1

RHEOLOGYPendahuluanRheology berasal dari bahasa Yunani “Rheo”

(mengalir) dan “Logos” (ilmu) Maka Rheologi adalah kajian tentang bentuk

dan sifat aliranIstilah Rheologi pertamakali digunakan oleh

Bingham dan Crawford untuk menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari padatan

lmuwan Inggris Sir Isaac Newton (1642-1727) adalah salah seorang peneliti pendahulu yg mempelajari aliran fluida

Beberapa Definisi Penting dalam ViscometryAliran laminar dan Aliran turbulentAliran laminar adalah aliran streamline dalam

suatu fluida. Aliran jenis ini menunjukan sifat aliran untuk cairan encer gerak perlahan. (memenuhi teori aliran Newton)

Aliran tubulent adalah aliran fluida dimana kecepatan bervariasi “erratical” baik dalam besarnya dan arah

Perbedaan antara aliran laminar dan turbulent digambarkan pada Fig 3.9

Seandainya, fluida dipompa melalui sebuah pipa pada kecepatan konstan, dan benang tipis terwarnai diinjeksikan kedalam stream mengalir 3

4

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 pipa

Aliran laminar berlangsung pada kecepatan alir rendah dan aliran turbulent pada kecepatan alir tinggi

5

VISKOSITASViskositas fluida merupakan ukuran

ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk.

Kekentalan (viskositas;η) adalah suatu ungkapan dari resistensi zat cair untuk mengalir. Semakin tinggi viskositas aliran akan semakin besar resistensinya. Viskositas berpengaruh terhadap laju penyerapan obat dari saluran pencernaan

6

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Viskositas

1. SuhuBiasanya 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

Tabel 3.7 menunjukkan viskositas beberapa cairan

Penting bahwa air pada 20oC memiliki viskositas 1 cP

8

2. Konsentrasi SolutBiasanya adalah hubungan non-linear secara

langsung antara konsentrasi solut dan viskositas pada suhu tetap

Fig 3.11 memperlihatkan perilaku viskositas-konsentrasi larutan garam dan sukrosa pada suhu tetap

9

10

11

4. TekananViskositas kebanyakan cairan pada dasarnya

konstan pada kisaran tekanan 0-100 atmSehingga efek tekanan biasanya dapat diabaikan

5. Bahan tersuspensiBiasanya ini sedikit meningkatkan viskositas

ketika pada konsentrasi rendah, tetapi bahan tersuspensi tinggi dapat menyebabkan peningkatan berarti oleh karena akibar antar partikel

Konsentrasi bahan suspensi tidak larut memiliki efek nyata pada viskositas dan tipe aliran kental

12

TIPE ALIRAN SECARA UMUM

13

Tipe aliranSistem New tonSistem Non Newton

Aliran diibaratkan setumpuk kartu, dimana lapisan dasar dianggap menempel dan bagian atas bergerak dengan kecepatan konstan, setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dari lapisan yang diam. Perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan dipisah oleh suatu jarak yang kecil sekali (dr) maka perbedaan kecepatan (rate of shear) adalah dv/dr dan gaya per satuan luas F’/A yang diperlukan untuk menyebabkan aliran (shearing stress)

Bila suatu cairan dituangkan dari botol ke gelas

Aliran cairanF' A

dr

dv

= rate of shear

= perbedaan kecepatan antara 2 bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil.

= shearing stress

=gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.

dr

dvG

A

FF

'

SISTEM NEWTONMengikuti hukum aliran NewtonMakin besar viskositas suatu cairan, makin

besar gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.

Di mana : = koefisien viskositas ~ viskositas

G

F

dr

dv.

A

'F

Satuan viskositas : poise = dyne detik cm-2

Cps (centipoise) = 0,01 poise

22

det

det

'

cm

dynecmcm

cmdyne

Adv

drF

Fluiditas, , didefinisikan kebalikan dari viskositas

Viskositas kinematis = viskositas absolut, merupakan viskositas dibagi dengan kerapatan

1

Viskositas kinematis

Satuan : poise/( g/cm3) = stoke(s)

Contoh soal :Dengan menggunakan viskometer diperoleh

bahwa viskositas aseton pada suhu 25oC adalah 0.313 cp. Diketahui kerapatan Aseton pada suhu 25oC adalah 0,788 g/cm3berapakah viskositas kinematis aseton pada suhu 25oC

Jawab ƞKinematis = ƞ/ρ

ƞKinematis = 0.313 cp /0,788 g/cm3

ƞKinematis = 3,97 poise/( g/cm3)

ƞKinematis = 3,97 Stoke

SISTEM NON NEWTONAliran plastisAliran PseudoplastisAliran Dilatan

Rat

e of

she

ar

Shearing stress

a) Aliran Newton b) Aliran PlastisR

ate

of s

hear

Shearing stress

f

Rat

e of

she

ar

Shearing stress

Rat

e of

she

ar

Shearing stress

c) Aliran pseudoplastis

d) Aliran dilatan

1. Aliran PlastisDisebut sebagai Bingham bodiesKurva plastis tidak melewati titik (0,0), tetapi memotong sumbu shearing stress, dikenal dengan harga yield (yield value).

Rat

e of

she

arShearing stress

f

Harga stress dibawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (seperti zat padatKemiringan rheogram disebut mobility ≈ fluiditas pada sistem Newton.Kebalikannya adalah viskositas plastis = U

G

fFU

f= yield value dalam dyne cm-2

Contoh soal :Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne cm-2. F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 det-1 pada saat F = 8000 dyne cm-2, hitung viskositas plastis sampel tsb !

2. Aliran Pseudopastis2. Aliran PseudopastisContoh : Contoh : dispersi cair dispersi cair dari tragakan, Na dari tragakan, Na alginat, metil alginat, metil selulosa, CMC Naselulosa, CMC NaViskositas berkurang Viskositas berkurang dengan dengan meningkatnya rate 0f meningkatnya rate 0f shear (cairan shear (cairan menjadi encer)menjadi encer)Disebut shear Disebut shear thinning systemthinning system

Rat

e of

she

arShearing stress

3. Aliran DilatanSuspensi tertentu (persentase zat padat terdispersi tinggi) peningkatan daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya rate of shear.Volume meningkat dengan terjadinya shear disebut dilatanDisebut sebagai shear thickening system.

G

Partikel tertutup rapat

Volume kosong minimum

Pembawa cukup

Partikel susun longgar

Volume kosong meningkat

Pembawa tidak cukup

THIKSOTROPIMenunjukkan adanya pemecahan struktur

yang tidak terbentuk dengan segera jika stress dihilangkan atau dikurangi

Didefinisikan sebagai suatu pemulihan isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing.

Rat

e of

she

ar

Shearing stress

Plastis

Pseudoplastis

Gambar thiksotropi pada aliran plastis dan pseudoplastis

Thiksotropi negatif atau antithiksotropiMenyatakan

kenaikan konsistensi pada kurva yang menurun.

Contoh : magma magnesia

Rat

e of

she

ar

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.

Pemilihan ViskometerSemua 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

Visk. Cup & bob Visk. Kerucut dan lempeng

Sistem Newton

Sistem Newton dan

Non Newton

1. Viskometer kapiler Disebut sebagai viskometer ostwaldDasar : Hukum Poiseuille

Vl8

Ptr 4

2. Viskometer Bola JatuhDisebut viskometer HoepplerPrinsip :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.

B)SS(t fb

Dimana :

t : waktu (lamanya bola jatuh)

Sb : Gravitasi jenis dari bola

Sf : Gravitasi jenis dari cairan

B : Konstanta bola

Viscosimeter brookfield

39

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

Viskositas relatifKadangkali disebut rasio viskositas,

adalah rasio viskositas larutan terhadap viskositas solven murni dan dinyatakan dengan persamaan

ηrel = η / ηs

dimana ηrel adalah viskositas relatif, η adalah viskositas larutan, dan ηs adalah viskositas solven

43

PSIKORHEOLOGISelain sifat farmasetik dan farmakologis yang

diinginkan, suatu sediaan terutama semisolid dan liquid harus mencapai persaratan rasa, daya sebar, warna, bau dan sifat-sifaf psikologis dan sensori lain. Selain untuk bidang farmasi Psikorheoligi juga diterapkan diindustri pangan (keju, coklat, mayonnaise, dsb), dengan tujuan guna mendapatkan konsistensi yang tepat selama pembuatan, pengemasan dan penggunaan akhir.