengan
viskositas yang tidak bergantung pada besar tegangan geser atau
pada gradient(laju geser). Contohnya : zat murni.b. Fluida
Non-NewtonFluida-fluida yang viskositasnya bergantung pada tegangan
geser atau laju aliran. Contohnya : larutan polimer. Fluidaini
dipengaruhi oleh deformasi plastis akibat dislokasi partikel /
perubahan tempat / posisi partikel fluida karenaadanya suatu
perlakuan. Fluida dilatent, jika viskositas apparent fluida
bertambah seiring meningkatnya deformasi (n > 1). Fluida
pseudoplastic, jika viskositas apparent fluida berkurang dengan
naiknya deformasi (n < 1).
Hal-hal yang dapat menyebabkan fluida cair dan gas dapat
mengalir, yaitu :a. Perbedaan tekananb. Perbedaan temperaturc.
Perbedaan kedudukan (tinggi rendah)
C. Tegangan geser (Shear stress) dan Kecepatan geser (Shear
rate)1. Tegangan geser / shear stressSebuah tegangan geser, di
notasikan ( yunani : tau ), di definisikan sebagai komponen stres
coplanar dengan penampang material. Tegangan geser muncul dari
kekuatan vektor komponen sejajar dengan penampang. Stres normal, di
sisi lain, muncul dari komponen vektor gaya tegak lurus dengan
materi penampang yang bertindak..
Rumus untuk menghitung tegangan geser rata-rata adalah
di mana:= Tegangan geser;= Gaya yang diterapkan;= Luas penampang
bahan dengan luas sejajar dengan vektor gaya yang diterapkan.
Bentuk lain dari tegangan geser1. Geser murniGeser murnistres
berkaitan dengan murniregangan geser, dilambangkan, dengan
persamaan sebagai berikut:[2]
di manaadalahmodulus gesermaterial, yang diberikan oleh
Berikutadalahmodulus Youngdanadalahrasio Poisson.2. Beam
geserBeam geser didefinisikan sebagai tegangan geser internal balok
yang disebabkan oleh gaya geser diterapkan pada balok.
dimanaV= jumlah gaya geser di lokasi tersebut;Q=momen statis
daerah;t= ketebalan material tegak lurus geser;I=Momen Inersiadari
seluruh luas penampang.Rumus balok geser juga knowns sebagai
Zhuravskii Shear Stres rumus setelahDmitrii Ivanovich
Zhuravskiiyang diturunkan itu pada tahun 1855.[3][4]3.
Semi-monocoque geserShear tekanan dalamsemi-monocoquestruktur dapat
dihitung dengan mengidealkan penampang struktur menjadi satu set
stringer (hanya membawa beban aksial) dan jaring (hanya membawaarus
geser).Membagi aliran geser oleh ketebalan bagian tertentu dari
struktur semi-monocoque menghasilkan tegangan geser.Dengan
demikian, tegangan geser maksimum akan terjadi baik di web aliran
geser maksimum atau ketebalan minimum.Juga konstruksi di tanah bisa
gagal karena geser,misalnya, berat an-diisi
bumibendunganatautangguldapat menyebabkan lapisan tanah runtuh,
seperti kecillongsor.4. Dampak geserTegangan geser maksimum dibuat
di sebuah bar bulat subjek yang solid untuk dampak diberikan
sebagai persamaan:
dimanaU= perubahan energi kinetik;G=modulus geser;V= volume
batang;dan
= Momen inersia massa; = Kecepatan sudut.
5. Tegangan geser dalam cairanSetiap
nyatacairan(cairandangastermasuk) bergerak sepanjang batas yang
solid akan dikenakan tegangan geser pada batas itu.Thekondisi
no-slip[5]menyatakan bahwa kecepatan fluida pada batas (relatif
terhadap batas) adalah nol, tetapi pada beberapa ketinggian dari
batas kecepatan aliran harus sama bahwa cairan tersebut.Daerah
antara dua titik adalah aptly bernamalapisan batas.Untuk
semuacairan Newtoniandalamaliran laminartegangan geser sebanding
denganlaju regangandalam cairan dimana viskositas adalah konstanta
proporsionalitas.Namun untukcairan Newtonian Non, ini tidak lagi
terjadi karena untuk cairan ini denganviskositastidak
konstan.Tegangan geser yang disampaikan ke batas sebagai akibat
dari kehilangan ini kecepatan.Tegangan geser, untuk fluida
Newtonian, di paralel elemen permukaan piring datar, pada titik y,
diberikan oleh:
dimanaadalahviskositas dinamisdari fluida;adalah kecepatan
fluida sepanjang batas;adalah ketinggian di atas batas.Secara
khusus, tegangan geser dinding didefinisikan sebagai:
Dalam kasusangin, tegangan geser pada batas ini disebutstres
angin
2. Kecepatan geser (Shear rate)Laju geseradalah tingkat di mana
progresifdeformasi geserditerapkan untuk beberapa materi.Laju geser
untuk fluida yang mengalir di antara dua plat paralel, satu
bergerak pada kecepatan konstan dan yang lainnya satu stasioner
(Couette aliran), didefinisikan oleh
di mana: adalah laju geser, diukur dalam detik timbal balik;
adalah kecepatan lempeng bergerak, diukur dalam meter per detik;
adalah jarak antara dua plat paralel, diukur dalam meter.Atau:
Untukgeser sederhanakasus, itu hanyagradiendarikecepatandalam
bahan mengalir.TheSI Unitpengukuran untuk laju geser adalah s-1,
dinyatakan sebagai "detik timbal balik" atau "detik
terbalik".[1]Laju geser pada dinding bagian dalam darifluida
Newtonianyang mengalir dalam pipa[2]adalah
di mana: adalah laju geser, diukur dalam detik timbal balik;
adalah kecepatan fluida linear; adalah diameter dalam pipa.The
linier fluida kecepatanvterkait dengan laju alir
volumetrikQoleh
di manaAadalah luas penampang pipa, yang untuk radius pipa
dalamrdiberikan oleh
sehingga menghasilkan
Mengganti di atas ke dalam persamaan sebelumnya untuk laju geser
dari fluida Newtonian yang mengalir dalam pipa, dan mencatat (dalam
penyebut) bahwad= 2r:
yang disederhanakan menjadi bentuk setara berikut untuk laju
geser dinding dalam hal laju alir volumetrikQdan batin pipa
radiusr:
Untukfluida Newtoniandinding,tegangan geser() dapat dikaitkan
dengan tingkat geser oleh, di manaadalahviskositasfluida.Untuk
cairan non-Newtonian, ada yang berbedahukum konstitutiftergantung
pada cairan, yang menghubungkantensor stresdengan tensor laju
geser.
BAB IIIPENUTUP
A. Kesimpulan Reologi adalah ilmu tentang bagaimana fluida
mengalir dan padatan berubah bentuk ketika diberikan gaya Fluida
adalah zat yang mampu alir dan menyesuaikan bentuknya dengan bentuk
wadah yang ditempatinya, dan bilamana terkena tegangan geser,
betapapun kecilnya tegangan geser tersebut maka fluida tersebut
akan bergerak dan berubah bentuk secara terus-menerus mengikuti
bentuk penampangnya selama tegangan geser tersebut bekerja
DAFTAR PUSTAKA
http://wiyono372.blogspot.com/2007/07/dasar-dasar-rheologi-1.htmlChhabra
RP, Richardson JF. 1999.Non-Newtonian Flow in the Process
Industries: Fundamentals and Engineering Aplications.
Butterworth-Heinemann.Ibarz A, Castell-Perez E, Barbosa-Cnovas GV.
2005. Newtonian and Non-Newtonian Flow. Di dalam: Barbosa-Cnovas,
G.V. 2005.Food Engineering: Encyclopedia of Life Support Systems.
UNESCO.Steffe JF. 1996.Rheological Methods In Food Process
Engineering. Second Edition. Freeman Press. East Lansing,
USA.Wirakartakusumah MA. 1989.Prinsip Teknik Pangan. PAU Pangan dan
Gizi IPB,
Bogor.http://fitransyah.wordpress.com/tag/viskositas/www.wikipedia.com/tegangangeser
www.wikipedia.com/kecepatangeser
KATA PENGANTAR
Syukur pnulis opanjatkan kehadiran Tuhan. Karena atas berkat dan
rahmat Nya penulis dapat menyelesaikan tulisan penulis ini dengan
baik dan benar. Itu juga tidak luput dari orang orang yang
mendukung penulis dalam mengerjakan tulisan ini. Terutama seorang
yang selalu membantu penulis dalam memberi suport yang luar biasa.
Demikian tulisan penulis ini, kiranya dapat bermanfaat bagi banyak
orang yang akan membaca nya.
PENULIS
ANALISA FLUIDARHEOLOGI FLUIDA
DISUSUN OLEH :
KELOMPOK ACHRISTHOVEL F LATUPEIRISSA (120562)
FAKULTAS TEKNIK PERMINYAKANUNIVERSITAS PROKLAMASI
45YOGYAKARTA
