“Penentuan Koefisien Viskositas Minyak Kelapa Menggunakan Prinsip Stokes” Muhammad jahja, Mohamad Jahja*, Daud Yusuf ** Jurusan Fisika, Program Studi S1. Pend. Fisika F.MIPA Universitas Negeri Gorontalo Email:
[email protected] ABSTRACT Muhammad hasim. 2013. Oil Viscosity Coefficient Determination Using Stokes Principle, Physics Education Study Program. With the Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, State University of Gorontalo. The first is Dr.rer.nat Mohamad mentors and tutors jahja two are Daud Yusuf, S.Kom, M.Si. How is the relationship between the value of oil viscosity with increasing temperature. And how much influence relationships with oil viscosity coefficient of temperature rise. While the purpose of this study was to investigate the relationship of oil viscosity coefficient with increasing temperature. And to find out how much oil viscosity coefficient relationship with increasing temperature. Experiments have been conducted to determine the effect of concentration of the solution to the coefficient of viscosity of oil at a temperature of 27°C, 30°C, 80°C and 90°C with a mass of 5,48 grams and 6,73 grams. The method used is linear regression Stokes principle. The process of data retrieval is done by dropping the ball into the tube containing coconut oil to vary the distance through which the ball and measure the travel time it takes the ball in the distance past. The results were obtained solution to the coconut oil is the viscosity coefficient of 0.02 and 0.04% at a temperature of 27oC, 0.4% and 0.1% at 30 ° C, 0.36% and 0.5% at temperatures 80 ° C, 0.49% and 1.9% at a temperature of 90°C. Keywords: Linear Regression Analysis of Stokes Law, coefficient of viscosity. I.
Latar Belakang
Minyak merupakan zat makanan yang penting untuk menjaga kesehatan tubuh manusia Satu gram minyak dapat menghasilkan 9 kkal,sedangkan karbohidrat dan protein hanya menghasilkan 4 kkal/gram. Minyak kelapa khususnya dapat mencegah penyempitan pembuluh darah akibat kolestrol.Karena dalam minyak nabati terdapat asam linoleat, lenonelat dan arakidonat. Selain mencegah penyempitan pembuluh darah minyak kelapa juga sebagai pelarut vitamin A,D,E dan K.(Sutiah. 2008: 53). Allah menetapkan ukuran dan takaran pada semua makhluk ciptaan-Nya.Ukuran dan takaran ini membentuk suatu keteraturan dan keseimbangan dalam kehidupan. Seperti halnya benda lain yang memiliki keteraturan dan keseimbangan. Hal ini sesuai dengan firman Allah dalam surat Al-Mu’minun ayat 18 Artinya : Dan kami menurunkan air dari langit suatu ukuran, lalu kami jadikan air itu menetap dibumi.Dan sesungguhnya kami benar-benar berkuasa menghilangkannya. Salah satu metode untuk menentukan koefisien viskositas zat cair adalah dengan menggunakan prinsip Stokes. Metode tersebut dapat dianalisis melalui persamaan regresi linear sederhana. Metode ini didasarkan pada percobaan kelereng jatuh berdasarkan hukum stokes, kemudian dianalisis dengan persamaan regresi linear sederhana sehingga diperoleh suatu
kesetaraan. Dengan adanya kemajuan di bidang Teknologi Informasi Komunikasi (TIK), telah dibuat software origin yang mampu menganalisis data dalam hubungannya dengan persamaan regresi linear dengan teliti. II. Kajian Pustaka Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Koefisien Viskositas Koefisien viskositas zat cair dan gas dipengaruhi oleh banyak faktor.Adapun faktorfaktor tersebut adalah sebagai berikut (Sulwan, 2010: 15) 1. Tekanan 2. Temperature 3. Ukuran dan berat molekul 4. Bentuk molekul 5. Dan kekuatan molekul George Gabriel Stokes, seorang matematikawan kelahiran Irlandia, sebagian besar dalam hidupnya bekerja secara profesional menjelaskan sifat fluida. Prestasi yang paling signifikan adalah karya yang menggambarkan gerak bola dalam cairan kental.Pekerjaan ini mengarah pada pengembangan Hukum Stokes. Deskripsi matematis dari gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan bola melalui cairan, diam kental pada kecepatan tertentu. Hukum Stokes menyatakan bahwa “bila fluida sempurna yang viskositasnya nol mengalir melewati sebuah bola, atau apabila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam, garis-garis arusnya akan membentuk suatu pola yang simetris sempurna disekeliling bola itu. Tetapi jika fluida itu mempunyai kekentalan, akan ada seretan kekentalan terhadap bola itu”. Secara matematis hukum stokes tersebut dapat dituliskan (Hudson 2008:2):
Fs 6rv ...........................................................................................(1) Dengan η menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola kelereng dan v adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida.Tetapi pada kelereng juga bekerja gayaArchimedes FA sebesar berat cairan yang dipindahkan. Hal yang dapat menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes, FS=gaya Stokes =jarak gelang karet dan W=mg=gaya berat kelereng
Gambar 2.1 Prinsip Archimedes ( Jewet, 2008: 163)
Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 2.1 di atas, maka berlaku prinsip Newton tentang GLB (Gerak Lurus Beraturan) yaitu ( Jewet, 2008: 163). F m.a .................................................................................................(2) Untuk percepatan dapat ditulis:
a
d 2 dv dt 2 dt
dv w FA FS .............................................................................(3) dt Jika b menyatakan massa jenis bola, f menyatakan massa jenis fluida dan Vb m
menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan berikut: W b .Vb .g .........................................................................................(4) FA f .Vb .g .........................................................................................(5) Massa jenis bola dan massa jenis fluida dapat diukur dengan menggunakan persamaan (5 dan 6). m b b ...............................................................................................(6) Vb (m gu m f ) m gu .........................................................................(7) f Vf Dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf adalah massa fluida, V f adalah volume fluida. Dengan mensubtisusikan persamaan (1), persamaan (4), dan persamaan (5) ke persamaan (3) diperoleh persamaan (8) dv m w FA FS dt b .Vb .g b .Vb .g. 6rv
(ρ ρ ) dv b f 6πηr V .g v b dt m m = v Sehingga rumus mencari kecepatan terminal
v(t )
(1 e t ) ................................................................................. (8)
Dari persamaan 8 di integralkan sehingga persamaan jarak (s) seperti berikut
v(t )
(1 e t ) t
s (t ) v(t )dt 0
t t 2 e t 0
t
t 2 e u du 0 βt u αt ae 2 β β 0
s(t )
t t (e 1) ..............................................................(9) 2
Dimana e adalah basis logaritma natural yang kira-kira sama dengan 2,71828183 ( Jewet, 2008: 163) . Sedangkan untuk mencari nilai viskositas dan nilai ralat viskositas menggunakan persamaan 10 dan 11. 2r 2 g ( b f ) ........................................................................... (10) 9vt
2r g ( b f ) 2
9vt2
xvt ...................................................................(11)
Dan untuk mencari nilai kesalah relative menggunakan persamaan
KR III.
x100% ..................................................................................(12)
Metode penetian Penelitian ini di lakukan di laboraoium Fisika Universitas Negeri Gorontalo. Alat dan Bahan penelitian
Tabel Alat No 1 2 3 4 5 6 7 8
Nama Alat Tabung 16 L Sendok Meteran 2 m Gelang karet Stopwatch
Kegunaan Sebagai wadah untuk menampung cairan Untuk mengambil kelereng dalam tabung. Untuk mengukur jarak yang dilalui kelereng. Untuk menandai jarak yang dilalui kelereng Untuk menghitung waktu yang diperlukan oleh kelereng dalam melewati 2 gelang karet. Neraca analitik Untuk mengukur massa kelereng dan sampel zat cair Gelas ukur nst 0,1 Untuk mengukur volume dari sampel zat cair. mL dan 2 mL Termometer Untuk megukur suhu cairan.
No
Nama Bahan
Tabel 3.2 Bahan Kegunaan
1
Minyak goring
Sebagai sampel yang diteliti koefisien viskositasnya.
2
Laher/kelereng
Sebagai objek
Tekhnik Pengumpulan Data 1) Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan
Neraca analitik
Tabung 16 liter dan meteran
Bola
Termometer
Stop watch
Gelas ukur
Gambar 3.1.Peralatan eksperimen
2) Mengukur diameter kelereng menggunakan jangka sorong dan dicatat sebagai dkel. 3) Mengukur suhu minyak kelapa menggunakan termometer, dicatat sebagai T. 4) Menyiapkan tabung gelas yang berisi fluida dengan menetapkan dua gelang karet yang satu ± 20cm dibawah permukaan fluida dan yang lain ada didasar tabung ( dapat digesergeser ). 5) Mengukur jarak antara kedua gelang karet dan dicatat sebagai d1. 6) Menjatuhkan kelereng kedalam fluida tanpa kecepatan awal. 7) Mencatat waktu yang diperlukan dengan menggunakan stopwatch. 8) Mengubah jarak antara kedua gelang dengan mengeser gelang yang ada bagian bagian bawah. Sehingga jarak antara gelang menjadi d2 9) Mengulangi percobaanpada langkah 6 dan dilanjutkan pada percobaan 7. 10) Mencatat data yang diperoleh dan memasukkan kedalam table 3.3
Tabel 3.3 Rancangan Hasil Pengamatan No Jarak ( cm) 1 50 2 60 3 70 4 80 5 90 6 100 7 110 8 120 9 130 10 140 11 150
Waktu (s)
IV. Hasil Penelitian dan Pembahasan Table 4.1 Diameter bola
NO 1 2 3 DAvg mkelereng= 5,49 dan 6,73 gram DAvg =15.5633mm =1.5563cm = 1,556 X 10-2 m maka massa jenis bola yaitu: mKelereng = 5,489 gr = 0,00549 kg mKelereng = 6,73 gr = 0,00673 kg 1 1 .d Avg 3 (3,14).(0,01556) 3 6 6 = 0,000001973m 3 Massa 5,49 gram
VKelereng
=
mb 0,00549 vb 0,000001973
=2783 kg/m3 Massa 6,73 gram
mb 0,00673 vb 0,000001973
=3412 kg/m3 Massa jenis minyak goreng Vminyak goreng = 16 =0,0016m3 mgelas ukur = 126.9 gr=0,1269 kg mgelas ukur + minyak goreng =139.4= 0,1394 kg
D (mm) 15.56 15.67 15.56 15.5633
mminyak goreng f
mf Vf
= 12.5 gr = 0,0125 kg
0,0125 3 0,782 kg/m 0,016
Table 4.2Hasil Perhitungan Kecepatan Bola untuk massa 5,4 gram Suhu (oC) 27 30 80 90
1,02 1,10 1,8 1,91
( m/s) 0,02 0,03 0,06 0,07
Table 4.3 Hasil Perhitungan Kecepatan terminal untuk bola 6,73 gram Suhu (oC) 27 30 80 90
1,13 1,19 1,88 2,49
( m/s) 0,03 0,05 0,07 0,12
Tabel 4.3 Kecepatan terminal kelereng, koefisien viskositas Untuk massa 5,48 gram dan 6,73 gram Suhu (°C) 27
1,02
30 80 90
1,10 1,8 1,91
Massa 5,48 gram ( m/s) . 3,7400 ± 0,02 0,0001 3,4240 ±0,0013 0,03 1,980± 0,007 0,06 1,920± 0,009 0,07
Massa 6,73 gram ( m/s) . 3,9793 0,0014 1,13 0,03 3,778±0,003 2,392± 0,009 1.81± 0,03
1,19 0,05 1,88 0,07 2,49 0,12
Tabel 4.4 Hubungan suhu, koefisien viskositas, dan ralat koefisien viskositas minyak kelapa dengan massa 5,48 gram Suhu (oC) 27 30 80 90
. 3,7400 ± 0,0001 3,4240 ±0,0013 1,980± 0,007 1,920± 0,009
KR (%) 0,02 0,04 0,36 0,49
Tabel 4.5 Hubungan suhu, koefisien viskositas, dan ralat koefisien viskositas minyak kelapa dengan massa 6,73 gram Suhu (oC) 27 30 80 90
KR (%) 0,04 0,1 0,5 1,9
. 3,9793 0,0014 3,778±0,003 2,392± 0,009 1.81± 0,03
Untuk melihat pengaruh berikut ini
suhu terhadap koefisien viskositas, diberikan pada grafik
3.5
5,48 gram 6,73 gram Exp3P1 Fit of Sheet1 viskositas Exp3P1 Fit of Sheet1 viskositas
3.0
-2
viskositas (10 (Pa.s))
4.0
2.5
2.0
1.5 20
30
40
50
60
70
80
90
100
O
suhu ( C) Gambar 4.3 hubungan suhu dengan viskositas dengan massa 5,48 gram dan 6,78 gram Analisis Data Untuk melihat keberartian data hasil eksperimen yang diperoleh, maka dilakukan analisis dengan data hasil eksperimen yang dilakukan oleh Kailas M. Talkit, dkk dan Bernard senge,dkk Karena dengan membandingkan data kita dapat melihat keberhasilan dari eksperimen tersebut.
Table 4.6 perbandingan koefisien viskositas dengan literatur N Massa 5,49 gr Massa 6,73 gr Suhu o (mPa.s) (mPa.s) (oC) 1
27
2
30
3
80
4
90
37,400 ± 0,001 34,240 ±0,013
3,9793 0,0014
19,80± 0,07
2,392± 0,009
19,20± 0,09
1,81± 0,03
3,778±0,003
(mPa.s) (literarur)
35,4 (Bernhard Senge,dkk.2008). 28.30 ( kailas M. talkit,dkk. 2012:492). -
Dari table diatas dapat disimpulkan bahwa perbedaan antara hasil eksperimen yang saya lakukan dengan hasil eksperimen peneliti lain, tidak beda jauh dengan literatur. Ini ditujukan pada suhu 30°C perbedaanya 5,1 mPa.s dan 4,8 mPa.s dam pada suhu 80°C perbedaannya 8,5 mPa.s dan 9,0 mPa.s Table 4.7 korelasi untuk viskositas minyak kelapa dengan literature Kostanta Massa A B 5,49 gr -6,53 0,02 25,2 0,8 6,73 gr -6,7 0,1 26 4 Literature Data 1,0945 -2,26145.10-3 (Hossen Noureddini, 1992) Literature Data -7,9 0,2 73 (Sege, 2008) Literature Data -6,5 0,1 51 (Talkit, 2012) Dari table diatas dapat disimpulkan bahwa perbedaan antara hasil eksperimen yang saya lakukan dengan hasil eksperimen peneliti lain, tidak beda jauh dengan peneliti sebelumnya. 4.5 Kemungkinan Kesalahan Kemungkinan kesalahan dalam melakukan eksperimen ini adalah: 1) Dari segi peneliti, yakni kurangnya teliti dalam menekan stopwatch (menghidupkan dan mematikan stopwatch) saat bola melewati jarak yang telah ditentukan. 2) Dari segi bahan bola yang berbeda mempenggaruhi hasil penelitian ini. 3) Dari segi alat ukur dan objek yang digunakan, yakni: Gelas ukur yang digunakan dalam mengukur volume dari sampelcairan memiliki nst 0,1 mL masih besar. V.
Penutup
Kesimpulan Dari hasil eksperimen yang dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan diantaranya sebagai berikut:
1) Hubungan suhu dengan koefisien viskositas minyak kelapa berbanding terbalik. Karena pada suhu rendah nilai koefisien viskositas menjadi besar, ketika koefisien suhu tinggi nilai koefisien viskositas menjadi rendah. 2) Hubungan antara suhu dengan kecepatan terminalberbanding lurus. Karena semakin tinggi suhu minyak kelapa semakin tinggi pula nilai kecepatan terminal minyak kelapa. Saran Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan, maka peneliti dapat memberikan beberapa saran diantaranya sebagai berikut: 1) Sebaiknya dalam menentukan viskositas zat cair dengan metode bola jatuh (hukum Stokes) agar menggunakan alat ukur waktu otomatis karena keterbatasan mata manusia. 2) Disarankan kepada peneliti selanjutnya agar massa jenis objek yang digunakan tidak berbeda jauh dengan massa jenis cairan yang diteliti agar jatuhnya bola dalam zat cair semakin lambat sehingga pengamatannya semakin teliti. DAFTAR PUSTAKA Budianto, Anwar. 2008. Metode Penentuan Kekentalan zat Cair Dengan Menggunakan Regresi Linier. ISSN 1978-0176:Seminar Nasional SDM Teknologi Nuklir. Yogyakarta, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I. Jakarta: Erlangga Hastuti, Erna, Muthmainah. Rani, Erika. Hardiyatul, Maulana, Rizky. 2010. Jurnal analisis karakteristik penggaruh suhu dan kontaaminan terhadap viskositas oli menggunakan rotary viscometer. Malang, UIN Maulana Malik Ibrahim. Jewet, serway.2004. physiscs for scientist and enginers: Pomona : California State Polytechnics University. Noureddini, Hossein. 1992. Viscosities of vegetable oils and fatty acids. Lincoln, University of Nebraska. Sege, Bernard,dkk. 2008. Rheological properties and phase change behaviors of coconut fats and oils.Technische Universität Berlin/ Department of Food Rheology:Germany Sucirayanti, Eka. 2010.Otomatisasi Pengukuran Koefisien Viskositas Zat Cair Menggunakan Gelombang Ultrasonic. Malang, UIN Maulana Malik Ibrahim. Sugiono. 2009. Stastistika Untuk Penelitian. Bandung: Alfabeta Supranto. J. 2009. Statistic teori dan aplikasi. Jakarta: Erlangga. Sutiah,dkk. 2008. Studi Kualitas Minyak Goreng Dengan Parameter Viskositas Dan Indeks Bias. UNDIP Talkit, Kailas M. 2012.Physicochemical Properties of Soybean Oil and Their Blends with Vegetable oils for the Evaluation of Lubrication Properties.Maharashtra: India Zuhaili, Wahbah,dkk. 2008. Alqur’an Seven In One( terjemahan oleh : Imam Ghazali Masykur, Ahmad Syaikhu, dan M. tatam Wijaya). Jakarta Timur: Almahira.
