RHEOLOGIOleh : Tri Yulianti, SF, Apt

RheologiAsal kata :Rheos : ilmuRogos : mengalir

Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir

Tipe aliranSistem New tonSistem Non Newton

= rate of shear

= perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.

= shearing stress

=gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.

SISTEM NEWTONMengikuti hukum aliran NewtonMakin besar viskositas suatu cairan, makin besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.

Di mana : = koefisien viskositas ~ viskositas

Satuan viskositas : poise = dyne detik cm-2Cps (centipoise) = 0,01 poise

Fluiditas, , didefinisikan kebalikan dari viskositas

Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatan

Satuan : stoke(s) atau centi stokes

Contoh soal :Dengan viskometer Ostwald, didapat viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Berapa viskositas kinematis aseton?Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap air pada 250C?

Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositasViskositas gas meningkat dengan naiknya temperaturViskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkanFluiditas kebalikan dari viskositasFluiditas cairan meningkat jika temperatur dinaikkan

Persamaan kinetika ArrheniusA= konstanta yang tergantung dari bobot molekulEa= Energi pengaktifan

a) Aliran Newtonb) Aliran Plastis

c) Aliran pseudoplastisd) Aliran dilatan

SISTEM NON NEWTONAliran plastisAliran PseudoplastisAliran Dilatan

1. Aliran PlastisDisebut sebagai Bingham bodiesKurva plastis tidak melewati titik (0,0), tetapi memotong sumbu shearing stress, dikenal dengan harga yield (yield value).

Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padatKemiringan rheogram disebut mobility fluiditas pada sistem Newton.Kebalikannya adalah viskositas plastis = U

f= yield value dalam dyne cm-2

Contoh soal :Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne cm-2. Pada shearing stress di atas yield value, F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = 8000 dyne cm-2, hitung viskositas plastis sampel tsb !

Contoh :Partikel terflokulasi pada suspensiTerbentuk struktur kontinuAdanya gaya van der waals (ikatan antar partikel)Partikel terflokulasi pada suspensiIkatan pecah aliran padat terjadiYield value

2. Aliran PseudopastisContoh : dispersi cair dari tragakan, Na alginat, metil selulosa, CMC NaViskositas berkurang dengan meningkatnya rate 0f shear (cairan menjadi encer)Disebut shear thinning system

Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-NewtonN=1, alirannya adalah Aliran NewtonPersamaan Regresi Linear

3. Aliran DilatanSuspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya rate of shear.Volume meningkat dengan terjadinya shear disebut dilatanDisebut sebagai shear thickening system.

Partikel tertutup rapatVolume kosong minimumPembawa cukupKonsistensi relatif rendahPartikel susun longgarVolume kosong meningkatPembawa tidak cukupKonsistensi relatif tinggi

THIKSOTROPIMenunjukkan adanya pemecahan struktur yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau dikurangiTerjadi pada shear thinning system (plastis, atau pseudoplastis)Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing.

PlastisPseudoplastisGambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis

Pengukuran thiksotropiDengan melihat putaran histeresis yang dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari rheogram.Luas daerah histeresis merupakan suatu ukuran pemecahan thiksotropi.

Pengukuran untuk plastis (bingham bodies)Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear konstan.

Rate of shearShearing stress-----t2---------t1---B= konstanta thiksotropi1/U11/U2

Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear rate.M = konstanta thiksotropi

Thiksotropi negatif atau antithiksotropiMenyatakan kenaikan konsistensi pada kurva yang menurun.Contoh : magma magnesia

Rate of shearShearing stress

Penyebab :Meningkatnya frekuensi tumbukan dari partikel-partikel terdispers, atau molekul-molekul polimer dalam suspensi, menyebabkan ikatan antar partikel naik, sehingga dalam keadaan keseimbangan membentuk gumpalan-gumpalan besar. Dalam keadaan diam, gumpalan pecah menjadi partikel-partikel.

RheopeksiSuatu gejala di mana suatu sol membentuk gel lebih cepat jika diaduk perperlahan-lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukan

Anti thiksotropi rheopeksi

Pada rheopeksi sistem terdeflokulasi dan berisi solid dispersi lebih dari 50%Pada antithiksotropi sistem terflokulasi dan berisi solid dispersi 1- 10 %. gel pd rheopeksi : Bentuk keseimbangan Pd antithiksotropi :sol Bentuk keseimbangan

Pemilihan ViskometerSemua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol shear stress yang bervariasi dapat digunakan untuk bahan-bahan Non Newton.

Macam-macam viskometerVisk. KapilerVisk. Bola jatuh

Visk. Cup & bob Visk. Kerucut dan lempeng

Sistem NewtonSistem Newton dan Non Newton

Viskometer kapiler Disebut sebagai viskometer ostwaldDasar : Hukum Poiseuille

Karena P tergantung pada kerapatan cairan (), maka :

Contoh soal Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk mengalir antara kedua tanda pada viskometer Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 detik (250C).Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.Berapa viskositas aseton ?

Viskometer Bola JatuhDisebut viskometer HoepplerPrinsip :Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan dan tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.

Dimana :t : waktu (lamanya bola jatuh)Sb : Gravitasi jenis dari bolaSf : Gravitasi jenis dari cairanB : Konstanta bola

Viskometer Cup and BobPrinsip :Sampel dishear dalam ruang antara dinding luar, bob (rotor) dan dinding dalam mangkuk (cup).Viskometer Couette, mis : visk. Mac Michael Mangkuk yang berputarViskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk. Stormer Rotor yang berputar

Viskometer stormer

Dimana :Kv : Konstanta alatW : berat bebanV : rpmUntuk aliran plastisDimana :Wf : intersep yield value dalam gram

Yield valueDimana :Rc : jari-jari mangkokRb : jari-jari rotor

Contoh soal :Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar 450 gram menghasilkan kecepatan rotor v 350 rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan menggunakan berat pengendali lainnya, diperoleh suatu rheogram aliran plastis. Intersep yield value wf diperoleh dengan mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan yield value sampel tersebut?

Viskometer Kerucut dan LempengContoh : viskometer Ferranti ShirleyPrinsip :Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan yang berubah-ubah, sampel dishear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of shear : rpm (dengan dial pemilih). Shearing stress : puntiran (dibaca pada skala penunjuk).

Untuk cairan Newton

dimana :C = konstanta alatT = puntiran (torque)V = rpmUntuk cairan plastis :

Penerapan rheologi dalam :bidang farmasiCairanPencampuranPengurangan ukuran partikel dari sistem sistem dispersi dengan shearPelewatan melalui mulut,penuangan, pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntikPerpindahan cairanStabilitas fisik sistem dispersi

Semi solidPenyebaran dan pelekatan pada kulitPemindahan dari wadah/tubeKemampuan zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairanPelepasan obat dari basisnya

PadatanAliran serbuk dari corong ke lubang cetakan tablet/kapsulPengemasan serbuk/granulPemprosesanKapasitas produksi alatEfisiensi pemrosesan

Thanks four your attentionSelamat belajar !!!