RHEOLOGI

1. RHEOLOGI Oleh : Tri Yulianti, SF, Apt

2. Rheologi • Asal kata : • Rheos : ilmu • Rogos : mengalir Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir

3. Tipe aliran • Sistem New ton • Sistem Non Newton

4. = rate of shear = perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil. = shearing stress =gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.

5. SISTEM NEWTON • Mengikuti hukum aliran Newton • Makin besar viskositas suatu cairan, makin besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu. • Di mana :  = koefisien viskositas ~ viskositas

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

7. Viskositas kinematis • Fluiditas, , didefinisikan kebalikan dari viskositas • Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatan Satuan : stoke(s) atau centi stokes

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

9. Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositas • Viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur • Viskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkan • Fluiditas  kebalikan dari viskositas • Fluiditas cairan meningkat jika temperatur dinaikkan

10. Persamaan kinetika Arrhenius A= konstanta yang tergantung dari bobot molekul Ea= Energi pengaktifan

11. Rate of shear Rate of shear f Shearing stress Shearing stress a) Aliran Newton b) Aliran Plastis

12. Rate of shear Rate of shear Shearing stress Shearing stress c) Aliran pseudoplastis d) Aliran dilatan

13. SISTEM NON NEWTON • Aliran plastis • Aliran Pseudoplastis • Aliran Dilatan

14. Rate of shear f Shearing stress 1. Aliran Plastis • Disebut sebagai Bingham bodies • Kurva plastis tidak melewati titik (0,0), tetapi memotong sumbu shearing stress, dikenal dengan harga yield (yield value).

15. Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padat • Kemiringan rheogram disebut mobility≈ fluiditas pada sistem Newton. • Kebalikannya adalah viskositas plastis = U f= yield value dalam dyne cm-2

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

17. Partikel terflokulasi pada suspensi Contoh : Terbentuk struktur kontinu Adanya gaya van der waals (ikatan antar partikel) Partikel terflokulasi pada suspensi Yield value Ikatan pecah aliran padat terjadi

18. Rate of shear Shearing stress 2. Aliran Pseudopastis • Contoh : dispersi cair dari tragakan, Na alginat, metil selulosa, CMC Na • Viskositas berkurang dengan meningkatnya rate 0f shear (cairan menjadi encer) • Disebut shear thinning system

19. Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-Newton • N=1, alirannya adalah Aliran Newton Persamaan Regresi Linear

20. 3. Aliran Dilatan • Suspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi)  peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya rate of shear. • Volume meningkat dengan terjadinya shear  disebut dilatan • Disebut sebagai shear thickening system.

21. G Partikel susun longgar Volume kosong meningkat Pembawa tidak cukup Konsistensi relatif tinggi Partikel tertutup rapat Volume kosong minimum Pembawa cukup Konsistensi relatif rendah

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

23. Rate of shear Shearing stress Pseudoplastis Plastis Gambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis

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

25. Pengukuran untuk plastis (bingham bodies) • Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear konstan. -----t2------- --t1--- 1/U1 1/U2 Rate of shear B= konstanta thiksotropi Shearing stress

26. 1/U1 Rate of shear 1/U1 Shearing stress • Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear rate. M = konstanta thiksotropi

27. Thiksotropi negatif atau antithiksotropi • Menyatakan kenaikan konsistensi pada kurva yang menurun. • Contoh : magma magnesia Rate of shear Shearing stress

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

29. Rheopeksi • Suatu gejala di mana suatu sol membentuk gel lebih cepat jika diaduk perperlahan-lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukan • Anti thiksotropi  rheopeksi

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

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

32. Macam-macam viskometer • Visk. Kapiler • Visk. Bola jatuh • Visk. Cup & bob • Visk. Kerucut dan lempeng Sistem Newton Sistem Newton dan Non Newton

33. Viskometer kapiler • Disebut sebagai viskometer ostwald • Dasar : Hukum Poiseuille

34. Karena P tergantung pada kerapatan cairan (), maka :

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

36. Viskometer Bola Jatuh • Disebut viskometer Hoeppler • Prinsip : • Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan  dan  tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.

37. Dimana : t : waktu (lamanya bola jatuh) Sb : Gravitasi jenis dari bola Sf : Gravitasi jenis dari cairan B : Konstanta bola

38. Viskometer ‘Cup’ and ‘Bob’ • Prinsip : • Sampel di’shear’ dalam ruang antara dinding luar, ‘bob’ (rotor) dan dinding dalam mangkuk (‘cup’). • Viskometer Couette, mis : visk. Mac Michael Mangkuk yang berputar • Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk. Stormer Rotor yang berputar

39. Viskometer stormer Untuk aliran plastis Dimana : Kv : Konstanta alat W : berat beban V : rpm Dimana : Wf : intersep yield value dalam gram

40. Yield value Dimana : Rc : jari-jari mangkok Rb : jari-jari rotor

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

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

43. Untuk cairan Newton dimana : C = konstanta alat T = puntiran (torque) V = rpm Untuk cairan plastis :

44. Penerapan rheologi dalam :bidang farmasi • Cairan • Pencampuran • Pengurangan ukuran partikel dari sistem sistem dispersi dengan shear • Pelewatan melalui mulut,penuangan, pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntik • Perpindahan cairan • Stabilitas fisik sistem dispersi

45. Semi solid • Penyebaran dan pelekatan pada kulit • Pemindahan dari wadah/tube • Kemampuan zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairan • Pelepasan obat dari basisnya

46. Padatan • Aliran serbuk dari corong ke lubang cetakan tablet/kapsul • Pengemasan serbuk/granul • Pemprosesan • Kapasitas produksi alat • Efisiensi pemrosesan

47. Thank’s four your attention Selamat belajar !!!