Bab Vii Penentuan Viscositas Kinematik Secara Coba Coba (tentative Method).docx

BAB VII

PENENTUAN VISCOSITAS KINEMATIK SECARA COBA – COBA (TENTATIVE METHOD)

7.1.

Tujuan Percobaan 1. Menentukan viscositas kinematika untuk cairan newtonian pada berbagai temperature. 2. Menentukan hubungan viskositas dan laju alir fluida. 3. Menentukan faktor vaktor yang mempengaruhi viskositas fluida.

7.2.

Dasar Teori Viskositas adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan tegangan geser oleh fluida tersebut. Viskositas berhubungan dengan fluida yang tidak encer. Adanya gesekan atau friksi antar lapisan – lapisan fluida menyebabkan kehilangan energi. Viskositas gas meningkat dengan suhu, tetapi Viskositas cairan berkurang dengan naiknya suhu. Viskositas kinematik merupakan waktu aliran atau efflux time teratur, alat ini dikalibrasikan dengan suatu minyak standar yang mempunyai viskositas yang ditentukan dengan cara referensi terhadap air didalam master viskometer atau dengan perbandingan langsung dengan viscometer yang dikalibrasikan secara teliti. Viskositas kinematik (Vk) adalah viskositas dinamik dibagi dengan densitas (Va/d),dimana keduanya diukur pada temperature sama. Unit dari viskositas kinematik adalah stoke, yang mempunyai dimensi cm2 / detik, tetapi didalam industry perminyakan biasanya dinyatakan dengan centi stoke (stoke / 100). Viskositas kinematik digunakan untuk mengetahui kekentalan suatu zat dengan pengukuran kecepatan alir melalui pipa kapiler pada suhu tertentu.

50

51

Viskositas dinamis atau viskositas absolute adalah viskositas kinematik dikalikan dengan berat jenis cairan. Unit cgs dari viskositas dinamis (va) adalah poise, yang mana mempunyai dimensi gram/cm/detik. Fluida diklasifikasikan menjadi: 

Fluida Newtonian adalah fluida

yang tegangan gesernya

berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah te 

gak lurus dengan bidang geser. Fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Cairan Newtonian (sample) adalah cairan yang mempunyai perbandingan yang linier antara shear rate dengan shear stressnya. Sebagai contoh, air.



Fluida non-Newtonian adalah fluida yang akan mengalami perubahan viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut atau terdapat hubungan tak linier antara besarnya tegangan geser yang diterapkan dan laju perubahan sudut.

Viscositas merupakan sifat fisik yang akan berpengaruh terhadap fluida untuk mengalir. Minyak yang lebih kental akan mengalir dengan kecepatan yang rendah. Dengan demikian viscositas berbanding terbalik dengan kecepatan alirnya, yang merupakan sifat fisik penting dari fluida untuk menentukan karakteristik alirannya. Untuk menjamin aliran dalam aliran pipa, harus digunakan viscometri yang memiliki ukuran viscometer dengan pipa kapiler tertentu sehingga alirannya lebih dari 200 detik. Viskositas kinematik dapat diukur dengan persamaan dibawah ini : V Dimana : V C

= CxT

= kekentalan kinematis ( centistoke ). = konstanta kalibrasi viscometer.

52

T

= waktu alir ( detik ).

Dalam cairan hidrokarbon dapat dibuat suatu generalisasi, yaitu : 

viscositas naik dengan naiknya tekanan



viscositas turun dengan bertambahnya gas dalam larutan

Umumnya

pengaruh

pemampatan

dalam

kenaikan

viscositas

dikalahkkan oleh pengaruh gas yang terlarut sehingga viscositasnya menurun dengan naiknya tekanan, karena bertambahnya gas yang terlarut. Penurunan viscositas dengan naiknya tekanan ini hanya sampai batas kejenuhan (tekanan). Tekanan yang lebih besar tidak akan menambah jumlah gas yang terlarut.

7.3.

Peralatan dan Bahan

7.3.1. Peralatan 1. Master viscometer merupakan pipa kapiler dari kaca yang mempunyai harga (B/t) kurang dari 0,1% dari harga (C x t). 2. Viscometer, terbuat dari kaca dipakai untuk mengukur dalam percobaan ini. 3. Thermometer 4. Bath 5. Timer 6. Kalibrasi – kalibrasi sesuai dengan salah satu metode dibawah ini:

1. Basic Calibration Menentukan waktu air dalam detik dari destilated water pada master viscometer. Air harus mempunyai waktu alir minimum 200 detik pada temperature test. Kemudian hitung konstanta C dengan persamaan:

53

C =

Vh t

Dimana : Vh

= viscositas kinematik air ( 1,0038 cs pada 20 C )

C

= konstanta viscometer

T

= waktu alir ( detik )

Maka harga konstanta C dapat ditentukan : C=

1.0038 t

Kemudian menentukan viscositas sample hidrokarbon ke-1 yang lebih viscous dari air pada viscometer yang sama, dan kemudian gunakan harga viscositas di atas untuk kalibrasi pada viscometer ke-2 dengan diameter kapiler yang lebih besar. Gunakan persamaan C = V-h2 / t untuk menghitung harga konstanta C dari master viscometer kedua : C=

Vh2 t

Dimana : Vh2 = viscositas kinematik dari hidrokarbon yang digunakan untuk kalibrasi.

Setelah viscometer ke-2 dikalibrasi, harga viscositas kinematik dapat ditentukan untuk sample hidrokarbon dengan viscositas yang lebih besar. Harga viscositas tersebut digunakan untuk menentukan kalibrasi viscometer ke- 3. Seperti pada viscometer ke-2, jadi untuk

54

viscometer ke-3 perlu dua hidrokarbon untuk menentukan konstanta viscometernya. 2. Kalibrasi Viscometer dengan Minyak Standard Lihat table II dan III. Ukur waktu aliran untuk cairan (air destilasi, table II dan III). Minimum waktu aliran untuk setiap minyak standard pada setiap tabung yang dikalibrasi harus kurang dari 200 detik. Koefisien viscometer B adalah koefisien energy kinematik yang digunakan pada viscometer yang mempunyai aliran kapiler sangat kecil dan konstanta C berharga .005 atau lebih kecil.

B

(t1 xt2 ) (Vh 2 xt1 )  (Vh 2 xt2 ) 2 2 (t 2  t1 )

Dimana: t1 = waktu air (minimum 200 detik) untuk hidrokarbon yang mempunyai viscositas kinematik Vh2 t2 = waktu alir untuk hydrocarbon yang mempunyai viscositas kinematik Vh2

Hitung konstanta C :

C

Vh  ( Bt ) t

Dimana: Vh = viscositas kinematik hydrocarbon yang dgunakan untuk kalibrasi B = koefisien viscometer

55

Terakhir ulangi viscositas kinematik dari suatu hydrocarbon yang diinginkan dalam centistokes, sebagai berikut: Viscositas kinematik (Vh) = (C x t) – (

B ) t

7.3.2. Bahan 1. Cairan Newtonian

Gambar 7.1. Cannon Viscometer 7.4.

Prosedur Percobaan 1. Atur temperature bath dengan thermometer berkelitian sampai dengan 0.020F, atau dengan thermometr berkelitian sampai 0.050F, temperature lebih kecil dari 600F. 2. Saring sample secukupnya dengan saringan 200 mesh atau penyaring lain yang sesuai, untuk membuang partikel-partikel padat atau air. Bila temperature kurang rendah gunakan obat penyaring.

56

3. Ambil viscometer yang bersih dan kering dengan waktu alir lebih dari 200 detik. 4. Pasang pemegang viscometer di dalam bath sampai viscometer mencapai temperature pengukuran yang diInginkan (selama 5 menit untuk mencapai temperature 1000F atau 10 menit untuk mencapai temperature 2100F). 5. Gunakan alat penghisap untuk meniakkan sample masuk ke dalam pipa kapiler sampai batas bawah sample kurang lebih 5mm di atas garis batas atas sampai dari viscometer (pada awal pengukuran). 6. Catat waktu yang diperlukan (dengan keteltian 0.1 detik) sample untuk bergerak (mengalir) dari garis batas (awal pengukuran). 7. Catat waktu yang diperlukan (dengan ketelitina 0.1 detik) sample untuk bergerak (mengalir) dari garis batas (awal pengukuran) pada viscometer. Bila waktu yang diperlukan kurang dari 2 detik, ganti viscometer dengan viscometer yang mempunyai pipa kapiler yang lebih kecil, ulangi prosedur tersebut. 8. Lakukan percobaan 2 (dua) kali, bila hasil yang diperoleh dari kedua percobaan sasuai dengan repeatabilitas, maka gunakan harga rata-rata untuk menghitung viscositas kinematiknya. 9. Hitung viscositas kinematika dalam centistokes dengan cara perhitungan diatas.

Catatan: Untuk viscometer dengan harga B/t besar atau sama dengan (0.001 x C x t), maka gunakan persamaan sebagai berikut :

Viscositas kinematik, Cs = C x t

57

Table 7.1. Viscositas standard

Viscositas Minyak Standard (ASTM) S3

Approximate Kinematic Viscosity -650F

-400F

-1000F

340

66

3

S6

6

S 20

20

S 60

60

S 200

200

S 600

60

S 2000

2000

-1220F

2100F

280

32

Table 7.2. NBS Viscosity Standard

Viscositas Minyak

Approximate Kinematic Viscosity

Standard (ASTM)

60 0F

77 0F

D

2.5

2.2

1.8

H

9.1

7.7

5.4

I

15

12

8

J

25

20

12

K

50

39

22

L

110

64

43

M

390

280

130

N

1600

1100

460

OB P

86 0F

38000 24000

100 0F 104 0F 122 0F

7000 30000

22000

10000

58

7.5.

Hasil Analisa dan Perhitungan

7.5.1. Hasil Analisa

Tabel 7.3. Data Hasil Analisa Pengamatan

Sampel

Viscometer

Air

I (25)

Kalibrasi

Viscometer

Waktu Alir

Kinetic

(dt)

Vha= 1,0038

TA  243

pada suhu 20 o

Minyak

II (50)

Standar

C

Minyak Analisa

I (50)

Sampel Minyak

II (100)

Sampel

Vh = 1,4912188 cs Vh1= 1,4912188 cs Vh2= 1,7803748 cs

C A  0,0041308

T1  361 T2 A  361 T2 B  431

7.5.2. Perhitungan 

CA =

VhA 1,0038 cs  TA 250 dtk = 4,0152 x 10-3 cs/dtk



Vh = C A x T1  (4,0152 x10 3 cs / dtk ) x 364 dtk = 1,4615328 cs



Vh1

= C A  T2 A  (4,0152  10 3 cs / dtk )  364 dtk = 1,4615328 cs



Vh2

= C2 A xT2 B  (4,0152 x10 3 cs / dtk ) x428 dtk = 1,7185056 cs



C2A

=

Vh1 1,4615328 cs  T2 A 364 dtk

= 4,0152 x 10-3 cs/dtk

Konstanta

cs/dtk

C A  0,0041308

cs/dtk

59

1. Kalibrasi alat untuk menentukan koefisien viscometer (B)

 T xT  B   22A 2 B 2  xVh1 xT2 A   Vh2 xT2 B   T2 A  T2 B    364 x428  x1,4615328x364  1,7185056 x428 B   2 2   (364)  (428)  B = 625,54 cs.dtk

2. Konstanta alat keseluruhan ( C )

C A  CB 2

C

  B    B   Vh2 B   Vh1    T2 A      T2 B     T2 A T2 B       =C 2

      

  625,54     625,54   1,4615328   364   1,7185056   428          364 428            C 2

8,736 x10   7,430 x10  3

C

3

2

C  8,083 x 10-3 cs/dtk 3. Menghitung harga viscositas kinematik dengan ketentuan:

 B   T2 B 



   0.001xC xT2 B 



625,54 cs / dtk B   1,4615 cs T2 B 428 dtk

60







0,001xC xT2 B  0,001x 8,083x10 3 cs / dtk x 428 dtk

= 3,4595 x 10-3 cs 

Viskositas kinematik = C xT2 B = 8,083x10 3 cs / dtk x 428 dtk = 3,459524 cs

7.6.

Pembahasan Spesifik grafity memiliki hubungan dengan viskositas, dimana minyak yang memiliki spesific grafity yang lebih besar, maka memiliki viskositas yang tinggi pula. Semakin tingginya viskositas, maka minyak tersebut akan semakin kental. Semakin kentalnya minyak, maka kecepatan alirnya semakin lambat dan waktu alirnya semakin lambat pula. Dengan demikian viscositas berbanding terbalik dengan kecepatan alir dan waktu alirnya. Viskositas kinematik didapatkan dari perbandingan antara viskositas dinamik dengan densitas. Dari data yang telah diberikan, didapatkan viskositas kinematik dari cairan newtonia senilai 3,459524 cs. Dengan mengetahui harga viskositas kinematik dari suatu minyak maka dapat pula ditentukan besarnya tekanan yang diperlukan dalam proses produksi untuk mengalirkan minyak tersebut melalui pipa, karena apabila viskositas minyak mentah semakin besar, maka minyak tersebut tergolong dalam minyak yang lebih berat dan banyak padatan yang terkandung di dalam minyak tersebut, sehingga tekanan yang diperlukan dalam proses produksi tersebut juga semakin besar.

61

7.7.

Kesimpulan 1. Viskositas kinematik pada percobaan didapatkan dengan menggunakan rumus C x T2 B , karena





B  0,001C x T2 B . T2 B

2. Semakin tinggi viskositas, maka kecepatan alirnya semakin lambat 3. Semakin tinggi viskositas, maka waktu alirnya semakin lambat. 4. Besarnya viscositas kinematik dapat dipengaruhi oleh beberapa hal, seperti besarnya koefisien viscometer (B), konstanta alat keseluruhan (C).