Apa itu Viskometer?

 Viskositas adalah sifat khas cairan. Viskositas cairan adalah ukuran ketahanannya terhadap deformasi pada kecepatan tertentu. Untuk cairan, viskositas sesuai dengan konsep alami "ketebalan".

Viskositas dianggap sebagai ukuran gaya gesekan yang muncul di antara lapisan-lapisan fluida yang berdekatan yang bergerak relatif. Misalnya, ketika cairan dipaksa untuk melewati tabung, ia mengalir lebih cepat di dekat sumbu tabung daripada di dekat dindingnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuran viskositas adalah temperatur, waktu, dan tegangan geser.

Dalam tribologi dan studi tentang pelumasan, viskositas sering disebut sebagai karakteristik paling penting dari minyak dasar. Mengapa viskositas sangat penting dalam pelumasan mesin? Pertama, viskositas yang terlalu rendah akan memungkinkan kontak antarmuka antara komponen internal yang bergerak untuk menghasilkan keausan. Sebaliknya, viskositas yang terlalu tinggi akan memaksa mesin bekerja lebih keras untuk mengatasi hambatan internal pelumas untuk mengalir. Untuk alasan ini, penting untuk memahami tidak hanya viskositas oli dasar tetapi juga bagaimana ia dapat berubah karena kondisi operasi atau lingkungan yang berfluktuasi.

Viskometer

Viskometer adalah alat untuk mengukur kekentalan suatu cairan. Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk mengukur viskositas cairan. Ini umumnya didasarkan pada salah satu dari tiga fenomena, yakni:

• Permukaan bergerak yang bersentuhan dengan fluida.
• Benda yang bergerak melalui fluida.
• Fluida yang mengalir melalui komponen resistif.

Fenomena di atas adalah dasar untuk induksi tiga viskometer utama di industri. Viskometer diklasifikasikan sebagai berikut.

Metode Pengujian Viskositas

Ada banyak cara untuk mengukur viskositas, tetapi mereka terurai menjadi dua metode dasar. Entah suatu objek, seperti bola atau bilah rotor bergerak melalui bahan stasioner, atau material mengalir melalui atau melewati objek stasioner. Dalam kedua kasus, resistensi terhadap aliran diukur. Ada tiga metode praktis dasar untuk menentukan viskositas khusunya untuk cairan Newtonian, meliputi:

1. Pengujian dengan viskometer kapiler
2. Pengujian dengan viskometer rotasi
3. Pengujian dengan Viskometer bola jatuh

1. Viskometer Kapiler

Viskometer yang paling umum di antara beberapa viskometer tabung kapiler lainnya adalah viskometer Ostwald, yang mengukur aliran cairan melalui tabung.

Desain model viskometer kapiler yang paling sederhana adalah viskometer Ostwald, ini termasuk dalam varietas viskometer tabung U. Seperti terlihat pada gambar di bawah, viskometer diisi dengan larutan yang akan dievaluasi sampai batas atas, atau tanda A, kemudian cairan dihisap melewati tanda bola lampu melalui pipa kapiler, sampai tanda B.

Sebagai langkah selanjutnya, cairan melewati tabung kapiler di bawah pengaruh tekanan hidrostatiknya. Waktu yang diperlukan fluida untuk berpindah dari merek B ke merek C melalui pipa kapiler dicatat.

Waktu dikalikan dengan konstanta instrumen untuk mengetahui viskositas kinematik fluida:

Viskositas kinematik = konstan * waktu

Waktu yang diperlukan fluida untuk melewati pipa kapiler berbanding lurus dengan viskositas dinamis dan berbanding terbalik dengan densitas fluida, dan, diperoleh persamaan:

Waktu = µ/ρ

Di mana:

µ= Viskositas dinamis

ρ= Massa jenis fluida.

Karena waktu bergantung pada densitas dan juga viskositas fluida, waktu geser mengurangi viskositas. Pengukuran tabung kapiler perlu dibatasi untuk durasi tetap, ini memberikan pembacaan langsung viskositas kinematik.

2. Viskometer Rotasi

Jenis viskometer ini didasarkan pada prinsip bahwa gaya yang diperlukan untuk memutar benda yang direndam dalam fluida dapat menunjukkan viskositas fluida. Instrumen ini terdiri dari cangkir berisi sampel, yang berputar pada kecepatan rotasi . Dalam cairan, ada silinder terendam yang mewakili silinder koaksial dengan tinggi h dan radius r1.

Silinder bagian dalam digantung oleh kawat torsi yang menghasilkan torsi sebagai akibat dari gaya viskos dari fluida yang berputar di atasnya, mencapai keadaan gerak yang stabil.

Dalam beberapa instrumen pada jenis ini, silinder internal berputar dan torsi diukur dalam cangkir, atau, pada torsi yang diterapkan konstan, deformasi yang dihasilkan diamati.

Pada jarak r dari pusat, torsi sama dengan:

T = 2 * r 2 * h * F

Di mana:

T = torsi,

H = tinggi silinder dalam, dan

F = tegangan tensor pada radius r.

Jadi, dari pembacaan pengukuran torsi, kita dapat memperkirakan tegangan yang diterapkan pada fluida.

Viskometer rotasi terdiri dari berbagai bentuk, dan ini biasanya dijelaskan dalam hal sistem pengukurannya, tetapi prinsipnya sama untuk semua.

3. Viskometer Bola Jatuh

Jenis ini biasanya mengukur viskositas dan sangat cocok untuk cairan Newtonian.

Ini terdiri dari tabung yang berisi cairan yang akan diuji. Pengoperasiannya didasarkan pada memasukkan bola kecil ke dalam tabung yang miring pada sudut tertentu, yang dimulai dari keadaan diam dan kemudian bola tersebut akan jatuh ke bawah dasar cairan. Waktu yang diperlukan bola pejal untuk menempuh jarak L menentukan viskositas cairan. Sederhananya, prinsip kerja viskometer bola jatuh ialah mengukur waktu yang dibutuhkan bola jatuh di dalam cairan uji.

Variabel yang terlibat dalam proses pengukuran adalah:

ρ1= Density bola

ρ2= Density cairan.

L= Bujur bola jatuh dalam waktu t.

V0= Batas kecepatan bola.

Dengan mempertimbangkan karakteristik masing-masing peralatan yang digunakan untuk mengukur viskositas cairan Newtonian, disimpulkan bahwa viskometer bola adalah peralatan yang paling cocok untuk dikembangkan dan dibangun, karena alasan berikut:

• Perhitungan viskositas sederhana karena diperoleh dengan mengukur waktu yang diperlukan benda untuk melewati dua titik.
• Elemen yang berperan dalam pengukuran viskositas sedikit dibandingkan dengan peralatan lain, sehingga pengendaliannya lebih efisien.

Jenis Viskometer

Meskipun ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas, sebagian besar viskometer dijual secara komersial agar sesuai dengan tujuan penggunaannya. Di bawah ini adalah daftar kategori viskometer tersebut.

Viskometer Portabel

Sesuai dengan namanya, viskometer portabel dimaksudkan untuk digunakan di mana pun pengaturan laboratorium tidak praktis. Dalam banyak aplikasi di tempat dan di lapangan, viskometer diperlukan untuk memberikan perkiraan pembacaan viskositas yang cepat, biasanya untuk tujuan menjamin analisis lebih lanjut.

Small Onsite Viscometers

Untuk pembacaan viskositas yang lebih akurat, viskometer kecil di tempat dipasarkan untuk pengaturan laboratorium tetapi dengan harga yang wajar. Viskometer tersebut termasuk varietas tabung-U atau Brookfield. Meskipun ada beberapa variasi viskometer tabung-U, tiga yang paling terkenal adalah Ostwald, Cannon-Fenske dan Ubbelohde.

Full-service Viscometers

Untuk mendapatkan tingkat akurasi tertinggi dalam pengujian viskositas, maka pemilihan viskometer jenis ini perlu dipertimbangkan. Unit-unit ini biasanya memiliki kemampuan untuk secara otomatis menguji viskositas kinematik dan absolut dalam berbagai suhu serta memberikan perhitungan kepadatan dan berat jenis.

Beberapa viskometer jenis ini yang lebih canggih dapat melakukan pengukuran yang akurat dalam pengulangan 0,1 persen menggunakan ukuran sampel kurang dari 0,1 mililiter. Di laboratorium besar yang menguji ratusan sampel per hari, ini adalah keuntungan yang diperlukan dari viskometer layanan lengkap.

Viskometer Inline/Online

Viskometer inline dapat memberikan pembacaan viskositas secara terus menerus dalam jalur aliran aktif. Hal ini biasanya dilakukan dengan menggunakan sensor atau transduser yang langsung inline (bagian dari pipa) atau online (bypass stream atau transduser). Pengukuran viskositas diambil dan kemudian dikirim secara elektronik sebagai sinyal ke komputer atau perangkat pemantauan tambahan.

Pengukuran viskositas inline yang andal dan cepat adalah alat penting untuk kontrol produk berkelanjutan. Tujuannya adalah untuk menghilangkan pengambilan sampel dengan potensi kesalahannya. Perhatikan bahwa viskometer inline juga disebut sebagai viskometer proses atau online.

Mengapa diperlukan pengukuran inline?  Tidak seperti pengambilan sampel berkala, pemantauan berkelanjutan memberikan umpan balik instan tentang perubahan produk sehingga proses dapat dioptimalkan secara real time. Ini meningkatkan konsistensi dan kualitas produk.

Rheometer VS Viskometer

Viskositas adalah ukuran resistensi fluida untuk mengalir (tegangan geser) pada suhu tertentu. Karena kondisi aliran bervariasi, tidak semua cairan mempertahankan viskositas yang tidak berubah. Fluida yang viskositasnya berubah dengan kondisi aliran disebut fluida non-Newtonian. Viskositas jenis cairan ini diukur dengan rheometer. Sebaliknya, viskometer mengukur viskositas untuk jenis cairan Newtonian.

Kinematik VS Viskositas Absolut

Di antara berbagai metodologi viskometer, ada dua cara berbeda di mana viskositas dapat dinyatakan: viskositas kinematik dan viskositas absolut. Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa viskositas kinematik diukur dengan mengamati resistensi fluida untuk mengalir di bawah gaya gravitasi, sedangkan viskositas absolut diukur dengan mengamati resistensi fluida untuk mengalir di bawah gaya eksternal dan terkontrol, baik melalui kapiler atau dengan gerakan tubuh melalui cairan.

Viskositas kinematik dilaporkan dalam centistokes (cSt), tetapi viskositas absolut dilaporkan dalam centipoise (cP). Untuk kepentingan perbandingan, viskositas absolut sering diubah menjadi viskositas kinematik dengan membaginya dengan berat jenis fluida (SG).

cSt = cP/SG atau invers persamaan: cP = cSt x SG

Aplikasi Viskometer

Pengukur viskositas digunakan terutama di sektor-sektor berikut:

• Terkait dengan industri minyak mineral (minyak, cairan hidrokarbon).
• Terkait dengan industri makanan (larutan gula, madu, susu, agar-agar, jus buah).
• Terkait dengan industri kimia (larutan polimer, pelarut, larutan resin, dispersi lateks, dan larutan perekat).
• Industri kosmetik/farmasi (gliserin, emulsi, suspensi, larutan, ekstrak).
• Industri perminyakan (minyak mentah, oli mesin, minyak bumi).
• Terkait dengan bahan bakar (minyak bumi, minyak solar).

Keuntungan dari Viskometer

Manfaat pengukuran Viskositas:

• Viskositas adalah salah satu sifat proses yang paling penting dan parameter kritis.
• Pengukuran viskositas membantu untuk mengetahui karakteristik fluida, perilakunya saat bergerak. Ini membantu untuk mengukur kecepatan pompa, orifice meter, atau pipa.
• Viskositas cairan menentukan kualitas produk jadi.
• Viskometer digunakan untuk berbagai studi penelitian ilmiah.

Tweet