pengertian viskositas, konsep viskositas, cara mengukur, faktor faktor yang mempengaruhi,viskositas dalam kehidupan sehari hari, dan satuan viskositas
oleh : Isma Nur Hayani
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas,
berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu
contoh zat cair dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa
sebenarnya yang membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau
viskositas dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan
bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya untuk
menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain. Di dalam aliran kental kita
dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda
padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat
kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Salah satu alat yang
digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter. Apabila
zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan pada zat cair
kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan yang sama dengan
dinding.
B. Rumusan Masalah
1. Apakah itu viskositas?
2. Bagaimana konsep viskositas?
3. Bagaimana cara mengukur viskositas?
4. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas?
5. Apa saja yang termasuk viskositas dalam kehidupan
sehari-hari?
6. Apa satuan viskositas itu?
C.
Tujuan
1.
Untuk mengetahui pengertian dari viskositas.
2.
Untuk mengetahui bagaimana rumus dari
viskositas.
BAB II
TINJAUAN
PUSTAKA
A.
Definisi Viskositas
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan
aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu
dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan
memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit
mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. 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.
Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua
buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut.
Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang
permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang
berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada
gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya F dikenakan
pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan
kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan –
lapisan yang saling bergeseran.
Setiap lapisan tersebut akan memberikan
tegangan geser (s) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan
lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida
paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g) pada lapisan fluida di
suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan
fluida.
Viskositas adalah 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.
Viskositas secara mudah dimengerti dengan
memperhatikan percobaan yang menunjukan suatu fluida kental diantara dua keping
sejajar. Keping yang atas bebas bergerak sedangkan keping yang bawah stasioner
(diam). Jika keping atas digerakkan dengan kecepatan v relatif terhadap keping
bawah, maka suatu gaya F diperlukan. Untuk fluida yang sangat kental, seperti
madu, diperlukan gaya yang lebih besar; sedangkan untuk fluida yang kurang
kental (viskositasnya kecil), seperti air, diperlukan gaya yang lebih besar.
Besar gaya F yang diperlukan untuk menarik
keping atas melawan gaya gesekan yang diakibatkan fluida kental sehingga keping
atas bergerak dengan kecepatan tetap v bergantung pada beberapa faktor. Makin
besar lus keping A yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang
diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh ( F ∞ A ). Untuk luas
sentuh A yang tertentun ternyata kelajuan v yang lebih besar memerlukan gaya
Fyang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan ( F ∞ v ). Gaya juga
berbanding terbalik dengan jarak y antara keping atas dan keping bawah. Makin
besar jarak, makin kecil gaya yang diperlukan untuk kelajuan dan lus sentuh
yang tetrtentu.
Ketiga pernyataan tersebut dapat digabungkan
bersama dengan pernyataan F ∞ Av/y. Yang menyatakan hubungan ini dengan bantuan
konstanta kesebandingan η (huruf yunani dibaca eta), yang disebut koefisien
viskositas. Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida
dengan kelajuan tetap v untuk luas lapisan A dan letaknya pada jarak y dari
suatu permukaan yang tidak bergerak.
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)
B.
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.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah
mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit
mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan
dengan menuangkan air dan minyak goreng di atas lantai yang permukaannya
miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat
kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat
cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng
paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental menjadi lebih cair ketika
dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat
gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas alias
kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata tuh
fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli,
asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida
ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya
model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida
(fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida Dinamis). Mirip
seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan
sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama,
biar analisis kita menjadi lebih sederhana.
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk
koofisien viskositas adalah Ns/m2 =
Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien
viskositas adalah dyn.s/cm2 =
poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP =
1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis,
almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2 Pada tabel didaftar koefisien viskositas
beberapa fluida. Untuk suhu yang lebih rendah umumnya zat cair menjadi
lebih kental (koefisien viskositasnya lebih besar). Seperti yang diamati pada
oli mesin, madu, dan fluida-fluida kental lainnya. Berlawanan dengan itu, gas
biasanya berkurang kekentalannya jika suhu turun. Makin kecil η fluida,
makin mendekati fluida ideal; untuk fluida ideal η = 0.
Fluida
|
Temperatur (o C)
|
Koofisien Viskositas
|
Air
|
0
|
1,8 x 10-3
|
20
|
1,0 x 10-3
|
60
|
0,65 x 10-3
|
100
|
0,3 x 10-3
|
Darah (keseluruhan)
|
37
|
4,0 x 10-3
|
Plasma Darah
|
37
|
1,5 x 10-3
|
Ethyl alkohol
|
20
|
1,2 x 10-3
|
Oli mesin (SAE 10)
|
30
|
200 x 10-3
|
Gliserin
|
0
|
10.000 x 10-3
|
20
|
1500 x 10-3
|
60
|
81 x 10-3
|
Udara
|
20
|
0,018 x 10-3
|
Hidrogen
|
0
|
0,009 x 10-3
|
Uap air
|
100
|
0,013 x 10-3
|
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.
Sebuah benda yang bergerak dalam fluida yang
punya viskositas lebih tinggi mengalami gaya gesek viskositas yang lebih besar
daripada jika benda tersebut bergerak didalam fluida yang viskositasnya lebih
rendah. Tujuan mempelajari viskositas ini adalah memahami bahwa benda yang
bergerak di dalam fluida akan mendapatkan gesekan yang disebabkan oleh
kekentalan fluida tersebut. Selain itu, dapat menentukan koefisien kekentalan
dari fluida. Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas antara lain adalah
koefisien kekentalan zat cair itu sendiri, massa jenis dari fluida tersebut,
bentuk atau besar dari partikel fluida tersebut, karena cairan yang partikelnya
besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggi dari pada yang partikelnya kecil
dan bentuknya teratur. Selain itu juga suhu, semakin tinggi suhu cairan semakin
kecil viskositasnya, semakin rendah suhunya maka semakin besar
viskositasnya.
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.
Masyarakat umum beranggapan bahwa fungsi
utama oli hanyalah sebagai pelumas mesin. Padahal oli memiliki fungsi lain,
yakni sebagai pendingin, pelindung karat, pembersih dan penutup celah pada
dinding mesin. Sebagai pelumas mesin oli akan membuat gesekan antar komponen
didalam mesin bergerak lebih halus dengan cara masuk kedalam celah-celah mesin,
sehingga memudahkan mesin untuk mencapai suhu kerja yang ideal.
Viskositas dari oli sangat diperhitungkan
untuk meminimalisir gaya gesek yang ditimbulkan oleh mesin yang bergerak dan
terkontak satu terhadap yang lain sehingga mencegah terjadinya keausan. Pada
permesinan bagian yang paling sering bergesekan adalah piston, ada banyak
bagian lain namun gesekannya tak sebesar yang dialami piston. Disinilah
kegunaan oli. Oli memisahkan kedua permukaan yang berhubungan sehingga gesekan
pada piston diperkecil. Selain itu, oli juga bertindak sebagai fluida yang
memindahkan panas ruang bakar yang mencapai 1000-1600 derajat celcius ke bagian
lain mesin yang lebih dingin, sehingga mesin tidak over heat (sebagai
pendingin).
Pembersih mesin dari sisa pembakaran dan
deposit senyawa karbon yang masuk dalam ruang bakar supaya tidak muncul endapan
lumpur. Teknologi mesin yang terus berkembang menuntut kerja pelumas semakin
lengkap, seperti penambahan anti karat dan anti foam. Semakin kental oli,
maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih kental. Lapisan halus pada oli
kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang
terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resitensi berlebih
mengalirkan oli pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan
ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih
tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin
dioperasikan karena nilai viskositas masing-masing oli akan berkurang jika suhu
cairan dinaikkan. Suhu semakin tinggi diikuti makin rendahnya viskositas oli
atau sebaliknya.
Beberapa kriteria yang penting yang harus
dipenuhi oleh oli antara lain :
1. Viskositas
harus cukup kental untuk menahan agar bagian peralatan yang bergerak relatif terpisah, tetapi juga harus mencegah kebocoran dari
segel.
2. Fluida
harus cukup pada saat awal yaitu pada saat peralatan masih dingin.
3. Dapat
membentuk film yang cukup kuat untuk pelumasan perbatasan.
4. Tahan
terhadap oksidasi suhu tinggi.
5. Mengandung
deterjen dan dispersan cukup untuk menyerap endapan atau lumpur yanga
terbentuk.
6. Tidak
membentuk emulsi dengan air yang masuk dari segel yang bocor.
Tingkat kekentalan oli disebut Viscosity
Grade, yaitu ukuran kekentalan dan kemampuan oli untuk mengalir pada temperatur
tertentu menjadi prioritas terpenting dalam memilih oli. Kode pengenal oli
adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive
Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya, menunjukkan tingkat
kekentalan oli tersebut. Misalnya oli yang bertuliskan SAE 15W-50, berarti oli
tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE
50 pada kondisi suhu panas.
Semakin besar angka yang mengikuti kode oli
menandakan semakin kentalnya oli tersebut. Sedangkan huruf W yang terdapat
dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. Dengan kondisi seperti
ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi
ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan
bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE.
Aliran
cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu :
1.
Aliran laminer atau aliran kental.
Menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah
kecil.
2. Aliran turbulen
Menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang
lebih besar.
Dengan
kata lain pembagian ini ialah pertama bagian air yang mengalir seakan-akan
mengikuti suatu garis tak putus, bik lurus maupun melengkung. Ada bagian-bagian
yang alirannya berputar-putar dengan putaran yang tidak jelas ujung dan
pangkalnya.
Aliran
yang mengikuti suatu garis (lurus ataupun melengkung) yang jelas ujung dan
pangkalnya disebut aliran garis arus atau dalam bahasa Inggris disebut aliran
Streamline. Secara lebih cermat dikatakan bahwa aliran garis arus adalah aliran
yang tiap partikel yang melalui suatu titik mengikuti suatu garis yang sama
seperti partikel-partikel lain melalui titik itu. Selain itu, pada aliran garis
arus arah gerak partikel-partikel itu sama dengan arah aliran secara
keseluruhan. Garis yang dilalui oleh partikel-partikel itu pada aliran seperti
ini disebut garis arus.
Berbeda
dengan aliran garis arus, ada aliran yang disebut
aliran turbulent. Aliran turbulent ditandai oleh adanya aliran
berputar. Ada partikel-partikel yang arah geraknya berbeda, bahkan berlawanan
dengan arah gerak keseluruhan fluida. Jika aliran turbulent maka akan terdapat
pusaran-pusaran dalam gerakannya dan lintasan partikel-partikelnya senantiasa
berubah. Aliran turbulent menggambarkan laju aliran yang beasar melqlui pipa
dengan diameter yang lebih besar.
Sifat
dari fluida sejati adalah kompersibel, artinya volume dan massa jenisnya akan
berubah bila diberikan tekanan. Selain itu juga fluida sejati mempunyai
viskositas yaitu gesekan di dalam fluida sedangkan dalam anggapan fluida ideal
semua sifat-sifat ini diabaikan.
Viskositas
di dalam zat cair disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul dan di dalam gas
disebabkan oleh pelanggaran-pelanggaran antar molekul yang bergerak dengan
cepat. Terutama dalam arus turbulent, viskositas ini naik dengan cepat sekali
hamper berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya. Makin besar
kecepatannya, makin besar viskositasnya.
Viskositas
zat cair lebih besar daripada gas. Viskositas gas sedemikian kecilnya sehingga
sering diabaikan. Viskositas fluida bergantung kepada suhunya. Viskositas ini
pada umumnya yaitu zat cair, yang umumnya berkurang jika suhunya naik. Tetapi
sebaliknya viskositas gas lebih besar jika suhunya naik. Lapisan-lapisan gas
atau zat cair yang mengalir saling berdesakan. Karena itu terdapat gaya gesek
yang bersifat menahan aliran yang besarnya tergantung dari kekentalan zat cair
tersebut.
Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul
bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material. Karenanya viskositas
menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar
viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya viskositas dipengaruhi
oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik antar molekul dan ukuran
serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang
jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. 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.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah
mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit
mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dll. Tingkat kekentalan fluida
dinyatakan dengan koefisien viskositas (h). Kebalikan dari Koefisien
viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran kemudahan mengalir suatu
fluida.
Viskositas cairan adalah 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.
C.
Cara mengukur viskositas
Cara menentukan viskositas suatu zat
menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang
biasa digunakan antara lain :
1.
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. Waktu alir dari
cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang
viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut
(Moechtar,1990).
Viskometer
kapiler / Otswald digunakan untuk menentukan viskositas dari suatu cairan
dengan menggunakan air sebagai pembandingnya. Caranya yaitu dengan
membandingkan waktu alir dan berat jenis cairan yang akan ditentukan dengan
berat jenis cairan dan waktu alir.
Hubungan
antara viskositas dan suhu pertama kali ditemukan oleh Carransicle pada tahun
1913. Pada viskositas Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh
sejumlah cairan tertentu mengaliri pipa kapiler dengan gaya yang
disebabkan oleh gaya beratnya sendiri. Pengukuran viskositas merupakan
cara termudah dan termurah dalam menentukan berat molekul makro. Persamaan yang
digunakan dalam pengukuran viskositas dengan viscometer ostwald adalah :
Pengukuran
viskositas mempunyai beberapa bentuk diantaranya adalah :
1. Viskositas spesifik
= =
2. Viskositas reduksi
= =
3. Viskositas
intrinsik = = limit
C
0
Dimana
: C = konsentrasi makro molekul (gr/100 ml)
Einsteinlah
yang pertama kali menghubungkan viskositas dengan berat molekul yaitu pada
tahun 1906. Einstein memperlihatkan bahwa viskositas
larutan molekul membentuk bulatan yang encer dapat dicari dengan
menggunakan rumus:
Dimana
: = fraksi volume zat terlarut makro molekul
Karena
makro molekul biasanya tidak berbentuk bulat maka sp/ pada persamaan di
atas mempunyai nilai lebih besar dari 2,5.
2.
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).
3.
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).
4.
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).
Viskositas cairan juga dapat ditentukan
berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum
Stokes. Dimana benda bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya
gravitasi melalui fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya
gravitasi sebesar :
F1 =
4/3 πr3 ( d-dm ) g
Perbedaan antara viskositas cairan dengan
viskositas gas adalah sebagai berikut :
Jenis Perbedaan
|
Viskositas Cairan
|
Viskositas Gas
|
Gaya gesek
|
Lebih besar untuk mengalir
|
Lebih kecil disbanding viskositas cairan
|
Koefisien viskositas
|
Lebih besar
|
Lebih kecil
|
Temperatur
|
Temperatur naik,viskositas turun
|
Temperatur naik,viskositas naik
|
Tekanan
|
Tekanan naik,viskositas naik
|
Tidak tergantung tekanan
|
D. Faktor-faktor
yang mempengaruhi viskositas
Faktor-faktor
yang mempengaruhi viskositas :
1.
Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika
suhu naik maka viskositas akan turun, dan begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan
karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu
ditingkatkan dan menurun kekentalannya.
2.
Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan
konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan memiliki
viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya
partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang
terlarut, gesekan antar partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin
tinggi pula.
3.
Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat
molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau
member beban yang berat pada cairan sehingga manaikkan viskositas.
4.
Tekanan
Semakin tinggi tekanan maka semakin besar
viskositas suatu cairan.
E.
Viskositas dalam kehidupan sehari-hari
1. Mengalirnya
darah dalam pembuluh darah vena.
2. Proses
penggorengan ikan (semakin tinggi suhunya, maka semakin kecil viskositas minyak
goreng).
3. Mengalirnya
air dalam pompa PDAM yang mengalir kerumah-rumah kita.
F.
Satuan viskositas
Satuan
viskositas
Satuan viskositas adalah L^2/T. Satuan internasinal bagi
viskositas kinematik adalah mm^2/s atau centiStoke atau cSt.
Tegangan geser dan viskositas
Hubungan antara tegangan geser dan viskositas
dan perubahan kecepatan dapat dipahami pada kasus aliran diantara dua plat
datar, misalkan jarak antar palt adalah y, dan diantara plat tersebut terdapat
fluida dengan isi yang homogen, asumsikan bahwa plat sangat luas, dengan luas A
yang besar, pengaruh rusuk dapat dianggap tidak ada. pada plat bagian bawah
diaanggap tetap lalu diberikan gaya sebesar F pada plat atas. bila ternyata
gaya ini menyebabkan material diantara dua plat bergerak dengan perubahan
kecepatan u.
Berikut ini adalah uraian tentang Fungsi, Jenis dan
Kekentalan ( Viskositas )
dari Oli mesin.
Semua jenis oli pada dasarnya adalah sama, yaitu
sebagai bahan untuk pelumas agar mesin berjalan mulus dan bebas dari gangguan
dan sekaligus sebagai pendingin dan penyekat. Oli itu sendiri mengandung
lapisan-lapisan halus yang berfungsi mencegah terjadinya benturan-benturan
antar logam dengan logam lainya pada sparepart lain, juga mencegah
goresan atau keausan.
Untuk beberapa keperluan tertentu, aplikasi khusus
pada fungsi tertentu, oli mesin dituntut memiliki sejumlah fungsi-fungsi
tambahan. Mesin diesel msalnya keadaan normal beroperasi pada kecepatan rendah
namun memiliki temperatur ynag lebih tinggi dibandingkan dengan mesin bensin.
mesin diesel juga mempunyai kondisi kondusif yang lebih besar yang dapat
menimbulkan oksidasi oli, penumpukan deposit dan perkaratan logam-logam
bearing.
-
Oli Mineral
Oli mineral terbuat dari oli dasar ( base oil )
yang diperoleh dari minyak bumi yang telah diolah dan disempurnakan dan telah
ditambah dengan bahan2 / zat- zat aditif guna meningkatkan kemampuan dan
fungsinya. Beberapa pakar mesin memberikan saran agar apabila telah terbiasa
menggunakan oli minerla selam bertahun-tahun maka jangan langsung menggantinya
dengan oli sintetis karena oli sintetis pada umumnya akan mengikis deposit (
sisa ) yang telah ditinggalkan oleh oli mineral, sehingga deposit tadi
ternagkat dari tempatnya dan mengalir ke celah-celah mesin sehingga akan
mengganggu pemakaian mesin.
- Oli Sintetis
Oli ini biasanya terdiri dari Polyalphaolifins yang
datang dari bagian terbersih dari pemilahan oli mineral, yakni Gas. Senyawa ini
kemudian dicampur dengan oli mineral. Inilah kenapa oli sintetis bisa dicampur
dengan oli mineral juga sebaliknya. sementara basis yang paling stabil adlah
polyol-ester ( bukan bahan kayu polyester ), yang paling sedikit bereaksi
ketika dicampur dengan bahan lain. Oli sintetis cenderung tidak mengandung
bahan Karbon Reaktif, senyawa yang sangat tidak bagus untuk oli, karena
cenderung tergabung dengan oksigen ( O2 ) sehingga menghasilkan acid ( Zat asam
).Pada intinya, oli sintetis didesain untuk menghasilkan kinerja yang lebih
efektif dibandingkan dengan oli mineral.
- KEKENTALAN
( VISKOSITAS )
Kekentalan merupakan salah satu unsur kandungan oli
paling rawan sebab berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar
resistensinya untuk mengalir. Kekentalan oli langsung berkaitan dengan sejauh
mana oli berfungsi sebagi pelumas sekaligus pelindung benturan antar permukaan
logam. Oli harus mengalir ketika suhu mesin atau temperatur ambient. Menglair
secara cukup agar terjamin pasokannya ke komponen-komponen yang bergerak.
Semakin kental oli tersebut, maka lapisan yang ditimbulkan semakin lebih
kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan extra menyapu atau
membersihkan lapisan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal
akan memberi resistensi berlebih mengalirkan oli pada temperaur rendah sehingga
mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus
memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi ataupun temperatur
terendah ketika mesin jalan.
Dengan demikian oli memiliki grade atau derajat tersendiri yang diatur oleh
Society of Automotive Engineers ( SAE
). Jika dikemasan tertulis angka SAE 5W-30 artinya 5W ( winter )
jika pada suhu dingin oli bekerja pada kekentalan 5 dan pada suhu terpanas akan
bekerja pada kekentalan 30.
Tetapi yang terbaik
adalah yang mengikuti Viskositas yang sesuai dengan permintaan mesin. Umumnya,
mobil sekarang memiliki kekentalan lebih rendah dari 5W-30. Sebab mesin
sekarang ini lebih Sophisticated sehingga kerapatan antar komponen makin tipis
dan juga banyak celah-celah kecil yang hanya bisa dilalui oleh oli encer.
Tentunya tidak baik mesin ini menggunakan oli kental ( 20W-50 ) karena akan
mengganggu debit aliran oli pada mesin dan butuh semprotan lebih tinggi.
Untuk mesin yang
telah tua, clearence bearing lebih besar sehingga mengizinkan pemakaian oli
kental untuk menjaga tekanan oli normal dan menyediakan lapisan film cukup
untuk bearing. Dibawah ini adalah contoh tipe viskositas dan ambien temperatur
dalam derajat Celcius yang lazim digunakan sebagi standa oli diberbagai negara
atau kawasan.
1. 5W-30 untuk cuaca dingin seperti di Swedia.
- 10W-30 untuk
iklim sedang seperti dikawasan Inggris.
- 15W-30 untuk
Cuaca panas seperti dikawasan Indonesia.
Kualitas oli disimbolkan oleh API atau American
Petroleum Institute dan simblo terakhir SL mulai diperkenalkan sejak 1 Juli
2001. Namun begitu, simblo terkahoir masih bisa dipakai untuk kategorui
sebelumnya. Seperti API SJ baik untuk SH, SG, SF dan sterusnya. Sebaliknya jika
mesin kendaraan menuntut SJ maka tidak bisa menggunakan type SH karena mesin
tak akan mendapatkan proteksi maksimal karena oli SH didesai untuk mesin yang
telah lama ( Tua ).
Ada 2 type API, S (
Service ) atau bisa juga ( S ) diartikean Spark-plug ignition ( pakai busi )
untuk mobil MPV atau Pickup bermesin bensin. C ( Commercial ) digunakan pada
truck heavy duty dan mesin diesel. Contoh untuk kategori C adalah CF, CF-2,
CG-4. Jika menggunkan mesin diesel pastikan menggunakan kategori yang tepat
karena oli mesin diesel yang banyak menghasilkan kontaminasi jelaga sisa
pembakaran lebih tinggi. Maka oli jenis ini membutuhkan tambahan aditif
dipersant dan detergen untuk membuat oli tetap bersih.
- Notes : Jika
oli yang digunakan menggunakan type oli sintetik, maka tidak perlulagi
diberikan bahan aditif lain dan justru akan mengurangi kinerja mesin dan
bahkan merusaknya.
Untuk rating API
service, dapat juga dirunut dari mesin-mesin keluaran lama. Namun, pada saat
ini bisa dirunut dari ketegori SF, mengingat banyaknya kategori yang akan di
relesase.
1. API mesin bensin
Diperkenalkan ke
publik sekitar tahun 2004. Ditujukan untuk mesin bensin yang ada saat ini. Oli
ini didesain untuk memberikan resistensi oksidasi yang lebih baik, menjaga
temperatur, perlindungan lebih baik terhadap keausan, dan mengontrol deposit
lebih baik.
Merupakan kategori terakhir sampai saat ini.
Diperkenalkan pada 1 Juni 2001. Oli ini didesain untuk menjaga temperatur dan
mengontrol deposit lebih baik dan juga bisa mengonsumsi oli lebih rendah. Ada
beberapa oli ini juga cocok dengan spesifkasi terakhir ILSAC sebagai Energy Conserving. Untuk mesin generasi 2004
atau sebelumnya.
- SJ ( Current ) :
Diperkenalkan untuk mesin generasi 2001 atau lebih tua.
- SH ( Obselete ) :
Untuk generasi mesin 1996 atau sebelumnya.
- SG ( Obselete ) :
Untuk generasi 1993 atau sebelumnya.
- SF ( Obselete ) :
Untuk mesin generasi 1988 atau sebelumnya.
2. API MESIN DIESEL
Diperkenalkan pada Tahun 2006, untuk mesin HIgh Speed,
mesin 4 langkah yang didesain untuk memenuhi standar emisi tahu 2007. Oli dengan
kategori API CJ-4 memiliki kriteria performa lebih baik daripada yang dimiliki
oleh oli yang memiliki kategori API CI-4 dengan CI-4 plus, CI-4,CH-4, CG-4 dan
CF-4. Oli dengan kategori API CJ-4 juga mampu secara efektif melumasi
mesin-mesin dengan kategori dibawahnya.
Dikenalkan ke
publik sejak 5 September 2002 untuk mesin high speed, four stroke engines yang
didesain untuk memenuhi standar emisi tahun 2004. Oli CI-4 diformulasikan untuk
menjaga durabilitas mesin dimana gas buangnya disirkulasi ulang. Dipakai untuk
mesin yang meminta kandungan belerang/ sulfur lebih besar 0,05 %. Bisa
digunakan pada oli CD,CE, CF-4 dan CG-4 dan CH-4.
Dikenalkan
sejak 1998 untuk mesin high speed, four stroke engines yang didesain untuk
memenuhi standar emisi tahun 1998. Dipakai untuk mesin yang meminta kandungan
belerang/ sulfur yang lebih besar 0,5 %. Bisa digunakan pada oli type CD, CE,
CF-4 dan CG-4.
Dikenalkan sejak 1995 untuk mesin kinerja sedang, high
speed, four stroke engines. Dipakai untuk mesin yang meminta kandungan
belerang/sulfur lebih dari 0.5 %. Cocok untuk standar emisi 1994 dan bisa
dipakai pada oli CD, CE dan CF-4.
Dikenalkan sejak 1990 untuk mesin high speed, four
stroke engines, naturally aspirated dan mesin Turbo Changer. Bisa digunakan
pada oli CD, dan CE.
Diperkenalkan sejak Tahun 1994 untuk mesin kinerja
sedang, two stroke engines. Bisa digunakan pada oli CD-II.
Dikenalkan
sejak 1994, untuk mesin off road,indirect injected dan beberapa mesin yang
memakai bahan bakar dengan kandungan belerang/ sulfur diatas 0,5 %. Bisa
mengganti pada oli CD.
KONTAMINASI
Kontaminasi bisa
terjadi ketika terjadi adanya benda-benda asing atau partikel pencemar didalam
oli. Ada terdapat 8 macam benda pencemar biasa terdapat dalam oli yaitu :
- Keausan Elemen. Ini
menunjukan beberapa elemen biasanya terdiri dari tembaga, besi, chromium,
alumunium, timah, molybdenum, silikon, nikel atau magnesium.
- Kotoran atau Jelaga.
Kotoran bisa masuk kedalam oli melalui embusan angin melewati sela-sela
ring dan melalui sela lapisan oli tipisyang kemudian merambat menuruni
dinding silinder. Jelaga ditimbulkan dari hasil pembakaran yang tidak
habis. Kepulan asap hitam dan kotornya filter menandai terjadinya Jelaga.
- Bahan bakar.
- Air. Ini
merupakan produk sampinganpembakaran dan biasanya terjadi melalui timbunan
gas buang. Air dapat memadat di CrankCase ketika temperatur
operasional mesin kurang memadai.
- Produk-produk Nitrasi. Akan
nampak pada mesin berbahan bakar gas alam.
CONTOH
KASUS
Suatu hari ada seorang biker komplain kepada seorang
mekanik, setelah motornya di servis dan ganti oli. Suara motor biker tersebut
menjadi kasar dan akselerasinya berat. Padahal menurut penuturan sang mekanik,
dia hanya menservis motor tersebut sesuai dengan aturan pabrikan motor.
Setelah diselidiki tenyata permasalahan bersumber pada oli, tapi jangan terburu
- buru menuduh oli yang di beli palsu. Kasus seperti ini banyak terjadi karena
kurang fahamnya pemilik motor tentang oli yang di pakai. Pada dasarnya oli ada
2 tipe yaitu oli mineral dan oli sintetis dan perpaduan dari keduanya biasa di
sebut oli semi-sintetis.
Mari kita analisa tentang kasus di atas. Motor yang memakai oli sintetis,
jeroan mesinnya akan terlapisi film dari bahan aditif oli. Sehingga
kerenggangan atau celah antar komponen bergerak akan terisi dan terlindungi,
khususnya celah dinding silinder dan piston. Setelah ganti oli, ternyata oli
yang di masukkan ke dalam mesin adalah oli dengan bahan dasar mineral. Maka
rusaklah lapisan film yang di bentuk oleh oli sintetis tadi. Akibatnya celah
menjadi kosong dan gesekan antar metal di dalam mesin tidak lagi terlindungi
oleh film oli cuma di tahan oleh pelumas, sehingga bunyi mesin menjadi kasar.
Pada kasus lain terjadi sebaliknya. Ada biker yang selalu memakai oli mineral
pada motornya. Suatu saat dia mengganti oli dengan oli sintetis. motornya malah
menjadi berisik. Tetapi pada kasus ini penyebabnya berbeda. Motor menjadi
berisik, dikarenakan oli sintetis yang di pakai mengandung deterjen. Sehingga
kerak atau kotoran yang menempel di dalam mesin menjadi rontok semua. Alhasil
mesin menjadi bersih dan bebas kerak. Efeknya mesin lebih berisik dari sebelumnya.
Dan analisa beratnya akselerasi / tarikan motor, dikarenakan kekentalan oli
yang biasa dipakai biker tersebut diatas adalah SAE 10W-40 dan di ganti oli
yang lebih kental menjadi 20W-50, sehingga mesin akan menjadi lebih berat untuk
berputar.Tetatpi
ada juga beberapa orang yang menyebutkan mengganti oli dengan berbeda merk itu
aman-aman saja.Ya walau zat adiktifnya beda itu akan aman saja,juga belum ada
motor rusak karena mengganti oi dengan berbagai merk.Ini juga RPM sudah
coba dan juga belum mengalami masalah apapun dan juga stock yang tidak selalu
ada membuat kita harus menggunakan merk lain .Dulu pas baru beli motor pertama
makai oli merk AGIP tetapi masih tidak puas dengan performa si motor Lalu mengganti lagi dengan merk
Deltalube.Saat pakai oli ini sangat nyaman kalau dipakai saat digunakan
perjalanan jauh.Saat mau mengganti oli lag,saya kaget ternyata oli ini memiliki
kekentalan single grade 30w.Pantes membuat motor saya jadi boros Lalu
setelah pemakaian dua kali,kini saya berlaih ke REPSOL.Memang baru kemarin
menggunakan oli ini tapi tarikan terasa lebih ringan karena kekentalannya lebih
rendah dari deltalube Last…aman tidaknya kita mengganti oli dengan berbagai merk itu subjecif
tidak semua orang berpendapat sama.Silahkan kembali pada pribadi masing-masing
Saran kami adalah:
1. Gantilah oli motor anda dengan tipe oli yang
sama, meskipun merk berbeda.
2. Apabila anda sering gonta - ganti tipe oli, gantilah juga filter oli pada saat penggantian oli.
Karena di khawatirkan rontoknya film oli atau kerak oli akan menyumbat filter
oli.
3. Pakailah oli dengan kekentalan 10W-30 atau
10W-40 untuk menunjang akselerasi motor anda.
4. Pakailah oli yang
berumur panjang, misalkan 5000-6000km baru ganti oli lagi.
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Viskositas merupakan pengukuran dari
ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada
masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah “Ketebalan”
atau “pergesekan internal”. Oleh karena itu, air yang “tipis”, memiliki viskositas lebih
rendah, sedangkan madu yang “tebal”, memiliki viskositas yang lebih
tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar
juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas adalah 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.
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)
B. SARAN
1. Pembahasan materi viskositas amat sempit, sehingga
tidak banyak terdapat pada materi di kelas. Hal ini menjadikan mahasiswa harus
lebih aktif mencari pembahasan dari luar kelas.
2. Mendukung pada pernyataan di poin 1, kurang
diangkatnya materi viskositas tidak terlalu banyak mendukung UAS
mahasiswa-mahasiswi STT-PLN. Oleh karena itu, diharapkan agar pembagian meteri
berikutnya berdasarkan garis besar materi sehingga memudahkan penyusun.
DAFTAR PUSTAKA
Nurizati . 2011 . Rangkuman Fisika SMA . Jakarta : Gagas Media.
Kanginan, marthen . 1999 . Fisika SMU edisi
Kedua Jilid 1 C . Jakarta : Erlangga.
Pohan, hasian . 2002 . Fisika SMU .Bandung :
Angkasa Bandung.
Chasanah, risdiyani . 2013 . Detik-Detik
Ujian Nasional Fisika . Klaten : Intan Pariwara.
