rheologi
DESCRIPTION
RHEOLOGI. Oleh : Diyan Ajeng. R, MPh., Apt. Rheologi. Asal kata : Rheos : ilmu Rogos : mengalir Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir. Penerapan rheologi dalam : bidang farmasi. Cairan Pencampuran - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
RHEOLOGIRHEOLOGI
Oleh : Oleh : Diyan Ajeng. R, MPh., AptDiyan Ajeng. R, MPh., Apt
RheologiRheologi
Asal kata :Asal kata : Rheos : ilmuRheos : ilmu Rogos : mengalirRogos : mengalir
Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir cairan untuk mengalir
Penerapan rheologi dalam Penerapan rheologi dalam : :bidang bidang farmasifarmasi
1.1. CairanCairan PencampuranPencampuran Pengurangan ukuran partikel dari sistem Pengurangan ukuran partikel dari sistem
sistem dispersi dengan shearsistem dispersi dengan shear Pelewatan melalui mulut,penuangan, Pelewatan melalui mulut,penuangan,
pengemasan dalam botol, pelewatan melalui pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntikjarum suntik
Perpindahan cairanPerpindahan cairan Stabilitas fisik sistem dispersiStabilitas fisik sistem dispersi
2.2. Semi solidSemi solid Penyebaran dan pelekatan pada kulitPenyebaran dan pelekatan pada kulit Pemindahan dari wadah/tubePemindahan dari wadah/tube Kemampuan zat padat untuk bercampur Kemampuan zat padat untuk bercampur
dengan cairan-cairandengan cairan-cairan Pelepasan obat dari basisnyaPelepasan obat dari basisnya
3.3. PadatanPadatan Aliran serbuk dari corong ke lubang Aliran serbuk dari corong ke lubang
cetakan tablet/kapsulcetakan tablet/kapsul Pengemasan serbuk/granulPengemasan serbuk/granul
4.4. PemPempprosesanrosesan Kapasitas produksi alatKapasitas produksi alat Efisiensi pemrosesanEfisiensi pemrosesan
Tipe aliranTipe aliran
Sistem New tonSistem New ton Sistem Non NewtonSistem Non Newton
= rate of shear= rate of shear
= = perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.
= shearing stress= shearing stress
==gaya per satuan luas yang diperlukan untuk gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.menyebabkan aliran.
dr
dvG
A
FF
'
SISTEM NEWTONSISTEM NEWTON
Mengikuti hukum aliran NewtonMengikuti hukum aliran Newton Makin besar viskositas suatu cairan, makin Makin besar viskositas suatu cairan, makin
besar gaya per satuan luas yang diperlukan besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.tertentu.
Di mana : Di mana : = koefisien viskositas ~ viskositas = koefisien viskositas ~ viskositasG
F
dr
dv.
A
'F
Satuan Satuan viskositas viskositas : poise: poise = dyne detik cm-2 = dyne detik cm-2 Cps (centipoise) = 0,01 poiseCps (centipoise) = 0,01 poise
22
det
det
'
cm
dynecmcm
cmdyne
Adv
drF
Fluiditas, Fluiditas, , didefinisikan kebalikan dari , didefinisikan kebalikan dari viskositasviskositas
Viskositas kinematis = viskositas absolut, Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatanmerupakan viskositas dibagi dengan kerapatan
1
Viskositas kinematis
Satuan : stoke(s) atau centi stokes
Contoh soal :Contoh soal : Dengan viskometer Ostwald, didapat Dengan viskometer Ostwald, didapat
viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Berapa viskositas kinematis aseton?Berapa viskositas kinematis aseton?
Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap air pada 250C?air pada 250C?
Ketergantungan Temperatur dan Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositasTeori viskositas
Viskositas gas meningkat dengan naiknya Viskositas gas meningkat dengan naiknya temperaturtemperatur
Viskositas cairan menurun jika temperatur Viskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkandinaikkan
Fluiditas Fluiditas kebalikan dari viskositas kebalikan dari viskositas Fluiditas cairan meningkat jika temperatur Fluiditas cairan meningkat jika temperatur
dinaikkandinaikkan
Persamaan kinetika ArrheniusPersamaan kinetika Arrhenius
RTEa
eA
A= konstanta yang tergantung dari bobot molekul
Ea= Energi pengaktifan
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
a) Aliran Newton b) Aliran PlastisR
ate
of s
hear
Shearing stress
f
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
c) Aliran pseudoplastis d) Aliran dilatan
SISTEM NON NEWTONSISTEM NON NEWTON
Aliran plastisAliran plastis Aliran PseudoplastisAliran Pseudoplastis Aliran DilatanAliran Dilatan
11 . .Aliran PlastisAliran Plastis
Disebut sebagai Disebut sebagai Bingham bodiesBingham bodiesKurva plastis tidak Kurva plastis tidak melewati titik (0,0), melewati titik (0,0), tetapi memotong tetapi memotong sumbu sumbu shearing shearing stressstress, dikenal dengan , dikenal dengan harga yield (yield harga yield (yield value)value)..
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
f
Harga stress dibawah yield value, zat Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padatpadat
Kemiringan rheogram disebut Kemiringan rheogram disebut mobilitymobility ≈ ≈ fluiditas pada sistem Newton.fluiditas pada sistem Newton.
Kebalikannya adalah Kebalikannya adalah viskositas plastisviskositas plastis = U = U
G
fFU
f= yield value dalam dyne cm-2
Contoh soal :Contoh soal :
Suatu bahan plastis diketahui mempunyai Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne cm-2. Pada shearing yield value 5200 dyne cm-2. Pada shearing stress di atas yield value, F ditemukan stress di atas yield value, F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya meningkat secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = 8000 dyne cm-2, hitung viskositas plastis 8000 dyne cm-2, hitung viskositas plastis sampel tsb !sampel tsb !
Contoh :Contoh : Partikel terflokulasi pada suspensi
Terbentuk struktur kontinu
Adanya gaya van der waals (ikatan antar partikel)
Partikel terflokulasi pada suspensi
Ikatan pecah aliran padat terjadiYield value
22 . .Aliran PseudopastisAliran Pseudopastis
Contoh : Contoh : dispersi cair dispersi cair dari tragakan, Na dari tragakan, Na alginat, metil selulosa, alginat, metil selulosa, CMC NaCMC NaViskositas berkurang Viskositas berkurang dengan meningkatnya dengan meningkatnya rate 0f shear (cairan rate 0f shear (cairan menjadi encer)menjadi encer)Disebut shear Disebut shear thinning systemthinning system
Rat
e of
she
arShearing stress
G'FN
'logFlogNGlog
• Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-Newton
• N=1, alirannya adalah Aliran Newton
Persamaan Regresi Linear
33 . .Aliran DilatanAliran Dilatan
Suspensi tertentu (persentase zat padat Suspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya untuk mengalir dengan meningkatnya rate of rate of shear.shear.
Volume meningkat dengan terjadinyaVolume meningkat dengan terjadinya shear shear disebut dilatandisebut dilatan
Disebut sebagai Disebut sebagai shear thickening systemshear thickening system..
G
Partikel tertutup rapat
Volume kosong minimum
Pembawa cukup
Konsistensi relatif rendah
Partikel susun longgar
Volume kosong meningkat
Pembawa tidak cukup
Konsistensi relatif tinggi
THIKSOTROPITHIKSOTROPI
Menunjukkan adanya pemecahan struktur Menunjukkan adanya pemecahan struktur yang tidak terbentuk dengan segera jika stress yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau dikurandihilangkan atau dikurangigi
Terjadi pada Terjadi pada shear thinning systemshear thinning system (plastis, (plastis, atau pseudoplastis)atau pseudoplastis)
Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena kehilangan konsistensinya karena shearingshearing..
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Plastis
Pseudoplastis
Gambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis
Pengukuran thiksotropiPengukuran thiksotropi
Dengan melihat putaran histeresis yang Dengan melihat putaran histeresis yang dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari rheogram.rheogram.
Luas daerah histeresis merupakan suatu Luas daerah histeresis merupakan suatu ukuran pemecahan thiksotropi.ukuran pemecahan thiksotropi.
Pengukuran untuk plastis (bingham Pengukuran untuk plastis (bingham bodies)bodies)
1.1. Menentukan pemecahan struktural terhadap Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear konstan.waktu pada rate of shear konstan.
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
-----t2---------t1---
1
2
21
ttln
UUB
B= konstanta thiksotropi
1/U1
1/U2
2.2. Menentukan pemecahan struktural karena Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear ratmeningkatnya shear ratee..
2
1
2
21
)VV(ln
)UU(2M
M = konstanta thiksotropiR
ate
of s
hear
Shearing stress
1/U1
1/U1
Thiksotropi negatif atau Thiksotropi negatif atau antithiksotropiantithiksotropi
Menyatakan Menyatakan kenaikan kenaikan konsistensi pada konsistensi pada kurva yang kurva yang menurun.menurun.
Contoh : magma Contoh : magma magnesiamagnesia
Rat
e of
she
ar
Shearing stress
Penyebab :Penyebab : Meningkatnya frekuensi tumbukan dari Meningkatnya frekuensi tumbukan dari
partikel-partikel terdispers, atau molekul-partikel-partikel terdispers, atau molekul-molekul polimer dalam suspensi, molekul polimer dalam suspensi, menyebabkan ikatan antar partikel naik, menyebabkan ikatan antar partikel naik, sehingga dalam keadaan keseimbangan sehingga dalam keadaan keseimbangan membentuk gumpalan-gumpalan besar. Dalam membentuk gumpalan-gumpalan besar. Dalam keadaan diam, gumpalan pecah menjadi keadaan diam, gumpalan pecah menjadi partikel-partikel.partikel-partikel.
RheopeksiRheopeksi
Suatu gejala di mana suatu sol Suatu gejala di mana suatu sol membentuk membentuk gel lebih cepat jika diaduk gel lebih cepat jika diaduk perperperlahan-perlahan-lahan atau kalau dishear daripada jika lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukadibiarkan tanpa pengadukann
Anti thiksotropi Anti thiksotropi rheopeksi rheopeksi
☺☺Pada rheopeksi Pada rheopeksi sistem terdeflokulasi dan sistem terdeflokulasi dan berisi solid dispersi lebih dari 50%berisi solid dispersi lebih dari 50%
☺☺Pada antithiksotropi sistem terflokulasi Pada antithiksotropi sistem terflokulasi dan berisi solid dispersi 1- 10dan berisi solid dispersi 1- 10.% .%
gelgel pd rheopeksi : pd rheopeksi : Bentuk keseimbangan Bentuk keseimbangan ☺☺
Pd antithiksotropi :solPd antithiksotropi :sol Bentuk keseimbanganBentuk keseimbangan
Pemilihan ViskometerPemilihan Viskometer
Semua viskometer dapat digunakan untuk Semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton dan menentukan viskositas sistem Newton dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol hanya viskometer yang mempunyai kontrol shear stressshear stress yang bervariasi dapat digunakan yang bervariasi dapat digunakan untuk bahan-bahan Non Newton.untuk bahan-bahan Non Newton.
Macam-macam viskometerMacam-macam viskometer
Visk. KapilerVisk. Kapiler Visk. Bola jatuhVisk. Bola jatuh
Visk. Cup & bobVisk. Cup & bob Visk. Kerucut dan lempengVisk. Kerucut dan lempeng
Sistem Newton
Sistem Newton dan
Non Newton
1.1. Viskometer kapiler Viskometer kapiler
Disebut sebagai viskometer ostwaldDisebut sebagai viskometer ostwald Dasar : Hukum PoiseuilleDasar : Hukum Poiseuille
Vl8
Ptr 4
Karena Karena P tergantung pada kerapatan cairan (P tergantung pada kerapatan cairan (), ), maka :maka :
PtK tK
22
11
2
1
t
t
Contoh soal Contoh soal Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk
mengalir antara kedua tanda pada viskometer mengalir antara kedua tanda pada viskometer Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 detik (250C).detik (250C).
Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.air 0,8904 cps.
Berapa viskositas aseton ?Berapa viskositas aseton ?
2.2. Viskometer Bola JatuhViskometer Bola Jatuh
Disebut viskometer HoepplerDisebut viskometer Hoeppler Prinsip :Prinsip : Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam
suatu tabung gelas yang hampir vertikal, suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan konstan. Laju jatuhnya bola dengan dan dan tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.sampel tersebut.
B)SS(t fb
Dimana:
t : waktu (lamanya bola jatuh)
Sb : Gravitasi jenis dari bola
Sf : Gravitasi jenis dari cairan
B : Konstanta bola
3.3. Viskometer Viskometer ‘‘CupCup’’ and and ‘‘BobBob’’
Prinsip :Prinsip : Sampel diSampel di’’shearshear’’ dalam ruang antara dinding dalam ruang antara dinding
luar, luar, ‘‘bobbob’’ (rotor) dan dinding dalam mangkuk (rotor) dan dinding dalam mangkuk ((‘‘cupcup’’).).
Viskometer Couette, mis : visk. Mac MichaelViskometer Couette, mis : visk. Mac Michael Mangkuk yang berputarMangkuk yang berputar Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk. Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk.
StormerStormer Rotor yang berputarRotor yang berputar
Viskometer stormerViskometer stormer
v
wK v
Dimana :
Kv : Konstanta alat
W : berat beban
V : rpm
v
wwKU f
v
Untuk aliran plastis
Dimana :
Wf : intersep yield value dalam gram
Yield valueYield valueff wKf
)RR(log303,2
1x
60
2xKK
b
cvf
Dimana :
Rc : jari-jari mangkok
Rb : jari-jari rotor
Contoh soal :Contoh soal : Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer
Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar 450 gram menghasilkan ke450 gram menghasilkan keccepatan rotor v 350 epatan rotor v 350 rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan menggunakan berat pengendali lainnya, menggunakan berat pengendali lainnya, diperoleh suatu rheogram aliran plastis. diperoleh suatu rheogram aliran plastis. Intersep yield value wf diperoleh dengan Intersep yield value wf diperoleh dengan mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan yield value Berapakah vikositas plastis dan yield value sampel tersebut?sampel tersebut?
4.4. Viskometer Kerucut dan LempengViskometer Kerucut dan Lempeng
Contoh : viskometer Ferranti Contoh : viskometer Ferranti –– Shirley Shirley Prinsip :Prinsip : Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan
yang berubah-ubah, sampel dishear di antara yang berubah-ubah, sampel dishear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. lempeng yang diam dan kerucut yang berputar. Rate of shearRate of shear : rpm (dengan dial pemilih). : rpm (dengan dial pemilih). Shearing stressShearing stress : puntiran (dibaca pada skala : puntiran (dibaca pada skala penunjuk).penunjuk).
Untuk cairan NewtonUntuk cairan Newton
dimana :dimana :
C = konstanta alatC = konstanta alat
T = puntiran (torque)T = puntiran (torque)
V = rpmV = rpm
Untuk cairan plastis :Untuk cairan plastis :
v
TC
v
TTCU f
ff TxCf
ThankThank’’s four your attentions four your attention
Selamat Selamat belajarbelajar!!! !!!