Transcript rheologi part 1
RHEOLOGI
Oleh : Diyan Ajeng. R, MPh., Apt
Asal kata : Rheos : ilmu Rogos : mengalir
Rheologi
Viskositas : Suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir
Penerapan rheologi dalam :bidang farmasi
1.
Cairan Pencampuran Pengurangan ukuran partikel dari sistem sistem dispersi dengan shear Pelewatan melalui mulut,penuangan, pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntik Perpindahan cairan Stabilitas fisik sistem dispersi
2.
Semi solid Penyebaran dan pelekatan pada kulit Pemindahan dari wadah/tube Kemampuan zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairan Pelepasan obat dari basisnya
3.
Padatan Aliran serbuk dari corong ke lubang cetakan tablet/kapsul Pengemasan serbuk/granul 4.
Pemprosesan Kapasitas produksi alat Efisiensi pemrosesan
Tipe aliran
Sistem New ton Sistem Non Newton
G
dv dr
= rate of shear = perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.
F
F
'
A
= shearing stress =gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.
SISTEM NEWTON
Mengikuti hukum aliran Newton Makin besar viskositas suatu cairan, makin besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.
F ' .
A Di mana : dv dr F G = koefisien viskositas ~ viskositas
Satuan viskositas : poise = dyne detik cm-2 Cps (centipoise) = 0,01 poise
F
'
dr Adv
dyne
cm cm
2
cm
det
dyne
det
cm
2
Fluiditas, , didefinisikan kebalikan dari viskositas 1 Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatan Viskositas kinematis Satuan : stoke(s) atau centi stokes
Contoh soal : Dengan viskometer Ostwald, didapat viskositas aseton 0,313 cp pada 250C. Kerapatan aseton (250C) = 0,788 g/cm3. Berapa viskositas kinematis aseton?
Jika diketahui viskositas air (250C) = 0,8904 cp. Berapa viskositas aseton relatif terhadap air pada 250C?
Ketergantungan Temperatur dan Teori viskositas
Viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur Viskositas cairan menurun jika temperatur dinaikkan Fluiditas kebalikan dari viskositas Fluiditas cairan meningkat jika temperatur dinaikkan
Persamaan kinetika Arrhenius
A e Ea RT
A= konstanta yang tergantung dari bobot molekul Ea= Energi pengaktifan
Shearing stress a) Aliran Newton f Shearing stress b) Aliran Plastis
Shearing stress c) Aliran pseudoplastis Shearing stress d) Aliran dilatan
SISTEM NON NEWTON
Aliran plastis Aliran Pseudoplastis Aliran Dilatan
1. Aliran Plastis
Disebut sebagai Bingham bodies Kurva plastis tidak melewati titik (0,0), tetapi memotong sumbu
shearing stress
, dikenal dengan
harga yield (yield value)
.
f Shearing stress
Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padat Kemiringan rheogram disebut
mobility
≈ fluiditas pada sistem Newton.
Kebalikannya adalah
viskositas plastis
= U
U
F
G f
f= yield value dalam dyne cm-2
Contoh soal : Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne cm-2. Pada shearing stress di atas yield value, F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = 8000 dyne cm 2, hitung viskositas plastis sampel tsb !
Contoh : Partikel terflokulasi pada suspensi Terbentuk struktur kontinu Adanya gaya van der waals (ikatan antar partikel) Partikel terflokulasi pada suspensi
Yield value
Ikatan pecah aliran padat terjadi
2. Aliran Pseudopastis
Contoh : dispersi cair dari tragakan, Na alginat, metil selulosa, CMC Na Viskositas berkurang dengan meningkatnya rate 0f shear (cairan menjadi encer)
Disebut shear thinning system
Shearing stress
F N ' G • Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat menjadi non-Newton • N=1, alirannya adalah Aliran Newton log G N log F log ' Persamaan Regresi Linear
3. Aliran Dilatan
Suspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya
rate of shear.
Volume meningkat dengan terjadinya
shear
disebut dilatan
Disebut sebagai
shear 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
THIKSOTROPI
Menunjukkan adanya pemecahan struktur yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau dikurangi Terjadi pada
shear thinning system
(plastis, atau pseudoplastis) Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena
shearing
.
Pseudoplastis Plastis Shearing stress Gambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis
Pengukuran thiksotropi
Dengan melihat putaran histeresis yang dibentuk oleh kurva menaik dan menurun dari rheogram.
Luas daerah histeresis merupakan suatu ukuran pemecahan thiksotropi.
Pengukuran untuk plastis (bingham bodies)
1. Menentukan pemecahan struktural terhadap waktu pada rate of shear konstan.
1/U1 -----t2------ --t1-- B U ln 1 U 2 t 2 t 1 1/U2 B= konstanta thiksotropi Shearing stress
2. Menentukan pemecahan struktural karena meningkatnya shear rate .
1/U1 M 2 ( U 1 U 2 ) ln ( V 2 V 1 ) 2 1/U1 M = konstanta thiksotropi Shearing stress
Thiksotropi negatif atau antithiksotropi
Menyatakan kenaikan konsistensi pada kurva yang menurun.
Contoh : magma magnesia Shearing stress
Penyebab : Meningkatnya frekuensi tumbukan dari partikel-partikel terdispers, atau molekul molekul polimer dalam suspensi, menyebabkan ikatan antar partikel naik, sehingga dalam keadaan keseimbangan membentuk gumpalan-gumpalan besar. Dalam keadaan diam, gumpalan pecah menjadi partikel-partikel.
Rheopeksi
Suatu gejala di mana suatu sol membentuk gel lebih cepat jika diaduk perperlahan lahan atau kalau dishear daripada jika dibiarkan tanpa pengadukan Anti thiksotropi rheopeksi
☺ Pada rheopeksi sistem terdeflokulasi dan berisi solid dispersi lebih dari 50% ☺ Pada antithiksotropi sistem terflokulasi dan berisi solid dispersi 1- 10 %.
gel pd rheopeksi : Bentuk keseimbangan ☺ Bentuk keseimbangan Pd antithiksotropi :sol
Pemilihan Viskometer
Semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton dan hanya viskometer yang mempunyai kontrol
shear stress
yang bervariasi dapat digunakan untuk bahan-bahan Non Newton.
Macam-macam viskometer
Visk. Kapiler Visk. Bola jatuh Sistem Newton Visk. Cup & bob Visk. Kerucut dan lempeng Sistem Newton dan Non Newton
1. Viskometer kapiler
Disebut sebagai viskometer ostwald Dasar : Hukum Poiseuille r 4 t P 8 l V
Karena P tergantung pada kerapatan cairan ( ), maka :
K
t
P
K
t
1 2 1 2 t 1 t 2
Contoh soal Jika waktu yang dibutuhkan aseton untuk mengalir antara kedua tanda pada viskometer Ostwald adalah 45 detik, untuk air adalah 100 detik (250C).
Diketahui kerapatan aseton 0,788 gram cm-3, kerapatan air 0,997 gram cm-3 dan viskositas air 0,8904 cps.
Berapa viskositas aseton ?
2. Viskometer Bola Jatuh
Disebut viskometer Hoeppler Prinsip : Suatu bola gelas/besi jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan uji pada temperatur konstan. Laju jatuhnya bola dengan dan tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut.
t ( S b S f ) B Dimana : t : waktu (lamanya bola jatuh) Sb : Gravitasi jenis dari bola Sf : Gravitasi jenis dari cairan B : Konstanta bola
3. Viskometer
‘
Cup
’
and
‘
Bob
’
Prinsip : Sampel di ’ shear ’ luar, ‘ bob ’ dalam ruang antara dinding (rotor) dan dinding dalam mangkuk ( ‘ cup ’ ).
Viskometer Couette, mis : visk. Mac Michael Mangkuk yang berputar Viskometer Searle, mis : visk. Rotovisco, visk. Stormer Rotor yang berputar
Viskometer stormer
K v w v Dimana : Kv : Konstanta alat W : berat beban V : rpm Untuk aliran plastis U K v w w f v Dimana : Wf : intersep yield value dalam gram
Yield value f K f w f K f K v x 2 x 60 2 , 303 1 log ( R c R b ) Dimana : Rc : jari-jari mangkok Rb : jari-jari rotor
Contoh soal : Suatu sampel gel dianalisis dengan viskometer Stormer yang dimodifikasi. Berat w sebesar 450 gram menghasilkan kecepatan rotor v 350 rpm. Suatu seri kecepatan diperoleh dengan menggunakan berat pengendali lainnya, diperoleh suatu rheogram aliran plastis. Intersep yield value wf diperoleh dengan mengekstrapolasi kurva tersebut terhadap sumbu shearing stress di mana v = 0, wf = 225 gram. Konstanta alat Kv = 52,0 dan Kf = 20,0. Berapakah vikositas plastis dan yield value sampel tersebut?
4.
Viskometer Kerucut dan Lempeng
Contoh : viskometer Ferranti – Shirley Prinsip : Kerucut dikemudikan motor dengan kecepatan yang berubah-ubah, sampel dishear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar.
Rate of shear
: rpm (dengan dial pemilih).
Shearing stress
: puntiran (dibaca pada skala penunjuk).
Untuk cairan Newton C T v dimana : C = konstanta alat T = puntiran (torque) V = rpm Untuk cairan plastis : U C T T f v f C f x T f
Thank
’