RHEOLOGIRHEOLOGI

RheologiRheologi

Asal kata :Asal kata : Rheos : ilmuRheos : ilmu Rogos : mengalirRogos : mengalir

Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir cairan untuk mengalir

Tipe aliranTipe aliran

Sistem New tonSistem New ton Sistem Non NewtonSistem Non Newton

= rate of shear= rate of shear

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

= shearing stress= shearing stress

==gaya per satuan luas yang diperlukan untuk gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.menyebabkan aliran.

==dr

dvG

==A

FF

'

SISTEM NEWTONSISTEM NEWTON

Mengikuti hukum aliran NewtonMengikuti hukum aliran Newton Makin besar viskositas suatu cairan, makin Makin besar viskositas suatu cairan, makin

besar gaya per satuan luas yang diperlukan besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.tertentu.

Di mana : Di mana : ηη = koefisien viskositas ~ viskositas = koefisien viskositas ~ viskositasG

F

dr

dv.

A

'F =η⇒η=

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

22

det

det

'

cm

dynecmcm

cmdyne

Adv

drF =×

×==η

Fluiditas, Fluiditas, φφ, didefinisikan kebalikan dari , didefinisikan kebalikan dari viskositasviskositas

Viskositas kinematis = viskositas absolut, Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatanmerupakan viskositas dibagi dengan kerapatan

η=Φ 1

ρη=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 250C. viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Berapa viskositas kinematis aseton?Berapa viskositas kinematis aseton?

Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap air pada 250C?air pada 250C?

Ketergantungan Temperatur dan Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositasTeori viskositas

Viskositas gas meningkat dengan naiknya Viskositas gas meningkat dengan naiknya temperaturtemperatur

Viskositas cairan menurun jika temperatur Viskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkandinaikkan

Fluiditas Fluiditas kebalikan dari viskositas kebalikan dari viskositas Fluiditas cairan meningkat jika temperatur Fluiditas cairan meningkat jika temperatur

dinaikkandinaikkan

Persamaan kinetika ArrheniusPersamaan kinetika Arrhenius

RTEaeA=η

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 plastis Aliran PseudoplastisAliran Pseudoplastis Aliran DilatanAliran Dilatan

11. . Aliran PlastisAliran Plastis

Disebut sebagai Disebut sebagai Bingham bodiesBingham bodiesKurva plastis tidak Kurva plastis tidak melewati titik (0,0), melewati titik (0,0), tetapi memotong tetapi memotong sumbu sumbu shearing shearing stressstress, 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, zat Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padatpadat

Kemiringan rheogram disebut Kemiringan rheogram disebut mobilitymobility ≈ ≈ fluiditas pada sistem Newton.fluiditas pada sistem Newton.

Kebalikannya adalah Kebalikannya adalah viskositas plastisviskositas plastis = U = U

( )G

fFU

−=

f= yield value dalam dyne cm-2

Contoh soal :Contoh soal :

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

22. . Aliran PseudopastisAliran Pseudopastis

Contoh : Contoh : dispersi cair dispersi cair dari tragakan, Na dari tragakan, Na alginat, metil alginat, metil selulosa, CMC Naselulosa, CMC NaViskositas berkurang Viskositas berkurang dengan dengan meningkatnya rate 0f meningkatnya rate 0f shear (cairan menjadi shear (cairan menjadi encer)encer)Disebut shear Disebut shear thinning systemthinning system

Rat

e of

she

arShearing stress

G'FN η=

'logFlogNGlog η−=

• Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-Newton

• N=1, alirannya adalah Aliran Newton

Persamaan Regresi Linear

33. . Aliran DilatanAliran Dilatan

Suspensi tertentu (persentase zat padat Suspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya untuk mengalir dengan meningkatnya rate of rate of shear.shear.

Volume meningkat dengan terjadinyaVolume meningkat dengan terjadinya shear shear disebut dilatandisebut dilatan

Disebut sebagai Disebut sebagai shear thickening systemshear thickening system..

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 struktur Menunjukkan adanya pemecahan struktur yang tidak terbentuk dengan segera jika stress yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau dikurandihilangkan atau dikurangigi

Terjadi pada Terjadi pada shear thinning systemshear thinning system (plastis, (plastis, atau pseudoplastis)atau pseudoplastis)

Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena kehilangan 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 yang Dengan melihat putaran histeresis yang dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari rheogram.rheogram.

Luas daerah histeresis merupakan suatu Luas daerah histeresis merupakan suatu ukuran pemecahan thiksotropi.ukuran pemecahan thiksotropi.

Pengukuran untuk plastis (bingham Pengukuran untuk plastis (bingham bodiesbodies((

1.1. Menentukan pemecahan struktural terhadap Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear konstan.waktu pada rate of shear 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 karena Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear ratmeningkatnya 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 pada konsistensi pada kurva yang kurva yang menurun.menurun.

Contoh : magma Contoh : magma magnesiamagnesia

Rat

e of

she

ar

Shearing stress

Penyebab :Penyebab : Meningkatnya frekuensi tumbukan dari Meningkatnya frekuensi tumbukan dari

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

RheopeksiRheopeksi

Suatu gejala di mana suatu sol Suatu gejala di mana suatu sol membentuk membentuk gel lebih cepat jika diaduk gel lebih cepat jika diaduk perperperlahan-perlahan-lahan atau kalau dishear daripada jika lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukadibiarkan tanpa pengadukann

Anti thiksotropi Anti thiksotropi ≠≠ rheopeksi rheopeksi

☺☺Pada rheopeksi Pada rheopeksi sistem terdeflokulasi dan sistem terdeflokulasi dan berisi solid dispersi lebih dari 50%berisi solid dispersi lebih dari 50%

☺☺Pada antithiksotropi sistem terflokulasi Pada antithiksotropi sistem terflokulasi dan berisi solid dispersi 1- 10dan 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 untuk Semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton dan menentukan viskositas sistem Newton dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol hanya viskometer yang 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 ostwald Dasar : Hukum PoiseuilleDasar : Hukum Poiseuille

Vl8

Ptr 4 ∆π=η

Karena Karena ∆∆P tergantung pada kerapatan cairan (P tergantung pada kerapatan cairan (ρρ), ), maka :maka :

PtK ∆××=η ρη ××= tK

22

11

2

1

t

t

ρρ

=ηη

Contoh soal Contoh soal Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk

mengalir antara kedua tanda pada viskometer mengalir antara kedua tanda pada viskometer Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 detik (250C).detik (250C).

Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.air 0,8904 cps.

Berapa viskositas aseton ?Berapa viskositas aseton ?

2.2. Viskometer Bola JatuhViskometer Bola Jatuh

Disebut viskometer HoepplerDisebut viskometer Hoeppler Prinsip :Prinsip : Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam

suatu tabung gelas yang hampir vertikal, suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan konstan. Laju jatuhnya bola dengan ρρ dan dan φφ tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.sampel tersebut.

B)SS(t fb −=η

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 dinding dalam ruang antara dinding

luar, luar, ‘‘bobbob’’ (rotor) dan dinding dalam mangkuk (rotor) dan dinding dalam mangkuk ((‘‘cupcup’’).).

Viskometer Couette, mis : visk. Mac MichaelViskometer Couette, mis : visk. Mac Michael Mangkuk yang berputarMangkuk yang berputar Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk. Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk.

StormerStormer Rotor yang berputarRotor yang berputar

Viskometer stormerViskometer stormer

v

wK v=η

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

π=

Dimana :

Rc : jari-jari mangkok

Rb : jari-jari rotor

Contoh soal :Contoh soal : Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer

Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar 450 gram menghasilkan ke450 gram menghasilkan keccepatan rotor v 350 epatan rotor v 350 rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan menggunakan berat pengendali lainnya, menggunakan berat pengendali lainnya, diperoleh suatu rheogram aliran plastis. diperoleh suatu rheogram aliran plastis. Intersep yield value wf diperoleh dengan Intersep yield value wf diperoleh dengan mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan yield value Berapakah vikositas plastis dan yield value sampel tersebut?sampel tersebut?

4.4. Viskometer Kerucut dan LempengViskometer Kerucut dan Lempeng

Contoh : viskometer Ferranti Contoh : viskometer Ferranti –– Shirley Shirley Prinsip :Prinsip : Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan

yang berubah-ubah, sampel dishear di antara yang berubah-ubah, sampel dishear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of shearRate of shear : rpm (dengan dial pemilih). : rpm (dengan dial pemilih). Shearing stressShearing stress : puntiran (dibaca pada skala : puntiran (dibaca pada skala penunjuk).penunjuk).

Untuk cairan NewtonUntuk cairan Newton

dimana :dimana :

C = konstanta alatC = konstanta alat

T = puntiran (torque)T = puntiran (torque)

V = rpmV = rpm

Untuk cairan plastis :Untuk cairan plastis :

v

TC=η

v

TTCU f−

=

ff TxCf =

Penerapan rheologi dalam Penerapan rheologi dalam : :bidang bidang farmasifarmasi

1.1. CairanCairan PencampuranPencampuran Pengurangan ukuran partikel dari sistem Pengurangan ukuran partikel dari sistem

sistem dispersi dengan shearsistem 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 kulitPenyebaran dan pelekatan pada kulit Pemindahan dari wadah/tubePemindahan dari wadah/tube Kemampuan zat padat untuk bercampur Kemampuan zat padat untuk bercampur

dengan cairan-cairandengan cairan-cairan Pelepasan obat dari basisnyaPelepasan obat dari basisnya

3.3. PadatanPadatan Aliran serbuk dari corong ke lubang Aliran serbuk dari corong ke lubang

cetakan tablet/kapsulcetakan tablet/kapsul Pengemasan serbuk/granulPengemasan serbuk/granul

4.4. PemPempprosesanrosesan Kapasitas produksi alatKapasitas produksi alat Efisiensi pemrosesanEfisiensi pemrosesan

ThankThank’’s four your attentions four your attention

Selamat Selamat belajarbelajar !!! !!!