pengertian viskositas, konsep viskositas, cara mengukur, faktor faktor yang mempengaruhi,viskositas dalam kehidupan sehari hari, dan satuan viskositas

 

 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 (v_T)

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.

• FUNGSI

            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.

• JENIS OLI MESIN

- 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.

2. 10W-30 untuk iklim sedang seperti dikawasan Inggris.
3. 15W-30 untuk Cuaca panas seperti dikawasan Indonesia.

• KUALITAS

            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.

• API SERVICE

            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

• SN ( Current ) 

            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.

• SL ( Current )

            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

• CJ-4

            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.

• CI-4

             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.

• 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.

• 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.

• 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.

• CF-2

            Diperkenalkan sejak Tahun 1994 untuk mesin kinerja sedang, two stroke engines. Bisa digunakan pada oli CD-II.

• CF

             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 :

1. Keausan Elemen. Ini menunjukan beberapa elemen biasanya terdiri dari tembaga, besi, chromium, alumunium, timah, molybdenum, silikon, nikel atau magnesium.
2. 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.
3. Bahan bakar.
4. Air. Ini merupakan produk sampinganpembakaran dan biasanya terjadi melalui timbunan gas buang. Air dapat memadat di CrankCase ketika temperatur operasional mesin kurang memadai.
5. 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.