-
1
PERCOBAAN I
VISKOSITAS DAN RHEOLOGI
I. LATAR BELAKANG
Dalam kehidupan seharihari kita selalu berhubungan dengan zatzat
cair
yang terdapat di sekeliling kita, dan tanpadisadari ada beberapa
cara yang dapat
menyebabkan suatu cairan bisa mengalir lebih mudah dari pada
zatzat yang
lainnya. Dalam proses pengukuran sifat zat cair dan kekentalan
sering dikaitkan
dengan metodedari viskositas. Viskositas membicarakan masalah
gesekan yang
terjadi antara lapisanlapisan pada suatu cairan atau fluida pada
umumnya, yang
bergerak satu dengan yang lainnya. Gesekan atau hambatan
tersebut ditimbulkan
oleh gaya tarik-menarik antara molekulmolekul pada suatu lapisan
dengan
molekulmolekul pada lapisan lainnya. Gaya interaktif itu ialah
gaya
elektrostatika, yaitu gaya antara muatanmuatan listrik. Selain
itu pada viskositas
kita dapat menentukan jumlah kekentalan dalam suatu zat padat,
yang nantinya
kita dapat mengaplikasikan di dalam bidang kefarmasian. Oleh
sebab itu
pentingnya mengadakan praktikum serta pembelajaran terhadap
viskositas ini
karena pada nantinya kita dapat menentukan suatu konsentrasi
kekentalan yang
baik di dalam suatu sediaan obat yang dibuat.
Rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran zat cair
dan
deformasi zat padat. Rheologi sangat berkaitan dengan
viskositas. Prinsip rheologi
diaplikasikan dalam pembuatan krim, suspensi, emulsi, losion,
pasta, penyalut
tablet, dan lain-lain. Selain itu, prinsip rheologi juga
digunakan sebagai
karakterisasi produk sediaan farmasi sebagai jaminan kualitas
yang sama untuk
setiap produk. Rheologi dari suatu zat tertentu dapat
mempengaruhi penerimaan
obat bagi pasien, stabilitas fisika obat dan bahkan ketersediaan
hayati dalam tubuh
(bioavailabilitas).
II. RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah pada praktikum ini adalah sebagai berikut:
2.1 Apa pengertian dari viskositas dan rheologi?
2.2 Apa perbedaan antara cairan Newton dan cairan non
Newton?
2.3 Bagaimana cara menggunakan alat-alat penentuan viskositas
dan
rheologi?
-
2
2.4 Bagaimana cara menentukan viskositas dan rheologi cairan
Newton dan
non Newton?
III. TUJUAN
Tujuan yang dicapai pada praktikum ini antara lain :
3.1 Menerangkan arti viskositas dan rheologi.
3.2 Membedakan cairan Newton dan cairan non Newton.
3.3 Menggunakan alat-alat penentuan viskositas dan rheologi.
3.4 Menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton dan non
Newton.
IV. DASAR TEORI
4.1 Viskositas
Viskositas adalah suatu pernyataan tahanan untuk mengalir dari
suatu
sistem yang mendapatkan suatu tekanan. Makin kental suatu
cairan, makin besar
gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan
tertentu.
Viskositas dispersi kolodial dipengaruhi oleh bentuk partikel
dari fase
dispersi.Koloid-koloid berbentuk bola membentuk sistem dispersi
dengan
viskositas rendah, sedang sistem dispersi yang mengandung
koloid-koloid linier
viskositasnya lebih tinggi.Hubungan antara bentuk dan viskositas
merupakan
refleksi derajat solvasi dari partikel (Moechtar,1990).
Viskositas dinyatakan
dalam simbol . Viskositas merupakan perbandingan antara shearing
stress
F/A dan rate of shear dv/dr. Satuan viskositas adalah poise atau
dyne detik cm-2
.
Viskositas dipengaruhi oleh:
a) Besar dan bentuk molekul.
b) Viskositas cairan semakin berkurang dengan bertambahnya suhu
tapi tak
cukup banyak dipengaruhi oleh perubahan tekanan.
c) Adanya koloid dapat memperbesar viskositas sedang adanya
elektrolit
akan sedikit menurunkan viskositas dari cairan.
(Martin et al., 2008).
Pada dasarnya makin besar viskositas suatu cairan, akan makin
besar pula
gaya per satuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk
menghasilkan suatu
rate of shear tertentu, sehingga rate of shear harus sebanding
langsung dengan
shearing stress.
-
3
Dengan adanya viskositas, dapat menyebabkan beberapa hal pada
sediaan-
sediaan farmasi, contohnya pada sediaan suspensi, tidak boleh
terlalu kental
karena viskositas tinggi sehingga menyebabkan suspensi tidak
bisa di kocok, hal
ini dapat menyebabkan distribusi zat aktif tidak merata pada
seluruh cairan dan
juga akan mengalami kesulitan pada saat penuangan, contoh lain
untuk sediaan
mata, viskositas dinaikkan untuk membantu menahan obat pada
jaringan sehingga
menambah efektivitas terapinya (Ansel, 2005).
Berdasarkan grafik sifat alirannya (rheogram), cairan non Newton
terbagi
menjadiduakelompok, yaitu :
1. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu. Kelompok
ini terbagi
atas tiga jenis, yaitu :
- Aliran plastik
- Aliran pseudoplastik
- Aliran dilatan
2. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu. Kelompok ini
terbagi atas
tiga jenis, yakni :
Tiksotrofik
Antitiksotrofik
Rheopeksi
1. Aliran Plastik
Cairan yang mempunyai aliran plastik tidak akan mengalir sebelum
suatu
gaya tertentu dilampaui. Gaya tersebut adalah yield value atau
f. Pada tekanan di
bawah yield value, cairan tersebut berlaku sebagai bahan
elastis. Sedangkan di
atas harga tersebut, alirannya mengikuti hukum Newton (Prasetya
dkk., 2015).
Gambar 1. Gambar Rheogram Plastik
-
4
2. Aliran Pseudoplastik
Viskosita cairan pseudoplastik akan menurun dengan
meningkatnya
kecepatan geser. Berbeda dengan aliran plastik, yield value
tidak dijumpai. Oleh
karena kurva tidak menunjukan bagian yang linier, maka cairan
pseudoplastik
tidak mempunyai harga viskositas absolut. Contoh cairan yang
memiliki sifat
aliran pseudoplastik : dispersi cair tragakan, natrium alginate,
CMC-Na, dan metil
selulosa (Prasetya dkk., 2015).
Gambar 2. Rheogram Aliran Pseudoplastik
3. Aliran dilatan
Viskositas cairan dilatan meningkat dengan meningginya kecepatan
geser,
karena terjadi peningkatan volume antar partikel sehingga
pembawa tidak lagi
mencukupi (Prasetya dkk., 2015).
Gambar 3. Rheogram Aliran Dilatan
Pada cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu,
apabila tekanan
geser dihilangkan, sistem akan segera kembali ke kondisi semula.
Oleh karena itu,
kurva menaik dan menurun akan berhimpit. Pada cairan yang sifat
alirannya
dipengaruhi waktu, apabila tekanan geser diturunkan, cairan
tidak mengikuti
kecepatan geser semula sehingga kurva menaik dan menurun tidak
berhimpit.
-
5
Akibatnya terbentuk suatu celah yang dinamakan hysteresis loop
(Prasetya dkk.,
2015).
4. Aliran tiksotropik
Pada aliran tiksotropik, kurva menurun berada di sebelah kiri
kurva menaik.
Fenomena ini umumnya dijumpai pada zat yang mempunyai aliran
plastik dan
pseudoplastik. Kondisi semacam ini disebabkan karena terjadinya
perubahan
struktur yang tidak segera kembali ke keadaan semula pada saat
tekanan geser
diturunkan. Sifat aliran semacam ini umumnya terjadi pada
partikel asimetrik
(misalnya polimer) yang memiliki banyak titik kontak dan
tersusun membentuk
jaringan tiga dimensi. Pada keadaan diam, sistem akan membentuk
gel dan bila
diberikan tekanan geser, gel akan berubah menjadi sol (Prasetya
dkk., 2015).
Gambar 4. Rheogram Aliran Tiksotropi
5. Aliran rheopeksi
Pada aliran rheopeksi, kurva menurun berada di sebelah kanan
kurva
menaik. Hal ini terjadi karena pengocokan perlahan dan teratur
akan mempercepat
pemadatan suatu sistem dilatan. Bentuk keseimbangan aliran
rheopeksi adalah gel
(Prasetya dkk., 2015).
Gambar 5. Rheogram Aliran Rheopeksi
-
6
6. Aliran antitiksotropik
Bila dilakukan pengukuran dengan penambahan dan penurunan
tekanan
geser secara berulang-ulang pada sistem ini akan diperoleh suatu
viskosita yang
terus bertambah sampai akhirnya suatu saat akan konstan
(Prasetya dkk., 2015).
Gambar 6. Rheogram Aliran Antitiksotropik
4.2 Viskosimeter
Viskosimeter merupakan alat yang digunakan untuk menghitung
nilai
viskositas atau kekentalan suatu cairan (Ridwan, 1999). Secara
umum
viskosimeter dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu:
a. Viskosimeter satu titik
Viskosimeter ini bekerja pada satu titik kecepatan geser,
sehingga
hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Viskosimeter yang
termasuk ke
dalam jenis ini contohnya viskosimeter kapiler, viskosimeter
bola jatuh,
penetrometer danplate plastometer (Ridwan,1999).
- Viskosimeter Bola Jatuh (Hoeppler)
Prinsip viskosimeter bola jatuh yaitu pengukuran benda kerja
berupa
bola yang terbuat dari bahan yang telah ditentukan dijatuhkan
kedalam
tabung yang telah diisi fluida dengan viskositas atau kekentalan
yang
ditentukan (Ridwan, 1999).
Viskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes :
Keterangan :
r : jari-jari bola (cm)
1 : bobot jenis bola
2 : bobot jenis cairan
= v
gr
9
)(2 212
-
7
g : gaya gravitasi
v : kecepatan bola (cm.detik-1)
Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :
Keterangan :
B : konstanta bola
t : waktu tempuh bola jatuh (detik)
Gambar 7. Viskosimeter Hoeppler
b. Viskosimeter Banyak Titik
Penggunaan viskosimeter semacam ini dapat dilakukan
pengukuran
pada beberapa harga kecepatan geser sehingga diperoleh rheogram
yang
sempurna. Viskosimeter yang termasuk ke dalam jenis viskosimeter
ini
adalah viskosimeter rotasi tipe Stormer, Brookfield, Rotovisco
dan lain-
lain.
- Viskosimeter Brookfield
Viskositas menunjukkan kekentalan suatu bahan yang diukur
dengan menggunakan alat viskosimeter. Penentuan sifat aliran
dilakukan menggunakan alat viskosimeter Brookfield (Wathoni,
dkk.,
2009). Viskositas yang baik akan memiliki nilai yang tinggi.
Semakin
tinggi viskositas suatu bahan, maka bahan tersebut akan makin
stabil
karena pergerakan partikel cenderung lebih sulit dengan
semakin
kentalnya suatu bahan (Schmitt dan Williams, 1996).
= B (1 2) t
-
8
Gambar 2. Viskosimeter Brookfield
Ada beberapa tipe viskosimeter yang biasa digunakan selain
viskosimeter diatas
antara lain :
a. Viskosimeter kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan Newton bisa ditentukan dengan mengukur
waktu
yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda
ketika ia
mengalir karena gravitasi melalui viskosimeter Ostwald (Martin
et al.,
2008).
b. Viskosimeter Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding
luar dari bob
dan dinding dalam dari cup di mana bob masuk persis di
tengah-tengah.
Kelemahan viskosimeter ini adalah terjadinya aliran sumbat
yang
disebabkan geseran yang tinggi di sepanjang keliling bagian tube
sehingga
menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini
menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal
ini
disebut aliran sumbat (Martin et al., 2008).
c. Viskosimeter Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan di tengah-tengah
papan,
kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut
digerakkan
oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di
dalam
ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang
berputar
(Martin et al., 2008).
-
9
Cairan yang akan diukur viskositanya dimasukkan ke dalam tabung
yang
ada di dalam alat sampai hampir penuh
Dimasukkan bola yang sesuai
V. PROSEDUR PENELITIAN
5.1 Alat dan Bahan
5.1.1 Alat
- Viskosimeter Hoeppler
- Viskosimeter Brookfield
- Bola 1
- Bola 2
- Bola 3
- Bola 4
- Piknometer
- Spindel no.4
- Pipet tetes
- Gelas Beaker
- Corong gelas
- Tisu
5.1.2 Bahan
- Aquadest
- Oleum ricini
- Propilen Glikol
- Sorbitol 70%
- Gliserin
- Suatu emulsi
5.2 Prosedur Kerja
5.1.1 Mengukur Viskositas Cairan Newton dengan Menggunakan
Viskosimeter Hoeppler
-
10
Cairan ditambahkan sampai tabung penuh dan tabung ditutup
sedemikian
rupa sehingga tidak terdapat gelembung udara di dalam tabung
Apabila bola sudah turun melampaui garis awal, bola dikembalikan
ke
posisi semula dengan cara membalikkan tabung
Waktu tempuh bola melalui tabung dicatat, mulai dari garis m1
sampai
m3 dalam detik
Hitung viskositas cairan dengan menggunakan rumus yang telah
diberikan
Bobot jenis cairan ditentukan dengan menggunakan piknometer
Waterpass diatur hingga tepat berada di tengah lingkaran
Dipasang spindel no. 4 pada gantungan spindel
Spindel diturunkan hingga tercelup ke dalam cairan yang akan
diukur
viskositasnya tetapi tidak menyentuh bagian dasar gelas
beaker.
Alat viskosimeter disambungkan ke stop kontak
Dihidupkan alat dengan menekan tombol on di bagian samping
Diatur kecepatan dan nomor spindel yang digunakan
5.1.2 Mengukur Sifat Aliran dengan Menggunakan Viskosimeter
Brookfield
-
11
Dilakukan putaran menggunakan beberapa kecepatan rpm untuk
mendapatkan minimal 5 titik yang berada pada nilai rentang
10%
hingga100%.
Dicatat kecepatan, persentase dan nilai viskositas yang
didapat
Dibuat kurva antara rpm dengan usaha yang dibutuhkan untuk
memutar
spindel untuk mengetahui sifat aliran
5.3 Analisis Data
5.3.1 Hasil Pengamatan
5.3.1.1 Tabel penimbangan piknometer
No. Bahan Berat Jenis (gram)
1. Bobot piknometer kosong (W0) 15,920 gram
2. Bobot piknometer + air (W1) 25,615 gram
3 Bobot piknometer + sampel
(W2) :
I. Oleum ricini
II. Gliserin
III. Propilen Glikol
IV. Sorbitol 70%
25,246 gram
28, 112 gram
26,065 gram
26,011 gram
5.3.1.2 Tabel pengamatan untuk viskosimeter Falling Ball
No Bahan Ball Arah Berat Bola Waktu
1 Aquadest 1 Backward 4,606 gr 84,87 s
Forward 86,65 s
Backward 86,15 s
2 Propilenglikol 3 Backward 16,042 gr 35,50 s
Forward 35,34 s
Backward 35,66 s
3 Sorbitol 70% 3 Backward 16,042 gr 14 s
-
12
Forward 13 s
Backward 14 s
4 Gliserin 4 Backward 14,170 gr 95,78 s
Forward 91,15 s
Backward 95,94 s
5 Oleum ricini 4 Backward 14,170 gr 89 s
Forward 95,04 s
Backward 95,47 s
5.3.1.3 Tabel pengamatan untuk viskosimeter Brookfield
Titik Sebelum
Kecepatan
(rpm) Torque% Viskositas (cP) Tekanan (F/A)
10 20,4 4080
20,7 4140
20,4 4080
= 20,5 = 4100 41000
20 23,7 2370
24,1 2410
24,2 2440
= 24 = 2406,67 48133,4
30 26,5 1767
26,6 1773
26,7 1780
=26,6 =1773,33 53199,9
50 30,2 1208
30,1 1204
30,3 1212
=30,2 1208 60400
60 31,5 1050
31,6 1053
-
13
31,6 1053
=31,5667 =1052 63120
100 35,6 712
35,4 708
35,4 710
=35,4667 =710 710000
5.3.1.4.Tabel pengamatan untuk viskosimeter Brookfield
Ttik balik atau titik sesudah
Kecepatan
(rpm) Torque% Viskositas (cP) Tekanan (F/A)
10 20,4 4080
20,3 4060
20,5 4100
= 20,4 = 4080 40800
20 24 2400
23,9 2390
24 2400
= 23,9667 = 2396,67 47933,4
30 26,4 1760
26,6 1773
26,4 1760
=26,4667 =1764,33 52929,9
50 29,8 1192
30,3 1212
29,9 1196
=30 =1200 60000
60 31,3 1043
31,3 1043
31,4 1047
=31,33 =1044,33 62659,8
-
14
100 35,6 712
35,4 708
35,4 710
=35,4667 =710 710000
5.3.2. Perhitungan
5.3.2.1 Perhitungan bobot jenis
Dari data diatas maka dapat dihitung bobot jenis dari
masin-masing
sampel sebagai berikut:
Oleum Ricini
Gliserin
Propilen Glikol
Sorbitol 70%
-
15
5.3.2.2 Pengukuran Viskositas dengan Viskosimeter Falling
Ball
- Perhitungan Viskositas air
Diketahui : bola (1) = 2,2282 g/cm3
Air (2) = 1 g/cm3
B bola Forward = 0,00851 mPa. cm3/g
B bolaBackward = 0,00853mPa. cm3/g
Forward = 86,65detik
Backward1 = 84,87 detik
Backward2 = 86,15 detik
Ditanya : Viskositas () = ...cPs
Perhitungan :
Forward :
= B (1 2) t
No
. Nama Bahan
bola
(g/cm3)
B (mPa. cm3/g)
No.
Bola
Waktu (s)
Forward Backwa
rd Forward Backward
1.
Aquades 4,606 0,00851
0,0085
3 1 84 s 85 s
2.
Sorbitol 70% 8,1438 0,1308 0,1309 3 83 s 83 s
3. Propilengliko
l 2,2314 0,09537
0,0954
5 2 167 s 147 s
4 Gliserin 8,1438 0,1308 0,1309 3 251 s 249 s
5 Oleum ricini 7,6731 0,650 0,650 4 93 s 94 s
-
16
= 0,00851 mPa. cm3/g (2,2282 -1) g/cm
3 x 86,65 s
= 0,90 cPs
Backward1 :
= B (1 2) t
= 0,00853 mPa. cm3/g (2,2282 -1) g/cm
3 x 84,87 s
= 0,89 cPs
Backward2 :
= B (1 2) t
= 0,00853 mPa. cm3/g (2,2282 -1) g/cm
3 x 86,15 s
= 0,90 cPs
Viskositas Rata-rata Air
rata-rata = cPs cPs
= 0,896 cPs
Jadi, Viskositas rata-rata air adalah 0,896 cPs
- Perhitungan Viskositas Sorbitol 70%
Diketahui : Bola (1) = 8,1438g/cm3
Sorbitol (2) = 1,05g/cm3
B BolaFoward = 0,1308 mPa. cm3/g
B Bola Backward = 0,1309 mPa. cm3/g
Forward = 14 detik
Backward1 = 14 detik
Backward1 = 13 detik
Ditanya : Viskositas () = ... cPs
Perhitungan :
Forward :
= B (1 2) t
= 0,1308 mPa. cm3/g (8,1438 -1,05) g/cm
3 x 14 s
= 12,99 cPs
Backward1 :
-
17
= B (1 2) t
= 0,1309 mPa. cm3/g (8,1438 -1,05) g/cm
3 x 14 s
= 13 cPs
Backward1 :
= B (1 2) t
= 0,1309 mPa. cm3/g (8,1438 -1,05) g/cm
3 x 13 s
= 12,07 cPs
Viskositas Rata-rata Sorbitol 70%
rata-rata = cPs cPs
= 12,69 cPs
Jadi, Viskositas rata-rata sorbitol 70% adalah 12,69 cPs
- Perhitungan Viskositas Propilenglikol
Diketahui: bola (1) = 8,1438g/cm3
Propilenglikol (2) = 1,04 g/cm3
B Bola Forward = 0,1308 mPa. cm3/g
B Bola Backward = 0,1309 mPa. cm3/g
Forward = 35,34 detik
Backward1 = 35,50 detik
Backward2 = 35,66 detik
Ditanya : Viskositas () = ... cPs
Perhitungan :
Forward :
= B (1 2) t
= 0,1308 mPa. cm3/g (8,1438-1,04) g/cm
3 x 35,34
s
= 32,84 cPs
Backward1 :
= B (1 2) t
-
18
= 0,1309 mPa. cm3/g (8,1438-1,04) g/cm
3 x 35,50 s
= 33,01 cPs
Backward2 :
= B (1 2) t
= 0,1309 mPa. cm3/g (8,1438-1,04) g/cm
3 x 35,66 s
= 33,15 cPs
Viskositas Rata-rata propilenglikol
rata-rata = cPs cPs cPs
= 33 cPs
Jadi, Viskositas rata-rata propilenglikol adalah 33 cPs
- Perhitungan Viskositas Gliserin
Diketahui: Bola (1) = 7,7064 g/cm3
Gliserin (2) = 1,26 g/cm3
B BolaForward = 0,650 mPa. cm3/g
B BolaBackward = 0,650 mPa. cm3/g
Forward = 91,15 detik
Backward1 = 95,78 detik
Backward2 = 95,94 detik
Ditanya : Viskositas () = ... cPs
Perhitungan :
Forward :
= B (1 2) t
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064 -1,26) g/cm
3 x 91,15 s
= 381,93 cPs
Backward1 :
= B (1 2) t
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064 -1,26) g/cm
3 x 95,78 s
= 401,33 cPs
Backward2 :
= B (1 2) t
-
19
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064 -1,26) g/cm
3 x 95,94 s
= 402 cPs
Viskositas Rata-rata Gliserin
rata-rata = cPs cPs cP
= 395,09 cPs
Jadi, Viskositas rata-rata Gliserin adalah 395,09 cPs
- Perhitungan Viskositas Oleum Ricini
Diketahui : Bola (1) = 7,7064 g/cm3
Oleum Ricini (2) = g/cm3
B Bola Forward = 0,650 mPa. cm3/g
B Bola Backward = 0,650 mPa. cm3/g
Forward = 95,04 detik
Backward1 = 89 detik
Backward2 = 95,47 detik
Ditanya : Viskositas () = ... cPs
Perhitungan :
Forward :
= B (1 2) t
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064-0,96) g/cm
3 x 95,04 s
= 416,77 cPs
Backward1 :
= B (1 2) t
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064-0,96) g/cm
3 x 89 s
= 390,28 cPs
Backward2 :
= B (1 2) t
= 0,650 mPa. cm3/g (7,7064-0,96) g/cm
3 x 95,47 s
= 418,65 cPs
Viskositas Rata-rata Oleum Ricini
-
20
rata-rata = cPs cPs
= 408,57 cPs
Jadi, Viskositas rata-rata Oleum Ricini adalah 408,57 cPs
Pengukuran Viskositas dengan Viskosimeter Brookfield sebelum
titik balik
Kecepatan
(rpm)
Torque% Viskositas (cP)
10 20,4 4080
20,7 4140
20,4 4080
= 20,5 = 4100
20 23,7 2370
24,1 2410
24,2 2440
= 24 = 2406,67
30 26,5 1767
26,6 1773
26,7 1780
=26,6 =1773,33
50 30,2 1208
30,1 1204
30,3 1212
=30,2 1208
60 31,5 1050
31,6 1053
31,6 1053
=31,5667 =1052
100 35,6 712
35,4 708
35,4 710
=35,4667 =710
Pengukuran Viskositas dengan Viskosimeter Brookfield sesudah
titik balik
-
21
Kecepatan
(rpm)
Torque% Viskositas (cP)
10 20,4 4080
20,3 4060
20,5 4100
= 20,4 = 4080
20 24 2400
23,9 2390
24 2400
= 23,9667 = 2396,67
30 26,4 1760
26,6 1773
26,4 1760
=26,4667 =1764,33
50 29,8 1192
30,3 1212
29,9 1196
=30 =1200
60 31,3 1043
31,3 1043
31,4 1047
=31,33 =1044,33
100 35,6 712
35,4 708
35,4 710
=35,4667
=710
Perhitungan titik no. 1
-
22
Perhitungan titik no. 2
Perhitungan titik no. 3
Perhitungan titik no. 4
Perhitungan titik no. 5
-
23
Perhitungan titik no. 6
Perhitungan titik no. 7
Perhitungan titik no. 8
Perhitungan titik no. 9
-
24
Perhitungan titik no. 10
Perhitungan titik no. 11
Perhitungan titik no. 11
Dari tabel hasil pengukuran viskositas dengan viskosimeter
Brookfield, dapat
dibuat kurva hubungan antara F/A dengan viskositas (gambar a)
dan kurva
hubungan antara kecepatan putar terhadap F/A (gambar b) yang
ditunjukkan
sebagai berikut.
-
25
Gambar a. kurva hubungan antara F/A dengan viskositas
Gambar b. kurva hubungan antara F/A dengan kecepatan putar
VI. PEMBAHASAN
Pada praktikum ini dilakukan pengukuran viskositas cairan
Newton
menggunakan alat viskosimeter Hoeppler atau viskosimeter bola
jatuh pada 5 zat
cair dan menentukan jenis aliran non Newton dengan menggunakan
alat
viskosimeter Brookfield pada sebuah sampel. Viskositas suatu
cairan merupakan
ukuran resistensi dari suatu zat cair untuk dapat
mengalirsedangkan rheologi
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 20000 40000 60000 80000
Vis
kosi
tas
(cP
)
F/A
Kurva Hubungan F/A Terhadap Viskositas
Sebelum
Sesudah
0
20
40
60
80
100
120
0 20000 40000 60000 80000
Kec
epata
n P
uta
r (r
pm
)
F/A
Kurva Hubungan Kecepatan Putar Terhadap
F/A
sebelum
Sesudah
-
26
adalah suatu ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair atau
deformasi zat padat.
Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin
besar pula
viskositasnya. Viskositas dapat berpengaruh pada formulasi
sediaan-sediaan
farmasi, contohnya pada sediaan suspensi, tidak boleh terlalu
kental (viskositas
tinggi) sehingga menyebabkan suspensi tidak bisa dikocok, hal
ini dapat
menyebabkan distribusi zat aktif tidak merata pada seluruh
cairan dan juga akan
mengalami kesulitan pada saat penuangan, contoh lain untuk
sediaan mata,
viskositas dinaikkan untuk membantu menahan obat pada jaringan
sehingga
menambah efektivitas terapinya (Ansel, 2005).
Pada praktikum ini digunakan dua jenis alat viskosimeter yaitu
viskosimeter
bola jatuh atau viskosimeter Hoeppler dan viskosimeter
Brookfield. Viskosimeter
Hoeppler digunakan untuk mengukur cairan Newton, ysitu yang
kekentalan
cairannnya tidak dipengaruhi oleh gaya yang diberikan dan tidak
tergantung
kepada kecepatan geser. Sedangkan viskosimeter Brookfield
digunakan untuk
mengukur cairan Newton maupun non Newton. Larutan uji yang
diukur dengan
viskosimeter bola jatuh (Hoeppler) diantaranya adalah aquades,
gliserin, sorbitol
70%, propilenglikol dan Oleum ricini (minyak jarak). Sedangkan
pada
viskosimeter Brookfield digunakan suatu larutan emulsi sebagai
cairan uji yaitu
emulsi.
Tahap pertama uji viskositas dengan menggunakan alat
viskosimeter
Hoeppler adalah penetapan bobot jenis masing masing sampel.
Penetapan
dilakukan dengan menggunakan alat yaitu piknometer. Ada beberapa
hal yang
perlu diketahui untuk menentukan bobot jenis menggunakan
piknometer
diantaranya adalah bobot dari piknometer kosong (W0), bobot
piknometer yang
berisi air suling (W1), dan bobot piknometer yang berisi
destilat (W2). Kemudian
baru setelah itudapat ditentukan bobot jenisnya dengan
menggunakan rumus:
Hal yang harus diperhatikan pada saat penimbangan bobot
piknometer
kosong, adalah piknometer yang digunakan harus benar-benar
bersih dan kering.
Hal ini untuk mencegah terdapatnya zat-zat pengotor yang dapat
mempengaruhi
bobot dari piknometer tersebut. Setelah dilakukan perhitungan,
didapatkan bobot
01
02
WW
WW )( JenisBobot
-
27
jenis dari gliserin, sorbitol 70%, propilenglikol, dan Oleum
ricini berturut-turut
yaitu 1,26 g/mL, 1,05 g/mL, 1,04 g/mL dan 0,96 g/mL. Sedangkan
untuk bobot
jenis air dapat disesuaikan dengan pustaka, yaitu sebesar 1 g/mL
(Depkes RI,
1979).
Selanjutnya dilakukan pengukuran viskositas dari cairan sampel
(gliserin,
sorbitol 70%, propilenglikol, dan Oleum ricini) menggunakan
viskosimeter
hoeppler. Prinsip dasar dari viskosimeter ini adalah mengukur
kecepatan bola
jatuh melalui cairan dalam tabung pada suhu tetap, dimana waktu
bagi bola
tersebut untuk jatuh antara dua tanda batas diukur dengan teliti
dan diulangi
beberapa kali (Martin et al, 1993). Uji viskositas dengan
viskosimeter Hoeppler
dilakukan dengan pengisian tabung gelas dengan sampel dan bola
yang diletakkan
dalam tabung gelas dan dibiarkan mencapai keseimbangan
temperatur dalam
tabung tersebut. Kemudian tabung tersebut dibalik, yang akan
menyebabkan bola
berada pada puncak tabung gelas dalam. Viskosimeter ini dipasang
miring
sehingga kecepatan bola jatuh akan berkurang dan pengukuran
dapat dilakukan
lebih teliti. Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua
tanda diukur dengan
teliti dan diulangi beberapa kali. Beberapa hal yang perlu
diperhatikan dalam
pengukuran adalah gelembung dalam tabung dan posisi kemiringan
tabung.
Dalam tabung tidak boleh terdapat gelembung udara karena dapat
mempengaruhi
kecepatan dari bola jatuh. Selain itu tabung yang digunakan agak
dimiringkan
agar bola yang jatuh tidak terlalu cepat dan kecepatan bola yang
digunakan ketika
memasuki batas m1 sampai melewati batas m3 tidak boleh lebih
dari 300 detik
sehingga susah diukur kecepatannya. Selain itu perlu
diperhatikan pada saat
pemilihan bola, yaitu pemilihan bola yang sesuai dilakukan untuk
mendapatkan
hasil yang maksimal dimana bola dipilih berdasarkan kemampuannya
untuk
bergerak dari titik awal (m1) menuju titik akhir (m3) dengan
waktu
-
28
berututan adalah gliserin, sorbitol, propilenglikol, air, dan
oleum ricini.
Perhitungan viskositas dari data yang diperoleh dengan uji
viskositas
menggunakan viskosimeter dapat diperoleh dengan menggunakan
persamaan
hukum Stokes, yaitu sebagai berikut.
F K. )(t 21
(Martin dkk., 2008)
Alat yang digunakan dalam pengukuran sifat aliran adalah
Viskosimeter
Brookfield. Langkah awal yang dilakukan adalah memilih spindel
yang akan
digunakan. Spindel yang digunakan berbanding terbalik dengan
viskositas dari
sampel yang digunakan. Nomor (jenis) spindle dan kecepatan putar
pada alat
viskosimeter ditentukan terlebih dahulu. Bila pengukuran
dilakukan pada fluida
yang kekentalannya belum diketahui, dianjurkan untuk menggunakan
spindle dari
bernomor besar hingga kecil dan kecepatan putar dari kecepatan
putar rendah ke
kecepatan yang tinggi. Pada praktikum ini spindel yang digunakan
yaitu spindel
04 karena spindel ini memberikan persentase antara
10-100.Setelah spindle
ditentukan maka spindel dipasang pada gantungan spindel kemudian
stop contact
dipasang.
Pada penggunaanya, spindel dihubungkan ke viskosimeter dan
dicelupkan
kedalam larutan sampai tanda batas pada spindel. Hal ini
bertujuan untuk
mengukur nilai viskositas suatu larutan. Agar pengukuran
viskositas
menghasilkan nilai yang stabil, letak spindel harus berada tepat
di tengah-tengah
larutan. Spindel tidak boleh menyentuh bagian bawah atau samping
dari wadah
yang digunakan sebagai wadah sampel karena dapat menyebabkan
kesalahan
pengukuran nilai viskositas. Spindel yang menyentuh wadah,
viskositas yang
terbaca akan lebih besar dari yang seharusnya, karena terjadinya
gesekan antara
spindel dengan wadah yang digunakan.
Selanjutnya, pada layar diatur seri spindel menjadi seri 04
serta
kecepatannya diatur secara bertahap mulai dari 10 rpm, 20 rpm,
30 rpm, 50 rpm,
60 rpm, 100 rpm dan kembali lagi ke kecepatan 10 rpm, 20 rpm, 30
rpm, 50 rpm,
60 rpm, 100 rpm. Setiap pergantian kecepatan geser, alat
viskosimeter Brookfield
perlu didiamkan terlebih dahulu selama 1 menit. Pendiaman
bertujuan
-
29
mengembalikan larutan ke keadaan semula yang mungkin masih
dipengaruhi oleh
putaran spindel pada kecepatan geser yang sebelumnya. Pengukuran
ini dilakukan
sebanyak 3 kali pada setiap nilai rpm yang bertujuan untuk
menjamin nilai presisi
yang menentukan validnya suatu metode analisis. Viskositas yang
diperoleh dari
kecepatan geser yang ditentukan, kemudian dihitung nilai
shearing stress-nya
(F/A) dengan rumus :
Dimana : : viskositas ( cP )
F/A : tekanan geser
dv/dx : kecepatan geser ( rpm )
Kemudian, dibuat kurva yang menunjukkan hubungan F/A
terhadap
viskositas dan kurva yang menunjukkan hubungan kecepatan putar
terhadap F/A.
Shearing stress atau yang disimbolkan dengan F/A merupakan gaya
satuan luas
yang dibutuhkan untuk mengalirkan zat cair. Kecepatan putar
mennunjukkan nilai
kecepatan geser (rate of shear / dv/dx) yang merupakan perbedaan
kecepatan
antara dua lapisan yang dipisahkan dengan jarak tertentu.
merupakan nilai dari
viskositas cairan uji. Kurva yang diperoleh adalah sebagai
berikut.
dxdvAF
dxdv
AF
//
/
/
-
30
Berdasarkan kurva diatas, didapatkan hasil yaitu semakin tinggi
kecepatan
gesernya, maka viskositasnya semakin menurun dan pada hasil
percobaan yang
dilakukan diperoleh bahwa viskositas kembali seperti semula saat
dilakukan
pengukuran kecepatan sebaliknya yaitu dari kecepatan paling
tinggi menuju
kecepatan paling rendah. Sehingga kurva yang dihasilkan saling
berhimpit (tidak
terdapat celah). Sedangkan, pada pengukuran viskositas dan
pengukuran
viskositas balik pada percobaan ini juga tidak terdapat celah
(berimpit).
Berdasarkan hasil kedua kurva dapat disimpulkan bahwa cairan uji
berupa emulsi
minyak ikan merupakan cairan non newton dengan aliran
pseudoplastis yang tidak
dipengaruhi oleh waktu. Pseudoplasstis berbeda dengan aliran
plastik, karena
tidak dijumpai adanya yield value. Viskositas cairan
pseudoplastik akan menurun
dengan meningkatnya kecepatan geser dan pada kurva tidak
menunjukkan bagian
yang linier, sehingga cairan pseudoplastik tidak mempunyai harga
viskositas
absolut (Martin dkk, 2008).
VII. KESIMPULAN
7.1 Viskositas merupakan ukuran resistensi/ketahanan zat cair
untuk mengalir.
Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin
besar pula
viskositasnya. Sedangkan rheologi merupakan ilmu yang
mempelajari
sifat aliran zat cair atau deformasi zat padat.
7.2 Cairan newton adalah cairan yang mengikuti hukum Newton
yaitu
memiliki viskositas yang tetap pada suhu dan tekanan tertentu
serta tidak
tergantung pada kecepatan geser. Sedangkan cairan non Newton
adalah
-
31
cairan yang tidak mengikuti hukum Newton atau viskositasnya
dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan kecepatan geser. Sehingga
untuk
mengetahui sifat alirannya dilakukan pengukuran pada beberapa
kecepatan
geser pada suhu dan tekanan tertentu.
7.3 Alat yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas
adalah
viskosimeter satu titik yaitu viskosimeter bola jatuh (hoeppler)
untuk
menentukan viskositas cairan newton dan alat yang digunakan
untuk
menentukan viskositas cairan non newton beserta alirannya
adalah
viskosimeter brookfield digital.
7.4 Viskositas cairan uji pada cairan Newton dari nilai
vikositas tertinggi
hingga terendah berturut-turut adalah larutan oleum ricini
(408,57cPs),
gliserin (395,09 cPs), propilenglikol (33 cPs), sorbitol (12,69
cPs), air
(0,896 cPs). Pada cairan non newton, viskositas suatu emulsi
ditentukan
oleh kecepatan geser dan berdasarkan viskositas yang diperoleh
dan kurva
hubungan F/A terhadap viskositas serta kecepatan putar terhadap
F/A yang
dibuat dapat disimpulkan bahwa emulsi tersebut diduga memiliki
aliran
pseudoplastis.
-
32
DAFTAR PUSTAKA
Ansel, C.H. 2005. Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta: UI
Press.
Martin, Alfred, James Swarbrick, and Arthur Cammarata. 2008.
Farmasi Fisika
2,Edisi Ketiga. Jakarta: UI Press.
Moechtar. 1990. Farmasi Fisika Bagian Struktur Atom dan Molekul
Zat Padat dan
Mikromeritika. Yogjakarta : Gadjah Mada University Press.
Prasetya, I.G.N. Jemmy Anton, Cok. Istri Sri Arisanti, I.G.N.
Agung Dewantara,
Eka Indra Setyawan, Ni Putu Ayu Dewi Wijayanti. 2015.
Petunjuk
Praktikum Farmasi Fisika. Denpasar : Udayana University
Press
Ridwan. 1999. Mekanika Fluida Dasar. Jakarta: Gunadarma.
Schmitt, W.H. dan Williams, D.F. 1996. Cosmetics And Toiletries
Industry, 2nd
Ed. London: Blackie Academy and Profesional.
Wathoni,N.,Soebagio,B.,dan Rikhardus Rafael Kolo Meko. 2009.
Profil Aliran
Dispersi Pati Ubi Jalar (Ipomea batatasL.).FarmakaVol.7(2).