iv rheologi bahan padat dan tekstur.ppt

7/22/2019 IV RHEOLOGI BAHAN PADAT DAN TEKSTUR.ppt

1/25

RHEOLOGI BAHAN PADATDAN TEKSTUR

1. Konsep dasar rheologi

Rheologi :ilmu pengetahuan yang mempelajarideformasi dan aliran.

(Rheologi juga memperhatikan pengaruhwaktu pembebanan pada suatu benda)

Rheologi : sifat mekanis bahan yangdinyatakan berdasar tiga parameter yaitu

gaya, deformasi dan waktu.Contoh sifat rheologi bahan hasil pertanian :

elastisitas, viskositas dan viskoelastisitas


2/25

Rheologi

rheologi bahan padat (deformasi)

elastis plastis (inelastis)

rheologi zat cair (aliran)

zat cair plastis zat cair viskus


3/25

2. Stress dan deformasi

Benda dikenai gaya mengalami tegangan(Stress).

Stress menghasilkan deformasi (perubahanbentuk) atau strain.

Gaya F Stress = atau =

Area A

Perpanjangan L

Strain = atau =Panjang semula L


4/25

3. Perilaku Elatis

Benda padat ideal (Hookean) :- tidak berstruktur (tidak mempunyai atom)

- isotropik (sifatnya sama ke semua arah)

menghasilkan sifat : elastis

Bahan hasil pertanian hampir tidak ada

yang ideal.Bahan elastis dikenai berbagai gaya (beban)akan menghasilkan perpanjangan


5/25

Stress Beban

C C

A D A D

B B

0 Strain 0 Perpanjangan

(a) (b)

Hubungan stress-strain (a) dan beban-perpanjangan (b) pada bahan elastis


6/25

A = batas elastis bahan

OA = hub linier antara stress dan strain

bhn cepat kembali ke panjang semula bilabeban dilepas

AB = sedikit penambahan gaya perpanjanganbesar ~ bahan menjadi plastis

Transisi ditandai oleh Yield Point (BioyieldPoint)

deformasi permanen, meskipun tegangan

(gaya) dihilangkan. BC = gaya terus dinaikkan perpanjangan naik

cepat

C = mulai putus/pecah, gaya untuk memecah

sebesar gaya per unit area di titik C.


7/25

Dng cara tsb besar gaya untuk merusak bahandiketahui.

Pada posisi yield point bahan belum rusak, tetapi

struktur makro berubah (misalnya pemampatanpori).

Pada saat pecah : struktur selnya rusak

Bhn ulet :ada tegangan bertambah panjangsampai bts ttt di atas batas elastis dan akanmengalami deformasi plastis

Bhn rapuh: segera patah setelah batas elastis

Bhn keras : tahan deformasi (gaya besar strainkecil)

Bahan lunak: gaya besar strain besar

Bahan kuat: perlu gaya besar untuk pecah,

Bahan lemah: perlu sedikit gaya untuk pecah


8/25

3.1 Modulus Young (E) = moduluselastisitas

Modulus Young menyatakan kekerasan ataukekuatan bahan.

= stress/ strain

Stress = x strain

Bila pada gaya yang sama mempunyai nilai

modulus yang lebih besar deformasi bhn yg

terjadi lbh sedikit sehingga bahan lebih keras


9/25

3.2 Modulus Geser (G) = Modulusrigiditas

L

H

G = /tan Bila sudutnya kecil maka = tan , dimana

adalah sudut dalam radian, sehingga :

G = /


10/25

3.3 Rasio Poisson Benda ditarik atau ditekan lebar berubah

- Kompresi silinder diameter bertambah- Peregangan silinder diameter berkurang

Rasio Poisson : rasio kontraksi samping (sbg fraksidiameter) terhadap strain longitudinal.

d/D dL lateral strainp = = =e/L De longitudinal strain

d = deformasi D = diametere = perpanjangan L = panjang

p = 0,5 diregang/ditekan vol tetap

p = 0 ditekan diameternya tetap (struktur

hanya udr)


11/25

3.4 Modulus Kamba (K) Benda tenggelam di air terkena tekanan

karena penambahan kedalaman air

Sebaliknya bila gelembung udara naik ukurannya akan semakin besar

Deformasi karena tekanan hidrostatik darisemua arah disebut strain volumetrik(V/V)

Modulus kamba adalah rasio antara tekananhidrostatik dengan strain volumetrik.

Tekanan hidrostatik (Nm-2)K =

Strain volumetrik (V/V)


12/25

4 Perilaku Viskoelastis

Benda viskoelastis menunjukkan sifatelastisdan viskusbersama-sama

Bila tegangan geser dihilangkan daribenda viskoelastis strain tidak segeraturun menjadi 0 (nol)

(Catatan = pada benda elastis strainnyasegera mejadi 0)

Contoh dari bahan viskoelastis antaralain :adonan, keju, produk-produk gel dll


13/25

Deformasi Deformasi

beban lepas beban lepas

(a) Waktu (b) Waktu

Kurva deformasi untuk bahan elastis(a)

dan bahan viskoelastis (b)


14/25

4.1 Hubungan deformasi waktu

Bahan viskoelastis dikenai tegangan geser dngbesar tetap strain berubah dengan waktu,tegangan geser dihilangkan strain berubah:

Strain

C

D

B E

A

Waktu

Hubungan deformasi waktu untuk bahanviskoelastis


15/25

Saat beban mulai dikenakan terjadideformasi elastis cukup cepat (AB), diikuti

deformasi lambat (BC) Beban diambil terjadi pengembalian elastis

dengan cepat (CD), diikuti pengembalianlambat (DE)

Pada posisi E bahan tidak pernah kembali kekeadaan semula, tetapi terjadi deformasipermanen


16/25

4.2 Relaksasi Tegangan

Bahan dikenai tegangan geser, kemudian

tegangan dibiarkan relax pada strain tetap(dijaga konstan)

Pada strain tetap stress akan turun

Stress

Waktu

Hub stress &lama aplikasi pd strain tetap


17/25

Waktu relaksasi : waktu yg diperlukan

tegangan pada strain tetap untuk turunmencapai 1/e (e = 2,718.) dari harga semula(sekitar 36,8%)

Bila waktu ini berlebihan perlu dipikirkan

beberapa waktu relaksasi lain (mis 70-50%) Waktu relaksasi sebanding dengan /G

Bila waktu relaksasi:

- tinggi diasosiasikan gaya viskus lbh dominan- rendah gaya elastis lebih dominan.


18/25

4.3 Efek Weissenberg

Perilaku cairan pada tangki pengadukan

a = normal, b = viskoelastik


19/25

Cairan Newtonian diaduk dalam bejana

gerakan sirkuler menyebabkan pusaran Pada bahan viskoelastis gerakan sirkuler

merambat ke tangkai pengaduk sehinggamuncul Efek Weissenberg (lihat Gambar)

~ Hal ini disebabkan oleh gaya normal padasisi/sudut sebelah kanan terhadap gayaberputar, kemudian bereaksi pada bidang

horizontal.


20/25

5 Pengukuran tekstur secara obyektif

Tekstur pada bahan hasil pertanian mempunyai sensasi bermaca-macamtergantung komoditi

Tekstur pada buah akan berbeda dengan

tekstur biskuit, es krim atau margarin Tekstur dipengaruhi oleh sifat fisik dan kimia

Penilaian tekstur bisa dilakukan secara sensorismaupun menggunakan instrumen.


21/25

Pada pengukuran tekstur secara obyektif ada 2prinsip utama :

a. Menghitung gaya. Gaya yg diperlukan untuk menusuk,

memecah atau merubah bentuk dihitung

Bila alat ditekankan pada bahan pecah

irreversible atau terjadi aliran. Kedalamanpenetrasi dipertahankan, kemudian gayayang digunakan dicatat

b. Menghitung jarak

Bahan dikenai gaya konstan terjadideformasi, deformasi yang terbentuk dihitung


22/25


23/25

Kerucut diletakkan pada permukaan bahan &dilepaskan selama waktu ttt, dikelem & dihitungkedalaman penetrasinya

Kedalaman penetrasi tgt : berat kerucut dansudut, jenis bahan, suhu dan waktu

Pengukuran dilakukan bbrp kali agar representatif

Penetrometer sangat baik digunakan untukmenentukan yield bahan plastis.

g m

o=p2tan2(1/2c)

p = kedalaman penetrasi setelah 5 detik (m)

m = berat kerucut (kg)

c = sudut kerucut


24/25

5.2 Teksturometer umum

Didesain untuk simulasi pengunyahan

Bahan ditekan dua kali dengan menekanplungerpada jarak standar (biasanya 35 mm)dan gaya yang dipakai dihitung

Parameter utama yg diukur : kekerasan,kohesivitas, adhesivitas dan kerenyahan


25/25

a

b

c

Respon teksturometer pada bahana= elastis sempurna b = retarded elasticity

c= rapuh dan mudah retak

iv rheologi bahan padat dan tekstur.ppt

Documents