BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1. Dasar Teori II.1.1. Kekentalan Dinamik dan Kekentalan Kinematik Kekentalan zat cair dapat dibedakan menjadi dua yaitu kekentalan dinamik (μ) atau kekentalan absolute dan kekentalan kinematis (n). Kekentalan dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida. Kekentalan kinematik adalah perbandingan antara kekentalan atau kekentalan dinamik dengan densitas massa. Kekentalan kinematik dapat terlihat ketika fluida tersebut bergerak karena pergerakkan tersebut membuat fluida mampu mengalirkan energi karena kekentalan kinematik merupakan difusi momentum. Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair, kekentalan dinamik dihubungkan dengan kekentalan kinematik sebagai berikut: ……………………………….( 2.1 ) Dimana: ν = kekentalan kinematic (Stokes, S) ρ = rapat massa (gram/cm 3 ) Kekentalan kinematik besarnya dipengaruhi oleh temperatur (T), pada temperatur yang tinggi kekentalan kenematik zat cair akan relatif kecil dan dapat diabaikan. Dalam industri perminyakan khususnya minyak pelumas dikenal istilah kekentalan, karena kekentalan merupakan sifat paling penting bagi minyak pelumas khususnya dan bahan pelumas umumnya, karena sifat ini menunjukkan kemampuan untuk melumasi sesuatu dan kemampuan suatu fluida untuk mengalir. Pada gambar 1 menunjukkan pendefenisian kekentalan dinamik menurut Hukum Newton tentang aliran viskos. Suatu permukaan bergerak relatif dengan kecepatan u terhadap permukaan lain dimana diantara kedua permukaan ditempatkan suatu lapisan tipis fluida. Kekentalan didefenisikan sebagai besarnya tahanan fluida untuk mengalir di bawah pengaruh tekanan yang dikenakan dan besarnya harga kekentalan merupakan perbandingan antara tegangan geser yang bekerja dengan kadar geseran (rate of shear). II-1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Dasar Teori
II.1.1. Kekentalan Dinamik dan Kekentalan Kinematik
Kekentalan zat cair dapat dibedakan menjadi dua yaitu kekentalan dinamik (μ) atau
kekentalan absolute dan kekentalan kinematis (n). Kekentalan dinamik adalah sifat fluida yang
menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida. Kekentalan kinematik adalah
perbandingan antara kekentalan atau kekentalan dinamik dengan densitas massa. Kekentalan
kinematik dapat terlihat ketika fluida tersebut bergerak karena pergerakkan tersebut membuat
fluida mampu mengalirkan energi karena kekentalan kinematik merupakan difusi momentum.
Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair, kekentalan dinamik dihubungkan dengan
kekentalan kinematik sebagai berikut:
……………………………….( 2.1 )
Dimana:
ν = kekentalan kinematic (Stokes, S)
ρ = rapat massa (gram/cm3)
Kekentalan kinematik besarnya dipengaruhi oleh temperatur (T), pada temperatur yang
tinggi kekentalan kenematik zat cair akan relatif kecil dan dapat diabaikan.
Dalam industri perminyakan khususnya minyak pelumas dikenal istilah kekentalan,
karena kekentalan merupakan sifat paling penting bagi minyak pelumas khususnya dan bahan
pelumas umumnya, karena sifat ini menunjukkan kemampuan untuk melumasi sesuatu dan
kemampuan suatu fluida untuk mengalir. Pada gambar 1 menunjukkan pendefenisian
kekentalan dinamik menurut Hukum Newton tentang aliran viskos. Suatu permukaan bergerak
relatif dengan kecepatan u terhadap permukaan lain dimana diantara kedua permukaan
ditempatkan
suatu lapisan tipis fluida. Kekentalan didefenisikan sebagai besarnya tahanan fluida untuk
mengalir di bawah pengaruh tekanan yang dikenakan dan besarnya harga kekentalan merupakan
perbandingan antara tegangan geser yang bekerja dengan kadar geseran (rate of shear).
II-1
BAB II Tinjauan Pustaka
Gambar II.1 Bidang paralel yang menggambarkan aliran viskos dari Fluida Newtonian.
Dari gambar 1 secara matematis dapat ditulis:
…………………………….( 2.2 )
Dimana:
τ = tegangan geser fluida (N/m)
π = kekentalan dinamik (Poise, P)
u = kecepatan relatif permukaan (m/det)
h = tebal lapisan pelumasan (m)
Sehingga kekentalan dinamik dapat ditulis:
………………………………..( 2.3 )
Kekentalan dinamik disebut juga dengan kekentalan absolut, sementara kadar geseran
adalah du/dy. Jika kekentalan dinamik dibagi dengan rapat massa pada temperatur yang sama
hasilnya disebut kekentalan kinematik.
Formula untuk pengukuran viskositas menurut Hoeppler adalah :
..……………...........…. ( 2.4 )
Dimana:
LABORATORIUM TEKNIK PEMBAKARANPROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA
FTI-ITS SURABAYA
II-2
BAB II Tinjauan Pustaka
µ = kekentalan dinamik (cP)
ρ1 = massa jenis bola uji (gram/cm3)
ρ1 = massa jenis fluida (gram/cm3)
K = Konstanta bola uji (mPa.s. cm3/gr.s)
Berdasarkan postulat Newton:
……………….………….. ( 2.5 )
Catatan: ηo merupakan konstanta proporsional, disebut juga kekentalan absolut(μ)
Dimana:
A = luas area, 2πrola
u = kecepatan, ro.ω
……………………...…… ( 2.6 )
Maka torsi yang terjadi pada silinder bagian dalam adalah:
………………….. ( 2.7 )
Didapat kekentalan dinamik/absolut:
…………………………..( 2.8)
Dalam satuan cgs, tegangan geser adalah dalam dyne/cm2 dan kadar geseran dalam det-1,
maka satuan kekentalan dinamik adalah poise disingkat P. Sedangkan satuan rapat massa
gram/cm3 sehingga satuan kekentalan kinematik adalah stokes disingkat St. Satuan yang paling
LABORATORIUM TEKNIK PEMBAKARANPROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA FTI-ITS SURABAYA
II-3
BAB II Tinjauan Pustaka
umum dalam industri perminyakan adalah centipoise disingkat cP dan centistoke disingkat cSt,
dimana 1 P = 100 cP dan 1 St =100 cSt. Dalam satuan SI, untuk kekentalan dinamis adalah N
det/m2 atau kg/m det dan satuan kekentalan kinematik adalah m2/det. Dengan demikian
diperoleh hubungan satuan-satuan:
1 P = 10-1 N det/m2
1 cP = 10-3 N det/m2
1 St = 10-4 m2/detik
1 cST = 10-6 m2/detik
Dalam satuan British untuk kekentalan dinamik dikenal satuan lbf.s/in2 (pound-force
second per square inch) yang disebut juga dengan reyn, yang diberikan untuk penghormatan
terhadap Sir Osborne Reynolds. Hubungan antara reyn dan centipoise:
1 reyn = 1 lbf.s/in2 = 7,03 kgf.s/m2
1 reyn = 6,9 . 106 cP
Kekentalan juga dapat/pernah dinyatakan dengan unit sebagai berikut:
• Kekentalan Redwood
Secara teknis Redwood viscosity bukanlah satuan untuk kekentalan melainkan waktu alir.
Itu adalah jumlah waktu yang diperlukan 50 ml minyak untuk mengalir melalui cerobong
saluran berbentuk mangkuk (cup-shaped funnel) akibat gaya beratnya sendiri.
• Kekentalan Saybolt (Saybolt viscosity)
Saybolt viscosity secara teknis adalah waktu alir dan hal tersebut juga bukan satuan
kekentalan, karena memiliki cara yang sama dalam pengukurannya dengan Redwood
viscosity. Metode ini pernah menjadi metode standar pada ASTM.
• Kekentalan Engler (Engler viscosity)
Engler viscosity juga merupakan waktu alir dengan metode hampir sama dengan Redwood
viscosity, tetapi hasilnya dinyatakan dengan derajat, waktu alir sampel minyak terhadap
yang diukur air pada temperatur yang sama. Hal ini diterapkan hanya di hampir seluruh
Eropa, tetapi secara berangsur-angsur mulai ditinggalkan.
LABORATORIUM TEKNIK PEMBAKARANPROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA
FTI-ITS SURABAYA
II-4
BAB II Tinjauan Pustaka
II.1.2. Contoh klasifikasi viskositas pada minyak pelumas.
1. Klasifikasi Kekentalan Menurut ISO
Sistem klasifikasi kekentalan minyak pelumas menurut ISO (International Standard
Organization) adalah berdasarkan kekentalan kinematik, dalam satuan centistokes (cSt), pada
daerah (range) kekentalan pada temperatur 40. Setiap daerah kekentalan diidentifikasi dengan
angka ISO VG (Viscosity Grade) atau derajat kekentalan ISO, dimana kekentalan tersebut
merupakan kekentalan kinematik rata-rata pada daerah tersebut (midpoint kinematic viscosity).
Untuk mendapatkan nilai kekentalannya , harus dihitung 10% dari nilai rata-rata kekentalan
kinematiknya. Misalnya ISO VG 100 mempunyai kekentalan rata-rata 100 cSt, dimana batas
kekentalannya adalah 90 cSt untuk minimum dan 110 cSt untuk maksimum. Nilai kekentalan
menurut ISO untuk minyak pelumas dapat dilihat pada gambar grafik dan tabel berikut, yang
dikutip dari dokumen ISO 3448 ”Industrial Liquid Lubricants – ISO Viscosity Classification”.
Gambar II.2 Kekentalan minyak pelumas menurut dokumen ISO 3448 pada tekanan atmosfer.
(sumber: Lubrication and Reliability Handbook, by M.J.Neale)
Nilai kekentalan pada gambar diatas dapat dilihat pada tabel di bawah, untuk nilai kekentalan
pada suhu 40 °C. Nilai untuk harga kekentalan kinematik minyak pelumas pada 40 °C menurut
dokumen ISO 3448.
Tabel II.1. Klasifikasi kekentalan ISO minyak pelumas pada suhu 40 °C
LABORATORIUM TEKNIK PEMBAKARANPROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA FTI-ITS SURABAYA