RHEOLOGY

  1. A.      Pengenalan

Rheologi berasal dari bahasa Yunani yaitu rheo dan logos. Rheo berarti mengalir, dan logos berarti ilmu. Sehingga rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran zat cair dan deformasi zat padat. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas. Viskositas merupakan suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir; semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. Viskositas dinyatakan dalam simbol η.

Contoh penerapan rheologi dapat dilihat dalam :

  • Makanan                                     : Mayones, Krim Salad, Industri Susu.
  • Produk perawatan tubuh     : Krim, Lotion.
  • Farmasi                                       : Salep, Krim, Anastetik.
  • Ilmu kedokteran                    : Darah
  • Agrochemical                          : Pestisida.
  • Dll

B.      Emulsi Sebagai Produk

Laju alir emulsi merupakan hal yang penting disamping sifat fisik. Karenanya kemampuan untuk mengukur, melakukan penyesuaian, dan mengetahui bahan yang akan digunakan sangat penting untuk diketahui. Penerapannya dapat dilihat dalam proses manufaktur. Seperti dalam proses pencampuran, pemompaan, pengisian packing emulsi, dll.

Dari segi kualitatif emulsi mencakup mulai dari bahan dengan viskositas rendah, susu-seperti pada fluida Newtonian melewati campuran yang tebal, campuran ini berupa bahan dalam pembentukan krim, dimana dari segi pergerakan semakin ke atas akan menjadi semakin tebal. Krim merupakan salah satu bahan yang menekankan pada hasil. Dari segi mikrostruktur salah satu elemen yang umum adalah kepemilikan fasa kontinyu bersamaan dengan fasa liquid sebagai deformable droplet. Permukaan antar droplet menjadi sumber stabilitas dengan kata lain sistem yang tidak stabil dengan banyak cara dapat melindungi internal liquid dari gradient kecepatan pada fase kontinyu. Beberapa kondisi dapat dipertimbangkan dalam hal ini “kekakuan” yang efektif dari permukaan atau bagian dalam viskositas yang sangat tinggi sehingga sistem berperilaku seperti pada disperse partikel padat. Ini merupakan salah satu contoh kecil dari sub micron droplet.

C.        Emulsi dalam Hubungannya dengan Rheologi

Emulsi merupakan bentuk yang paling sederhana antara sistem dua fasa yang mengandung cairan yang tidak saling larut. Dimana salah satu terdispersi ke yang lain baik dalam bentuk mikroskopik atau sub-mikroskopik droplet. Dua fase tersebut selalu dalam fase air dan fase minyak yang menghasilkan o/w ataupun w/o emulsion. Sehingga, kehadiran emulsifier sebagai stabilizer untuk menggabungkan dua fase yang terpisah penting untuk meberikan kontribusi pada laju alir didalam sistem.

Banyak contoh yang ada untuk emulsi o/w, w/o, bahkan untuk o/o. bagaimanapun besarnya kemungkinan untuk mendefinisikan emulsi tetap saja membuat rheologi menjadi bagian dari deformable partikel dalam fase kontinyu. Hal ini memuat salah satu keekstriman dimana sistim yang berada di bagian dalam fase dispersi merupakan cairan dengan laju alir yang rendah sehingga kemungkinan sistem tersebut akan lebih rendah dari fase kontinyu. Dengan permukaaan yang distabilkan dengan stabilizer yang cocok.

Emulsi mungkin diharapkan sebagai produk akhir dalam industri manufaktur. Atau bisa jadi emulsi merupakan bentuk intermedit yang penting. Polimerisasi emulsi merupakan rute yang popular dalam industry polimer, dan bentuk emulsi termasuk rheologi mengarahkan bentuk patikel polimer.

Emulsi juga bisa jadi sebagai titik awal pembuatan seperti pada produk susu. Selanjutnya diharapkan sifat rheologi dapat mencari seperti krim dalam konsentrasi, dan bentuk partikl pada spray drying. Hal tersebut merupakan cabang rheologi. Dengan kata lain, seperti pada darah sifat emulsi menjadi menarik.

Pada produk yang kompleks sperti pada skin lotion, droplet emulsi hanya merupakan bagian bentuk dari produk yang engandung polimer, partikel, dan konsentrat struktur surfaktan. Pengertian mengenai peran patrikular masing-masing komponen di atas penting untuk membantu memahami keseluruhan rheologi. Khususnya bila droplet mengalami perubahan dari waktu ke waktu karena coalescence ataupun disproponasi.

Tentu saja pada emulsi yang kompleks komposisi dari fasa kontinyu mungkin saja tidak diketahui lebih lanjut. Bahkan tampak menjadi emulsi yang sederhana, excess emulsifier ditampilkan dalam fase kontinyu yang mungkin berasosiasi dalam struktur tipe micellar yang dapat menunjukkan dampak awal dari laju alir secara keseluruhan. Pada kenyataannya, emulsi yang kompleks dengan penambahan bahan partisi diantara fase kontinyu dan fase dispersi, dan kemungkinan membentuk multilapisan emulsifier. Salah satu cara untuk membelit komplektisitas dan menetapkan komposisi fasa dengan cara sentrifugasi atau ultrasentifugasi emulsi. Hal ini memungkinkan untuk menetapkan komposisi dari fase kontinyu. Pegerjaan lebih lanjut dibutukan untuk menetapkan droplet secara alami dan lapisan emulsifier, tapi hal ini hanya bias dilakukan dalam skala mikroskopik.

D.        Tipe Spesifik Aliran

Ada dua tipe aliran dasar dengan perpindahan relatif dari partikel cair yang berdekatan, yang disebut dengan laju shear dan extensional. Dalam laju shear elemen cair mengalir diatas satu sama lain, dengan arah aliran yang berbeda. Sedangkan pada laju extensional mengalir ke arah atau menjauh dari masing-masing satu dengan yang lain.

Laju alir sebagai hasil dari peningkatan gaya ketika laju alir ditingkatkan sedangkan untuk memberikan gaya laju alir dikurangi ketika viskositas ditingkatkan.

Bentuk sederhana dari laju shear elemen cair mengalir diatas satu sama lain, dengan arah aliran yang berbeda. Sedangkan pada laju extensional mengalir ke arah atau menjauh dari masing-masing satu dengan yang lain.

Shear stress merupakan unit laju alir dibagi jarak atau meter per sekon/meter sehingga satuannya mejadi s-1. Shear stress gaya per satuan area merupakan unit newton per meter, N m-2, tapi dalam sistem SI stress seperti tekanan merupakan unit Pascal (Pa).

Nilai yang mendekati perhitungan shear rate yang diperoleh meluas dan merupakan variasi dari berbagai kondisi penting untuk emulsi. Salah satu contohnya adalah laju alir rata-rata cairan yang melewati pipa dibagi dengan radius pipa, atau laju alir dari lapisan yang berpindah dibagi radiusnya.

Unit-unit yang akan sering digunakan dapat dilihat pada table 2. Dengan menggunakan diagram yang sama kita juga dapat mencari nilai deformasi. Dimana deformasi yang dinyatakan dengan δ (delta) merupakan kelanjutan dari V=dγ/dt dan ỳ= dV/dh yang disebut dengan shear rate. Dot diatas symbol deformasi digunakan untuk menandakan fungsi diffrensial berdasarkan waktu dan mengikuti persamaan newton. Karenanya γ merupakan jumlah shear dan ỳ merupakan laju  shear atau shear rate dapat dinyatakan dengan dγ/dt yang disebut dengan rate of strain.

Walaupun pada prakteknya lebih baik bila menuliskan laju shear untuk mencirikan dari laju extensional tetap saja agar lebih mudah hanya dinyatakan dengan viskositas.

Symbol γ (gamma) merepresentasikan deformasi pada simple shear dimana pada gambar terlihat shear stress σ (sigma) juga digambarkan.

Dengan cara yang sama untuk perluasan ukuran unaxial sesuai deformasi dinyatakan dengan ε (epsilon) dan stress σe seperti yang ditunjukkan pada gambar 4 digunakan untuk fluida Newtonian. Dalam persamaan sederhana dapat dinyatakan dengan :

σ=ηγ                                        ………..(1)

Untuk perluasan extensional atau stretching flow equivalen dengan symbol σe έ dan ηe sehingga untuk fluida Newtonian dapat dinyatakan dengan :

σe= ηe έ                                   ………..(2)

dan viskositas (evaluasi  ), sehingga

Untuk cairan berkekuaten rendah,  adalah penyederhanaan dari n.

E.        Pipa viscometer

Pipa viscometer menggunakan banyak bentuk, tetapi kesemuanya haruslah memberi pressure drop P sebagai fungsi laju alir Q  untuk kondisi dimana pipa memiliki panjang yang cukup untuk dapat mengabaikan efek masuk dan efek keluar, kira-kira  . Dalam kasus ini kita dapat menghitung viskositas sebagai fungsi   . Sehingga

Sehingga viskositas 𝛈 kemudian diperoleh

Dimana untuk cairan berkekuatan rendah    adalah penyederhanaan dari  .

F.        Slip dan efek masalah lain dari rheometers

Permasalahan lebih lanjut, saat emulsi mencair, meningkat karena droplet berpindah mendekati dinding yang selalu cenderung bergerak ke arah dinding. Peringatan khusus telah diberikan oleh Gallegos dan Franco untuk memmasukkan efek dalam reologi, misal reologi makanan, kosmetik dan farmasi. Semua materi ini akan didiskusikan dan diterangkan/dijelaskan lebih lanjut oleh Barnes.

Solusi lain untuk permasalahan ini lebih lama dalam penyelesaiannya tetapi lebih efektif. Ini menggunakan ukuran geometri dan akstrapolasi untuk mendapatkan hasil ukuran yang tak tentu. Lihat Barners untuk lebih detailnya.

 

G.        Jenis Viscometer Laboratorium yang Dijual Bebas/Komersial

Standar viscometer laboratorium mempunyai range 0,1-1000 s-1. Yang termasuk didalamnya adalah :

Brookfield DV3

HaakeVT7, VT500/550, RV1

Bohlin Visco 88

Rhcometrics RM 180, 265

Reologica ViscoCheek

Physica MC1

Jenis-jenis keluaran : viskositas/sear rete sebagai fungsi watku, agar kurva aliran umum dan thixotropy dapat dipelajari sebagai renge temperature biasanya antara -10 – 1000C.

H.        Viskositas Emulsi

Kita akan mempertimbangkan jenis-jenis dari kurva alir dengan menggunakan viscometer di atas, ketika beberapa benda telah dihilangkan harus memberikan alas an pada kita/harus ada alasannya.

Kurva alir yang paling sederhana ditemukan pada dilute emulsi/emulsi yang lemah,jika kita memplotkan dasar ukuran parameter dari shear rate/sheer stress, kita akan mendapatkan hubungan garis lurus seperti ilustrasi pada figure 8. Data ini mungkin diplotkan kembali sebagai viskositas (sheer stress dibagi shear rate) sebagai fungsi shear rate dan tentu saja viskositas tidak tergantung shear rate, emulsi Newtonian pada fig.9

Jika kita meningkatkan konsentrasi fase minyak untuk model emulsi kita, kita melihat adanya emulsi yang non-Newtonian. Pertama jika kita mengulangi plit pertama kita, kita masih dapat melihat macam-macam respon linear jika kita pemplotkan data di atas range 300-3500 s-1, tetapi sekarang kurva ini bergeser secara vertical dan kita melihat apa yang tampak dalam intersep pada axis. Ini disebut Bingham behavior dan dikarakteristikan sebagai yield stress (ekstrapolasi intersep) dan plastic viscosity lihat slope kurva fig.10.

I.          Shear Rate Suatu Bahan

Ukuran dari aliran bahan dari beberapa cairan dibagi menjadi dua sifat yaitu linier dan non linier (lihat Barnes et al [15]). Untuk deskripsi detailnya dari subject ini.

Pembentukan diukur sampai di bawah tegangan, tekanan, pemotongan aliran dimana Rheologi bahan dari emulsi sedang diukur bukan sebuah fungsi dari menentukan variable ini, tetapi hanyalah fungsi dari frekuensi dan waktu (seperti temperature tertentu dan beberapa tekanan tinggi).

J.         Pertimbangan Detail Dari Tipe Viscometer

Viscometer adalah alat yang dapat diaplikasikan salah satunya adalah sebuah gaya dan ukuran sebuah kecepatan , atau dapat diaplikasikan sebuah kecepatan dan ukuran gaya untuk atau membuat sebuah geometri sederhana. Ini boleh menjadi sebuah viscometer pipa U yang sederhana yang mengendalikan aliran laju dari satu posisi vertical ke yang lain.

K.        Kontrol Tegangan Berlebih Viskometer Komersial

Pada pertengahan 1970-an, sebuah generasi baru dari control tekanan rheometer dimulai untuk memperlihatkan diri sebagai acuan untuk melawan control tegangan type dari viscometer umumnya digunakan di dalam laboratorium (Lihat Barnes dan Bell [16]). Jck Deer dan koleganya di sebuah sekolah farmasi di London, yang menggunakan perbandingan udara dan sebuah pengendali udara turbin untuk melengkapi tenaga putaran telah dikembangkan pertama kali dari peralatan modern. Ini dianggap bahwa dengan beberapa peralatan aplikasi dari sebuah pengetahuan dan tekanan control melengkapi rheologi dengan informasi penting dari bagian kritis di dalam lembar kurva CREEP.

L.         Evaluasi dan Komersialisasi Kontrol Tekanan Viskometer

Table 3 menunjukkan spesifikasi dari beberapa type control tekanan viscometer sebagai mereka telah evolusikan (telah mereka ubah pada 30 tahun terakhir ini). Ini adalah pembersihan bahwa sebuah kekaguman yang bertambah di dalam sensivitas  dan range yang telah dibawa, salah satunya yang istimewa adalah di dalam tenaga putaran minimum rendah (dan jadi menekan) dan kecepaan rotasi (dan jadi pemutus kecepatan) dapat dijangkau.

Tabel 3

Beberapa spesifikasi komersial rheometer pengontrol tekanan

waktu ~1970 ~1978 ~awal 1980 ~akhir 1980 ~1999
Type Data Rheometer udara turbin Rheometer deer Carrimed Mid Carrimed CSL 100 TA Inst. AR 1000
Torque (N.m)
Minimal
Maximal 0,1
Reolution
Ang. Veloc. (rad/s)
Min ( Creep)
Maximal 50 50 50 50 100
Resolution
Creep (strain)
Resolution 6,2x
maximal 1300

M.      Geometri Viskometer Kompleks

Ada sebuah nomor dari geometri viscometer popular menggunakan ukuran emulsi dimana pemutusan kecepatan tidak sama dimanapun. Dalam urutan untuk mengubah data experiment awal menjadi data pemutusan aliran (viskositas yang tidak ambigu).

Sebuah langkah perhitungan intermediet dibutuhkan (lihat Barness [17]), ini menggunakan sebuah assumsi tentang liquid, biasanya bahwa pada sebuah nilai particular dari pemutusan aliran, viskositas local/ shear rate data dapat dideskripsikan oleh sebuah tenaga rendah type sifat (power-low-type-behavior). Dimana slope dari Log kurva diberikan oleh “n”. (untuk kebenaran power-low-liquid) ini sama sebagai “n”, the power-low-indeks.

Mengikuti persamaan yang dibutuhkan untuk lubang besar silinder konsentrik, pararel plate geometrid an tube-tube digunakan sebagai viscometer. Pada sebuah kasus data viskositas yang diperbarui untuk sebuah perhitungan shear rate yang pasti pada beberapa fixed point di dalam geometrid an “n” diperbarui untuk basis pengukuran parameter.

Iklan

2 pemikiran pada “RHEOLOGY

Ikutan Komentar Yukkk...

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s