Viscosity Food
-
Upload
yuhelmi-ayu -
Category
Documents
-
view
274 -
download
4
Transcript of Viscosity Food
-
7/22/2019 Viscosity Food
1/47
1
by
Dr. Yudi Pranoto
-
7/22/2019 Viscosity Food
2/47
2
Setiap orang menyadari bahwa beberapa cairanmengalir lebih mudah daripada yg lainnya
Kecenderungan fluida untuk mengalir dngmudah atau sulit telah menjadi subyek praktisdan kepentingan intelektual pada kehidupanmanusia untuk beberapa abad
Llmuwan Inggris Sir Isaac Newton (1642-1727)adalah salah seorang peneliti pendahulu ygmempelajari aliran fluida
Hipotesisnya, hambatan yg muncul dari tidakadanya kelicinan dari bagian cairan, yang lainadalah setimbang, adalah setara dng kecepatandimana bagian cairan dipisahkan satu darilainnya
-
7/22/2019 Viscosity Food
3/47
3
Prinsip itu, bahwa aliran fluida berbanding lurusdng gaya yg diterapkan, dipakai untukmenggambarkan kelas-kelas cairan, dikenal
sebagai fluida Newtonian.
Air adalah fluida Newtonian yg dikenal dng baik
Ilmuwan2 lain telah mempelajari cairan lebih
kompleksPoiseuille (1797-1869), mempelajari aliran fluidadalam pipa kapiler, dan diakui sebagai salahseorang founderviscometry modern
Sir George Gabriel Stokes (1819-1903),mempelajari aliran cairan melalui orifice(bukaan), dan diakui sebagai salah seorangfounder tipe efflux viscometer
-
7/22/2019 Viscosity Food
4/47
4
Beberapa Definisi Penting dalam
Viscometry
Aliran laminar dan Aliran turbulent
Aliran laminar adalah aliran streamline dalamsuatu fluida
Aliran tubulent adalah aliran fluida dimanakecepatan bervariasi erratical baik dalambesarnya dan arah
Perbedaan antara aliran laminar dan turbulentdigambarkan pada Fig 3.9
Seandainya, fluida dipompa melalui sebuah pipa
pada kecepatan konstan, dan benang tipis
terwarnai diinjeksikan kedalam stream mengalir
-
7/22/2019 Viscosity Food
5/47
5
-
7/22/2019 Viscosity Food
6/47
6
Jika aliran laminar terjadi, benang tipis larutan
warna akan bergerak lurus mengikuti pipa
Pada kasus aliran turbulent, ada banyak
pusaran dan aliran, yg ditunjukkan oleh garis
luaran warna terputus dan membentuk pusaran
dan vortex, seiring bergerak menyusuri pipaAliran laminar berlangsung pada kecepatan alir
rendah dan aliran turbulent pada kecepatan alir
tinggi
Perlu diingat bahwa fluida Newtonian nampak
non-Newtonian ketika shear rate adalah sangat
tinggi
-
7/22/2019 Viscosity Food
7/47
7
Viskositas dinamis (Dinamic Viscosity)
Seringkali disebut viskositas atau
viskositas mutlak, adalah friksi internal darisuatu fluida atau kecenderungannya untuk
melawan aliran
Biasanya disimbolkan dengan dandinyatakan dng persamaan
= /
dimana adalah viskositas, adalah
shear stress, dan adalah shear rate
.
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
8/47
8
Sesuai dng International Organization forStandardization (ISO), satuan pengukuran untukviskositas dinamis adalah pascal second (Pa.s)
Sejak pascal second adalah satuan pengukuranbesar, satuan lebih umum untuk fluida viskositasrendah adalah milipascal second (mPa.s), dimana1000 mPa.s = 1 Pa.s
Agak lama, tetapi masih dipakai luas adalah poise(P), dinamai dari Ilmuwan Perancis Poisseuille(1846)
Oleh karena, satuan besar, centipoise dipakai luasuntuk cairan viskositas rendah (100 cP = 1 P)
Kita disarankan untuk menggunakan sistem SI(Pa.S) atau (mPa.s), tetapi harus tahu untukmengkonversi poise dan centipoise menjadisatuan SI
-
7/22/2019 Viscosity Food
9/47
9
-
7/22/2019 Viscosity Food
10/47
10
Tabel 3.7 menunjukkan viskositas beberapa
cairan dikenal baik
Penting bahwa air pada 20oC memiliki viskositas1 mP.S = 1 cP
-
7/22/2019 Viscosity Food
11/47
11
Fluiditas
Fluiditas adalah viskositas dinamik bolak-balik
Biasanya dipakai menggantikan viskositas
Dinotasikan dengan , dan dinyatakan dengan
persamaan
= /
Viskositas kinematik
Dinyatakan sebagai viskositas mutlak dibagidengan densitas fluida
Biasa dinotasikan dengan v
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
12/47
12
v = / = /
dimana v adalah viskositas kinematik, adalahviskositas mutlak dan adalah densitas dalamgram per centimeter cubic
Satuan SI viskositas kinematik adalah meter-
square-secondViskositas kinematik diukur dalam effluxviskometer, oleh karena kecepatan alir tipeviskometer ini sebanding dengan densitas, juga
viskositasViskositas kinematik dipakai luas di industriperminyakan, dimana specific gravityhidrokarbon tidak jauh variasinya
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
13/47
13
Viskositas kinematik tidak dipakai dalam industri
pangan oleh karena kisaran luas densitas yg
dapat diatasi
Viskositas relatif
Kadangkali disebut rasio viskositas, adalah rasio
viskositas larutan terhadap viskositas solven
murni dan dinyatakan dengan persamaan
rel
= / s
dimana reladalah viskositas relatif, adalah
viskositas larutan, dan sadalah viskositas
solven
-
7/22/2019 Viscosity Food
14/47
14
Apparent viscosity
Ini adalah viskositas fluida non-Newtonian
dinyatakan seolah itu adalah fluida Newtonian
Itu adalah suatu koefisien dihitung dari data
empiris, seolah-olah fluida mematuhi hukum
Newtonian
Shear stress
Shear stress adalah komponen stressditerapkan tangensial terhadap plane pada aksi
gaya
Dinyatakan dalam unit gaya per satuan luas
-
7/22/2019 Viscosity Food
15/47
15
Adalah vektor gaya, yg menyatakan baik
besarnya maupun arahnya
Satuan SI untuk shear stress adalah
pascal (Pa) dengan satuan newton meter-2
(Nm-2)
Nomenclature committee untuk Society of
Rheology menyarankan menggunakan
untuk menyatakan shear stress dalam
aliran shear steady sederhana dan
dipakai untuk menyatakan waktu relaksasi
atau retardasi
-
7/22/2019 Viscosity Food
16/47
16
Shear rate
Shear rate adalah gradien kecepatanterbentuk dalam suatu fluida sebagai hasil
shear stress yg diterapkan
Dinyatakan dalam satuan reciprocal
second (s-1)
Nomenclature committee menyarankan
untuk menyatakan shear rate dan untuk
menyatakan shear strain
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
17/47
17
Faktor-faktor Yang Mempengaruhi
Viskositas
1. Suhu
Biasanya ada hubungan terbalik antara
viskositas dan suhuData tipikal terlihat pada Fig 3.10 yang
memplot viskositas air dan beberapa
larutan gula sebgaia fungsi suhu
-
7/22/2019 Viscosity Food
18/47
18
-
7/22/2019 Viscosity Food
19/47
19
2. Konsentrasi Solut
Biasanya adalah hubungan non-linearsecara langsung antara konsentrasi solut
dan viskositas pada suhu tetap
Fig 3.11 memperlihatkan perilakuviskositas-konsentrasi larutan garam dan
sukrosa pada suhu tetap
-
7/22/2019 Viscosity Food
20/47
20
-
7/22/2019 Viscosity Food
21/47
21
3. Berat molekul solut
Biasanya ada hubungan non-linear antara
berat molekul solut dan viskositas larutan
pada konsentrasi setimbang
Fig 3.12 memperlihatkan viskositas sirup
jagung sebagai fungsi berat molekul
Sirup jagung dibuat dengan hidrolisasi
dengan pati tingkat berat molekul tinggi
menjadi dekstrosa
-
7/22/2019 Viscosity Food
22/47
22
-
7/22/2019 Viscosity Food
23/47
23
4. Tekanan
Viskositas kebanyakan cairan pada dasarnya
konstan pada kisaran tekanan 0-100 atm
Sehingga efek tekanan biasanya dapat
diabaikan untuk pangan
5. Bahan tersuspensi
Biasanya ini sedikit meningkatkan viskositas
ketika pada konsentrasi rendah, tetapi bahantersuspensi tinggi dapat menyebabkan
peningkatan berarti oleh karena akibar antar
partikel
-
7/22/2019 Viscosity Food
24/47
24
Bahan tersuspensi konsentrasi tinggi
biasanya merubah produk non-Newtonian
dan dapat menyebabkan aliran plastisatau dilatant
Konsentrasi bahan suspensi tidak larut
memiliki efek nyata pada viskositas dantipe aliran kental
-
7/22/2019 Viscosity Food
25/47
25
Tipe-tipe perilaku viscous
1. Newtonian
Ini adalah aliran kental (viscous) sejati
Shear rate berbanding langsung dengan shear
stress dan viskositas adalah tidak tergantungshear rate dalam kisaran aliran laminer
Viskositas diberikan oleh slope kurva shearstress-shear rate (Fig 3.13)
Fluida Newtonian tipikal adalah air, minumanberair seperti teh, kopi, beer, sirup gula,minuman karbonatasi, madu, juice saring dansusu
-
7/22/2019 Viscosity Food
26/47
26
-
7/22/2019 Viscosity Food
27/47
27
Fluida Newtonian adalah tipe sifat aliranpaling sederhana
Karakteristik tipe aliran ini adalah cukupdigambarkan dengan persamaan diatas (= /)
Fluida dengan viskotas tinggi disebutviscous, sedangkan viskositas rendahdisebut mobile
banyak pangan fluida adalah tidakNewtonian, pada kenyataannya, merekamenyimpang sangat mendasar dari aliranNewtonian
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
28/47
28
2. Non-Newtonian
Kebanyakan pangan fluida dan semifluida
ada pada satu dari beberapa kelas fluidanon-Newtonian
Plast ic (atau B ingham )
Shear stress minimum, dikenal sebagaiyield stress harus berlebih sebelum
aliran mulaiTipe aliran ini sering ditemukan padabahan pangan, seperti catsup tomat,mayonnaise, krim oles, margarin
-
7/22/2019 Viscosity Food
29/47
29
Fig 3.14 memperlihatkan karakteristik
aliran plastik untuk 3 pangan fluida
Fluida A memiliki yield stress rendah;
kecepatan aliran (shear rate) berbanding
langsung dengan shear stress setelah
yield stress telah terlampaui
Fluida B dan C memiliki yield stress lebih
tinggi daripada A
-
7/22/2019 Viscosity Food
30/47
30
-
7/22/2019 Viscosity Food
31/47
31
-
7/22/2019 Viscosity Food
32/47
32
Pseudoplast ik
Tipe aliran ini, meningkatnya shear forcememberikan peningkatan sebanding pada shear
rate yg kebih, tetapi kurva mulai pada awalnya
Salad dressing adalah contoh pangan
Fig 3.18b memperlihatkan bahwa apparent
viscosity fluida pseudoplastik adalah tergantungpada shear rate dan pada pembahasan aliranplastis
Banyak fluida pseudoplastik menunjukkan
perilaku shear stress-shear rate hampir linearpada shear rate rendah
Itu disebut Newtonian regime
-
7/22/2019 Viscosity Food
33/47
33
-
7/22/2019 Viscosity Food
34/47
34
Dilatant
Plot shear stress-shear rate tipe aliran ini mulai
pada awal, tetapi disifatkan oleh peningkatanshear stress setimbang memberikan
peningkatan shear rate lebih rendah (Fig 3.19)
Contoh, padatan tinggi, suspensi pati kasar dan
beberap sirup coklat
Tipe aliran ini hanya ditemukan pada cairan yg
mengandung partikel rigid tidak larut berjumlah
tinggi dalam suspensiAliran dilatant agak jarang dalam industri
pangan dan sangat langka pada produk pangan
akhir
-
7/22/2019 Viscosity Food
35/47
35
-
7/22/2019 Viscosity Food
36/47
36
Persamaan Umum Viskositas
Semua tipe aliran diatas dapat digambarkandengan persamaan
= bs + C
Dimana adalah shear stress, b adalah faktor
proporsionalitas; (untuk fluida Newtonian, faktor
ini adalah viskositas ), C adalah yield stress, s
adalah konstanta pseudoplasitas, dimanaadalah indeks tingkat non-linieritas kurva shear
stress-shear rate, dan adalah shear rate
.
.
-
7/22/2019 Viscosity Food
37/47
37
Fig 3.20a memperlihatkan semua tipe aliran dalam
grafik tunggal
Aliran Newtonian diwakilkan oleh garis lurus mulaipada permulaan; aliran dilatant mulai pada
permulaan dan concave arah turun, aliran
pseudoplastis mulai pada awal dan concave naik.
Aliran plastik tidak mulai pada awal
-
7/22/2019 Viscosity Food
38/47
38
Persamaan umum untuk viskositas dapat dipakai
untuk semua tipe aliran diatas
Tabel 3.10 menampilkan nilai eksponensial s danintersep C untuk tipe aliran yang bervariasi
-
7/22/2019 Viscosity Food
39/47
39
Pengukuran Viskositas
Ada beberapa cara/prinsip pengukuran
1. Aliran bahan melalui Pipa Kapiler
Untuk mengukur visk cairan murni
Ostwald Viscosimeter
Waktu yg diperlukan untuk mencapai
jarak tertentu & dibandingkan air (pdo
C)Merupakan visk. relatif.
-
7/22/2019 Viscosity Food
40/47
40
2. Berdasarkan Beban Jatuh
Mengukur waktu yg diperlukan beban jatuh
melalui bahan yg diuji di dalam tabung
sampai jarak tertentu.Untuk mengukur konsistensi minyak, syrup,
krim.
Contoh : Gardner Mobilometer
-
7/22/2019 Viscosity Food
41/47
41
3. Berdasarkan Rotasi Silinder dlm bahan yg
diujiBanyak dipakai di Industri
Bhn statis & silinder berputar
Brookfield Synchrolectric ViscometerStormer Viscosimeter
Dg menghitung waktu untuk mencapai
sejumlah putaran tertentu dari silinder ygdicelup dlm bahan yg diuji (pada suhu
konstan)
-
7/22/2019 Viscosity Food
42/47
42
Stormer Viscosimeter
-
7/22/2019 Viscosity Food
43/47
43
Viscosimeter
http://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.auxilab.es/imagenes/viscosim/50801000.jpg&imgrefurl=http://www.auxilab.es/ingles/catalogo/visco.htm&h=283&w=187&sz=22&tbnid=CqargbWJnhsJ:&tbnh=110&tbnw=72&hl=id&start=14&prev=/images%3Fq%3Dviscosimeter%26svnum%3D10%26hl%3Did%26lr%3Dhttp://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.lackinstitut.de/english/dienstleistungen/grafiken/dienstleistung_9_30.jpg&imgrefurl=http://www.lackinstitut.de/english/dienstleistungen.htm&h=230&w=190&sz=13&tbnid=nK64FyIswyAJ:&tbnh=103&tbnw=85&hl=id&start=38&prev=/images%3Fq%3Dviscosimeter%26start%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Did%26lr%3D%26sa%3DN -
7/22/2019 Viscosity Food
44/47
44
4. Berdasarkan Rotasi bahan yg diuji mengitari
silinder.
Prinsip berlawanan dg cara ke-3bhn
berputar & silinder statis !!!
Sampel diputar dg motor
Mac Michael Viscosimeter
Fisher Electroviscosimeter
-
7/22/2019 Viscosity Food
45/47
45
5. Berdasarkan Konsumsi Power / Tenaga
Mengukur kebutuhan tenaga untuk
menggerakkan mixer, silinder atau jenislainnya sampai sejumlah putaran tertentu.
Kebut tenagadg Mikrowatt-jam meter
Brabender Farinographbanyak dipakaidi industri kimia & roti Seberapa tingkat
konsistensi & elastisitas adonan selama
fermentasiAlat lain : Extensographelastisitas &
sifat viskus dari adonan.
-
7/22/2019 Viscosity Food
46/47
46
6. Berdasarkan Penetrasi Kedalam Bahan
yg Diuji.
Untuk pengujian gelatin. Lem, pektin, jelli.
Bloom Gelometersemula untuk gel.
Penetrometer konsistensi bahan, misal
produk tomat.
-
7/22/2019 Viscosity Food
47/47
7. Berdasarkan Kemudahan
mengalir dari bahan
Mengukur sudut yg
diperlukan bahan untukmengalir selama waktu
tertentu.
Bostwick Consistometer