VISKOSITAS

1.1 Pengertian Viskositas


Viskositas atau kekentalan suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang

menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser.Viskositas terjadi karena adanya
interaksi antara molekul-molekul cairan.

Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik
dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida),

viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal".
Secara Umum, pada setiap aliran, lapisan-lapisan berpindah pada kecepatan

yang berbeda-beda dan viskositas fluida meningkat dari tekanan geser antara lapisan

yang secara pasti melawan setiap gaya yang diberikan.
Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas.

Sehingga cairan mempuyai koefisien viskositas yang lebih besar daripada gas.

Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur. Koefisien gas pada tekanan tidak
terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya .

Viskositas (kekentalan) dapat diartikan sebagai suatu gesekan di dalam cairan
zat cair. Kekentalan itulah maka diperlukan gaya untuk menggerakkan suatu

permukaan untuk melampaui suatu permukaan lainnya, jika diantaranya ada larutan
baik cairan maupun gas mempunyai kekentalan air lebih besar daripada gas, sehingga

zat cair dikatakan lebih kental daripada gas.

Viskositas adalah indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur
dengan mengukur laju aliran cairan melalui tabung berbentuk silinder. Viskositas ini

juga disebut sebagai kekentalan suatu zat. Jumlah volume cairan yang mengalir melalui
pipa per satuan waktu.

ŋ = viskositas cairan
V = total volume cairan

t = waktu yang dibutuhkan untuk mencair

p = tekanan yang bekerja pada cairan
L = panjang pipa

1.2 Pengertian Fluida


Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus menerus bila terkena

tegangan geser suatu fluida adalah suatu zat yang mengembang hingga memenuhi
bejana. Fluida selalu mengalir bila dikenai bekas pengubah zat cair.Fluida diartikan

dengan mempunyai volume tertentu tapi bentuk tertentu itu mengalir menyesuaikan
bentuk wadah.

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup
zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat

padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam

fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu
dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu

tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga
dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh

udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinue

apabila mengalami geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser. Sekecil

apapun dalam keadaan diam atau dalam keadaan keseimbangan, fluida tidak mampu
menahan gaya geser yang bekerja padanya, dan oleh sebab itu fluida mudah berubah

bentuk tanpa pemisahan massa.


Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan

padat plastik.Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan
kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk

dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari

ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) dalam ekuilibrium
statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya

tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluid. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah
zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan

geser walau sekecil apapun tegangan geser itu.


1.3 Hubungan Fluida dan Viskositas


Didalam fluida yang tidak diidealisir terdapat aktivitas molekuler antara bagian-

bagian lapisannya. Salah satu akibat dari adanya aktivitas ini adalah timbulnya aktivitas

internal antara bagian-bagian

tersebut, yang dapat
digambarkan sebagai gaya

luncur diantara lapisan-lapisan
fluida tadi.Hal ini dapat dilihat

dari perbedaan kecepatan
bergerak lapisan-lapisan fluida

tersebut. Bila pengamatan

dilakukan terhadap aliran fluida makin mengecil ditempat-tempat yang jaraknya
terhadap dinding pipa semakin kecil dan praktis tidak bergerak pada tempat di dinding

pipa. Sedangkan kecepatan terbesar terdapat di tengah-tengah pipa aliran.


1.4 Hukum Poisseulle


Dalam Persamaan Poisseulle dinyatakan bahwa kerugian berbanding lurus
dengan viskositas. sedangkan panjang satu debit berbanding terbalik dengan garis

tengah pangkat 4 yang telah ditentukan.

’
4
Q = µD ∆ / µ aµ ( Streeter, 1980 )
Volume yang mengalir melewati seluruh penampang lintang diperoleh dengan
mengintegralkan seluruh unsure antar r = 0 dan r = R

R
2
2
4
q = π ( P1 – P2 ) / 2 n L 0∫ ( R – r ) r dx = π / P R / n P1 – P2 / L
Rumus ini pertama kali diperkenalkan oleh Poisseulle dan dinamakan Poisseulle.

1.5 Hukum Stoke dan Kecepatan Terminal

Dalam suatu fluida ideal (fluida tidak kental) tidak ada viskositas (kekentalan)

yang menghambat lapisan-lapisan fluida ketika lapisan-lapisan tersebut menggeser satu
di atas lainnya. Dalam suatu pipa dengan luas penampang seragam (serbasama), setiap

lapisan fluida ideal bergerak dengan kecepatan yang sama demikian juga lapisan fluida

yang dekat dengan dinding pipa. Ketika viskositas (kekentalan) hadir, kecepatan
lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang bergerak pada

dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada
pusat pipa memiliki kecepatan terbesar.

Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak

benda padat. Untuk Fluida ideal, viskositas η = 0, sehingga kita selalu menganggap
bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang

disebabkan oleh fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan


tertentu dalam fluida kental, gerak benda tersebut akan dihambat oleh gaya gesekan
fluida pada benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh

Ff = kηv

Koefisien k bergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang
memiliki bentuk geometris berupa bola dengan jari-jari r, maka dari perhitungan

laboratorium ditunjukkan bahwa

k = 6πr
Dengan memasukkan nilai k ini ke dalam persamaan kita peroleh

Hukum Stokes Ff = 6πηrv
-1 -1
Dengan η adalah koefisien viskositas yang dinyatakan dalam kg m s atau Pa
s.Persamaan Ff = 6πηrv pertama kali dinyatakan oleh Sir George Stokes pada tahun
1845, sehingga persamaan ini dikenal sebagai hukum stokes.

Semakin kental suatu zat cair, maka gaya hambatnya (gaya stokes ) juga

semakin besar.
Persamaannya : FS = 6 πηrv

Keterangan : FS = Gaya Stokes ( N )
2
η = Koefisien Viskositas ( N.s/m )
r = jari-jari bola (m)
v = kecepatan relatif bola terhadap fluida ( m/s )

Kecepatan termal adalah benda yang bergerak dengan kecepatan terbesar yang tetap.

Persamaannya :


Untuk benda yang berbentuk bola dengan jari-jari r maka volume benda (vb )
4
3
adalah ( vb = π r )
3
Jadi, persamaan kecepatan termalnya yaitu :


2
V1 = 2 gr ( b - f ) / 9η

Sedangkan untuk viskositasnya adalah

2
η = 2 gr / 9V1 ( b - f )

2
Keterangan : η = koefisien Viskositas ( N.s/m )
3
b = massa jenis benda ( kg/m )
3
f = massa jenis fluida ( kg/m )
V1 = Kecepatan termal (m/s)


Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida

yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju


F = η A v



(v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang
diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas

penampang keping A adalah


Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser (F/A)

dengan laju perubahan regangan geser (v/l).


Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa : Makin besar luas keping (penampang)

yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya
sebanding dengan luas sentuh (F ≈ A). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih

besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan
(F ≈ v).



Hukum Stokes Viskositas dalam aliran fluida kental sam saja dengan gesekan
pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas η = 0 sehingga kita selalu

menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan
yang disebabkan fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan

tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya

gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan


F = η A v = A η v = k η v


Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk

geometrisnya berupa bola dengan jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium

ditunjukan bahwa k = 6 п r maka F = 6 п η r v . Persamaan itulah yang hingga kini

dikenal dengan Hukum Stokes.


Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui
melalui persamaan (rumus) : v = 2 r2 g (ρ – ρ0) 9 η



Setiap benda yang bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang

disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut. Gaya gesekan tersebut sebanding dengan
kecepatan relatip benda terhadap fluida. Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan

bergerak dalam fluida yang sifat-sifatnya, gaya gesekan yang dialami benda dapat
dirumuskan sebagai berikut : F = -6 π η r v Keterangan : F = gaya gesekan yang bekerja

pada bola η = koefisien kekentalan fluida V = kecepatan bola relatip terhadap fluida


Rumus diatas dikenal sebagai hukum stokes.Tanda minus menunjukan arah

gaya F yang berlawanan dengan kecepatan (V). Pemakaian hukum stokes memerlukan
beberapa syarat yaitu : Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya cukup luas

dibandingkan dengan ukuran benda) Tidak ada turbulensi didalam fluida Kecepatan V
tidak besar, sehingga aliran masih laminar.



Jika sebuah bola dengan rapat massa dan dilepaskan dari permukaan zat cair
tanpa kecepatan awal, maka bola tersebut mula-mula akan bergerak dipercepat. Dengan

bertambahnya kecepatan, maka bertambah besar pula gaya gesekan pada bola tersebut.

Pada akhirnya bola akan bergerak dengan kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi
keseimbangan antara gaya berat, dan gaya apung (gaya archimedes), dan gaya stokes.



Pada keadaan ini berlaku persamaan : V= (2 r²)/(9 ƞ) (ρ-ρo)


Keterangan : ρ = rapat massa bola


ρo= rapat massa fluida


Dari persamaan tersebut dapat diturunkan : T= (9 ƞ d)/(2 g r² (ρ-ρo))



Keterangan : T = waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak d


d = jarak yang tempuh

Maka jika mencari ƞ, menjadi : ƞ= (2 r² (ρ-ρo) 9)/(g v)


Suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya

makin membesar sampai mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan
terbesar yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal.



Pada saat kecepatan terminal vT tercapai, gaya-gaya yang bekerja pada benda

adalah seimbang : Ʃ F = 0


+ mg – Fa – Ff = 0



Ff = mg - Fa

Jika massa jenis benda = b, massa jenis fluida = f, dan volum benda= Vb,

maka gaya ke atas Fa = Vb f g



Berat benda mg = ( b Vb ) g


Gaya gesekan Ff = 6πηrvT ( benda dianggap berbentuk bola )


Dengan memasukkan besar ketiga gaya tersebut ke dalam persamaan Ff = mg -

Fa kita peroleh 6πηrvT = b Vb g - Vb f g → 6πηrvT = g Vb ( b - f )


Kecepatan terminal Dalam fluida kental



vT = g Vb ( b - f ) / 6πηr


Untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r, maka volume benda


4
4
3
3
Vb = π r , sehingga vT = g ( π r ) ( b - f ) / 6πηr
3 3
Kecepatan terminal Dalam fluida kental


2
2
vT = (r g) / η ( b - f )
9

1.6 Konsep Viskositas


Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat

kekentalan yang berbeda. Viskositas sebenarnya merupakan gaya gesekan antara
molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk

suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida-fluida tersebut mengalir. Pada zat
cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara

molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan
antara molekul.

Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air.

Sebaliknya, fluida yang lebih kental biasanya lebih sulit mengalir, contohnya minyak
goreng, oli, madu, dan lain-lain. Hal ini bias dibuktikan dengan menuangkan air dan

minyak goreng diatas lantai yang permukaannya miring. Pasti hasilnya air lebih cepat
mengalir dari pada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga

bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair

tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya
kental, berubah menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu

suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas hanya ada pada fluida rill (rill = nyata). Fluida

rill adalah fluida yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti air sirup, oli,

asap knalpot, dan lainnya. Fluida rill berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal
sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang

digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang
kita pakai dalam pokok bahasan fluida dinamis).

2
Satuan system internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m = Pa.s
(pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas

2
adalah dyn.s/cm = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipolse (cp).
1 cp = 1/1000 p. satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Prancis,
2
2
-1
almarhum Jean Louis Marie Poiseuille.(1 poise = 1 dyn. s/cm = 10 N.s/m ).
Fluida adalah gugusan molekul yang jarak pisahnya besar, dan kecil untuk zat
cair. Jarak antar molokulnya itu besar jika dibandingkan dengan garis tengah molekul

itu. Molekul-molekul itu tidak terikat pada suatu kisi, melainkan saling bergerak bebas

terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan fluida atau massanya kecepatan volume tidak

mempunyai makna yang tepat sebab jumlah molekul yang menempati volume tertentu

terus menerus berubah.
Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama

antara cair dan gas adalah :
a. Cairan praktis tidak kompersible, sedangkan gas kompersible dan seringkali harus

diperlakukan demikian.
b. Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas,

sedangkan agar dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh

bagian wadah tempatnya.


Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas :

 Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas

akan turun, dan begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-
partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun

kekentalannya.
 Konsentrasi larutan

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan

konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan
menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak

partikel yang terlarut, gesekan antar partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin
tinggi pula.

 Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute. Karena dengan

adanya solute yang berat akan menghambat atau member beban yang berat pada cairan

sehingga manaikkan viskositas.
 Tekanan

Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan.Makin

kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir
pada kecepatan tertentu. Viskositas disperse koloid dipengaruhi oleh bentuk partikel

dari fase disperse dengan viskositas rendah, sedang system disperse yang mengandung
koloid-koloid linier viskositasnya lebih tinggi. Hubungan antara bentuk dan viskositas

merupakan refleksi derajat solvasi dari partikel.

Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperature, maka viskositas

cairan justru akan menurun jika temperature dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang
merupakan kelebihan dari viskositas akan meningkat dengan makin tingginya

temperatur.


1.7 Viskositas Oli


























Gambar 1. Kekentalan Oli


Selain kualitas oli, tingkat kekentalan oli menjadi tolok ukur memilih oli bagi

mesin anda. Tingkat kekentalan oli dipengaruhi oleh temperatur sekitarnya.


Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan semakin kental. Lapisan halus pada oli

kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang
terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resitensi berlebihan mengalirkan oli

pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang
dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau

temperatur terendah ketika mesin dioperasikan.


Berdasarkan viskositasnya oli yang dijual dapat dikelompokkan menjadi 2

yaitu:


1. Single grade oil, yaitu oli yang mempunyai tingkat kekentalan tunggal,

misalnya SAE 20, SAE 30, SAE 40.

2. Multi grade oil, yaitu oli yang mempunyai tingkat kekentalan ganda, misalnya
SAE 5W/20, SAE 10W/ 30, SAE 20W/50, SAE 20W/50.

Untuk minyak pelumas motor, seperti diketahui ada delapan tingkat kekentalan

minyak pelumas. Yang dimaksud dengan kekentalan itu sebenarnya tidak lain dari
tahanan aliran yang tergantung dari kental atau encernya minyak tersebut. Semua

minyak pelumas jika dipanaskan akan menjadi lebih encer dan pada temperatur yang


lebih rendah akan menjadi lebih kental. Karena itu, kekentalan minyak pelumas diukur

pada temperatur tertentu.The Society of Automotive Engineers (SAE) merupakan
organisasi yang beranggotakan para ahli pengolahan minyak bumi dan ahli perencana

motor telah menetapkan standar kekentalan minyak pelumas. Angka kekentalan yang

pertama ditetapkan pada tahun 1911 dan sesudah itu telah mengalami beberapa kali
perubahan berhubung dengan adanya kemajuan dalam teknologi dan perencanaan

motor serta kemajuan dalam bidang pengolahan minyak bumi.
Angka kekentalan minyak pelumas yang banyak digunakan sekarang terdiri dari: 5W;

10W; 20W ;20 ;30; 40; 50; 60 dan 90. Dulu pernah diproduksi minyak pelumas dengan
kekentalan 90, dan 140 tapi saat ini untuk motor yang modern sudah dipakai lagi.

Kekentalan yang lebih kecil menunjukkan minyak yang lebih encer dan sebaliknya

angka yang lebih besar menunjukkan minyak yang lebih kental. Huruf W di belakang
angka kekentalan maksudnya adalah Winter yaitu untuk minyakpelumas yang khusus

digunakan untuk waktu musim dingin dan pengukuran dilakukan pada temperatur 0°F.
jenis demikian tentu saja tidak diperlukan di Indonesia. Setiap merek sepeda motor di

Indonesia merekomendasikan minyak pelumas yang digunakan. Misalnya Honda
merekomendasi minyak pelumas dengan viskositas SAE 10 W-30.



1.8 Viskositas Bensin


Bensin adalah minyak bumi yang mudah menguap dan mudah terbakar dan dipakai
sebagai bahan bakar mobil, merupakan campuran hidrokarbon cair yang diekstrak dari

gas bumi dengan bermacam-mcam metode dan distabilkan agar mendapatkan titik didih
yang cocok untuk dipadukan dengan bensin kilangan.