Dokumen ini membahas rheologi dan viskositas, dengan fokus pada penerapannya dalam industri farmasi untuk formulasi produk seperti emulsi dan suspensi. Rheologi mempelajari hubungan antara tekanan gesek dan kecepatan geser, serta pengaruh viskositas pada formulasi obat dan ketersediaan hayati. Selain itu, pengukuran viskositas dilakukan menggunakan berbagai jenis viskometer untuk menentukan karakteristik aliran dari sistem cair dan semi-padat.

1. RHEOLOGI & VISKOSITAS
Disusun oleh :
Kelompok VII
Alva Sumita
Dewi Rahayu Tira
Dwi Agustyaningsih
Eva Apriliyana Rizki
M. Rusdiannor
FARMASI FISIKA
AKADEMI FARMASI SAMARINDA
2011/2012

2. A. RHEOLOGI
Rheologi berasal dari bahasa Yunani yaitu rheo dan logos. Rheo berarti
mengalir, dan logos berarti ilmu. Rheologi adalah istilah yang digunakan untuk
menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari padatan. Rheologi mempelajari
hubungan antara tekanan gesek (shearing stress) dengan kecepatan geser
(shearing rate) pada cairan, atau hubungan antara strain dan stress pada benda
padat. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas.
Rheologi sangat penting dalam farmasi karena penerapannya dalam
formulasi dan analisis dari produk-produk farmasi seperti: emulsi, pasta, krim,
suspensi, losion, suppositoria, dan penyalutan tablet yang menyangkut stabilitas,
keseragaman dosis, dan keajekan hasil produksi. Misalnya, pabrik pembuat krim
kosmetik, pasta, dan lotion harus mampu mneghasilkan suatu produk yang
mempunyai konsistensi dan kelembutan yang dapat diterima oleh konsumen.
Selain itu, prinsip rheologi digunakan juga untuk karakterisasi produk sediaan
farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk setiap batch.
Rheologi juga meliputi pencampuran aliran dari bahan, penuangan, pengeluaran
dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Rheologi dari suatu zat tertentu dapat
mempengaruhi penerimaan obat bagi pasien, stabilitas fisika obat, bahkan
ketersediaan hayati dalam tubuh (bioavailability). Sehingga viskositas telah
terbukti dapat mempengaruhi laju absorbsi obat dalam tubuh.
Penggolongan sistem cair menurut tipe aliran dan deformasinya ada dua
yaitu: Sistem Newton dan Sistem non-Newton. Pada cairan Newton, hubungan
antara shearing rate dan shearing stress adalah linear, dengan suatu tetapan yang
dikenal dengan viskositas atau koefisien viskositas. Tipe alir ini umumnya
dimiliki oleh zat cair tunggal serta larutan dengan struktur molekul sederhana
dengan volume molekul kecil. Tipe aliran yang mengikuti Sistem Newton,
viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada
kecepatan geser, sehingga viskositasnya cukup ditentukan pada satu kecepatan
geser. Sedangkan pada cairan non-Newton, shearing rate dan shearing stress
tidak memiliki hubungan linear, viskositasnya berubah-ubah tergantung dari

3. besarnya tekanan yang diberikan. Tipe aliran non-Newton terjadi pada dispersi
heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada koloid, emulsi, dan suspensi.
Ada beberapa istilah dalam Sistem Newton ini :
Rate of shear (D) dv/dr untuk menyatakan perbedaan kecepatan (dv) antara
dua bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil (dr).
Shearing stress (τ atau F ) F’/A untuk menyatakan gaya per satuan luas
yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.
F’/A = η dv/dr
η = (F’/A) / (dv/dr)= F / G
Sedangkan pada Sistem Non – Newton. Ada 3 jenis tipe aliran dalam sistem Non-
Newtonian, yaitu : PLASTIS, PSEUDOPLASTIS, dan DILATAN.
Laju alir sebagai hasil dari peningkatan gaya ketika laju alir ditingkatkan
sedangkan untuk memberikan gaya laju alir dikurangi ketika viskositas
ditingkatkan.
B. PENERAPAN RHEOLOGI DALAM FARMASI
1. Cairan dapat diterapkan pada :
a. Pencampuran
b. Pengurangan ukuran partikel dari sistem sistem dispersi dengan
shear
c. Pelewatan melalui mulut, penuangan, pengemasan dalam botol,
pelewatan melalui jarum suntik
d. Perpindahan cairan
e. Stabilitas fisik sistem dispersi
2. Semi solid diterapkan pada :
a. Penyebaran dan pelekatan pada kulit
b. Pemindahan dari wadah/tube
c. Kemampuan zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairan
d. Pelepasan obat dari basisnya

4. 3. Padatan diterapkan pada :
a. Aliran serbuk dari corong ke lubang cetakan tablet/kapsul
b. Pengemasan serbuk/granul
4. Pemprosesan diterapkan pada :
a. Kapasitas produksi alat
b. Efisiensi pemrosesan
C. VISKOSITAS
Viskositas adalah suatu pernyataan “ tahanan untuk mengalir” dari suatu
sistem yang mendapatkan suatu tekanan. Makin kental suatu cairan, makin besar
gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu.
Viskositas dispersi kolodial dipengaruhi oleh bentuk partikel dari fase dispersi.
Koloid-koloid berbentuk bola membentuk sistem dispersi dengan viskositas
rendah, sedang sistem dispersi yang mengandung koloid-koloid linier
viskositasnya lebih tinggi. Hubungan antara bentuk dan viskositas merupakan
refleksi derajat solvasi dari partikel ( Moechtar,1990).
Viskositas mula-mula diselidiki oleh Newton, yaitu dengan mensimulasikan
zat cair dalam bentuk tumpukan kartu seperti pada gambar berikut :
Zat cair diasumsikan terdiri dari lapisan-lapisan molekul yang sejajar satu
sama lain. Lapisan terbawah tetap diam, sedangkan lapisan di atasnya bergerak
dengan kecepatan konstan, sehingga setiap lapisan akan bergerak dengan
kecepatan yang berbanding langsung dengan jaraknya terhadap lapisan terbawah
yang tetap. Perbedaan kecepatan dv antara dua lapisan yang dipisahkan dengan

5. jarak dx adalah dv/dx atau kecepatan geser (rate of share). Sedangkan gaya satuan
luas yang dibutuhkan untuk mengalirkan zat cair tersebut adalah F/A atau tekanan
geser (shearing stress) (Astuti dkk, 2008).
Menurut Newton :
F/A = dv/dx
F/A = dv/dx
= F/A
dv/dx
= koefisien viskositas, satuan Poise
Viskositas dinyatakan dalam simbol η. Viskositas η merupakan
perbandingan antara shearing stress F’/A dan rate of shear dv/dr. Satuan
viskositas adalah poise atau dyne detik cm -2.
Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas
cairan justru akan menurun jika temperatur dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan
yang merupakan kebalikan dari viskositas akan meningkat dengan makin
tingginya temperatur ( Martin, 2006).
Hubungan antara viskositas dengan suhu dapat ditunjukkan pada persamaan
Arrhenius :
= A e Ev/RT
A : konstanta yang tergantung pada berat molekul dan volume molar zat cair
Ev : energi aktivasi
R : konstanta gas
T : suhu mutlak
Viskositas dipengaruhi oleh :
1. Besar dan bentuk molekul
2. Viskositas cairan semakin berkurang dengan bertambahnya suhu tapi tak
cukup banyak dipengaruhi oleh perubahan tekanan.
3. Adanya koloid dapat memperbesar viskositas sedang adanya elektrolit akan
sedikit menurunkan viskositas dari cairan
Viskositas dapat berpengaruh pada formulasi sediaan-sediaan farmasi,
contohnya pada sediaan suspensi, tidak boleh terlalu kental (viskositas tinggi)

6. sehingga menyebabkan suspensi tidak bisa di kocok, hal ini dapat menyebabkan
distribusi zat aktif tidak merata pada seluruh cairan dan juga akan mengalami
kesulitan pada saat penuangan, contoh lain untuk sediaan mata, viskositas
dinaikkan untuk membantu menahan obat pada jaringan sehingga menambah
efektivitas terapinya (Ansel, 2005).
Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar partikel
zat cair. Viskositas dalam gas yang berperan adalah gaya akibat tumbukan antar
molekul-molekul dalam gas. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat
dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan – bahan yang
distribusi kecepatan sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi.
Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya
mekanika dari suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida
adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku
untuk fluida Newton, di mana perbandingan antara tegangan geser dengan
kecepatan gesernya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas.
Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi
fluida tipis diantara kedua bidang tersebut. (Martin, 1993).
Pada dasarnya makin besar viskositas suatu cairan, akan makin besar pula
gaya per satuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu
rate of shear tertentu, sehingga rate of shear harus sebanding langsung dengan
shearing stress.
D. PENGUKURAN VISKOSITAS & RHEOLOGI
Berhasil tidaknya penentuan dan evaluasi sifat-sifat rheologis dari suatu
sistem tertentu bergantung pada pemilihan alat ukur viskositas (viskosimeter).
Semua viskosimeter dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan Newton
dan hanya viskosimeter yang bekerja pada berbagai rate of shear yang dapat
digunakan untuk cairan non-Newton.
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan
viskometer. Viskometer dibagi menjadi dua, yaitu viskometer satu titik (misalnya,
viskometer kapiler, bola jatuh atau hoeppler, penetrometer, plate-plastometer, dll).

7. Sedangkan viskometer titik ganda (misalnya viskometer rotasi tipe stromer,
Brookfield, rotovisco, dll). Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan
antara lain :
a. Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan Newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu
yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia
mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari
cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu
zat yang viskositasnya sudah diketahui ( biasanya air ) untuk lewat 2 tanda
tersebut (Martin, 1993).
b. Viskometer Hoppler
Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi
keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip
kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui
tabung gelas yang hampir tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan
jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel ( Martin, 1993).
c. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar dari bob
dan dinding dalam dari cup di mana bob masuk persis di tengah-tengah.
Kelemahan viskometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan
geseran yang tinggi di sepanjang keliling bagian tube sehingga
menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini
menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini
disebut aliran sumbat ( Martin, 1993).
d. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan di tengah-tengah papan,
kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan
oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam
ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (
Martin, 1993 ).

8. Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang
berbentuk emulsi, suspensi, dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukum
Newton. Viskositas cairan semacam ini bervariasi pada setiap kecepatan geser,
sehingga untuk mengetahui sifat alirannya dilakukan pengukuran pada beberapa
kecepatan geser. Untuk menentukan viskositasnya dipergunakan viskometer rotasi
Stormer. Berdasarkan grafik sifat alirannya (rheogram), cairan non Newton
terbagi dalam dua kelompok, yaitu :
1. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu.
Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni :
a) Aliran plastik
b) Aliran pseudoplastik
c) Aliran dilatan
2. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi oleh waktu.
Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni :
a) Tiksotropik
b) Antitiksotropik
c) Rheopeksi
Pada percobaan viskositas dan rheologi, viskometer yang digunakan pada
viskometer satu titik yaitu viskometer hoeppler atau bola jatuh dan pada
viskometer titik ganda digunakan viskometer Brookfield. Dalam pengukuran
viskometer satu titik dengan viskometer hoeppler atau bola jatuh misalnya saja
menggunakan cairan atau larutan gliserin dan sirupus simpleks. Pada gliserin bola
yang memiliki waktu pengukuran antara 30-500 detik adalah bola kedua yaitu 31
detik. Dari hasil penimbangan dan perhitungan, gliserin memiliki masa atau bobot
jenis 1,25 gm/cm3 dan sirupus simpleks memiliki masa/bobot jenis 1,387
gram/cm3. Hal ini berarti semakin kecil masa jenis suatu cairan atau larutan maka
semakin kecil ukuran bola yang digunakan dan semakin lama waktu yang
dibutuhkan bola tersebut untuk melampaui garis awal sampai garis akhir.
Sebaliknya, semakin besar masa jenis suatu cairan atau larutan maka semakin
besar ukuran bola yang digunakan dan semakin cepat waktu yang dibutuhkan bola
tersebut untuk melampaui garis awal sampai garis akhir. Selain itu, semakin kecil

9. masa jenis suatu cairan maka semakin besar viskositasnya, sehingga bola
membutuhkan waktu yang lama untuk sampai di garis akhir. Dan semakin besar
masa jenis suatu cairan maka semakin kecil viskositasnya, sehingga bola hanya
membutuhkan waktu yang singkat untuk sampai di garis akhir.
Dalam pengukuran viskometer titik ganda dengan viskometer Brookfield
menggunakan cairan ( larutan ) gliserin, CMCNa dan PGA. Dari hasil percobaan
cairan gliserin merupakan cairan Newton, karena gliserin memiliki viskositas
konstan pada suhu dan tekanan konstan. Pada cairan CMCNa merupakan cairan
non Newton di pengaruhi oleh waktu, karena CMCNa meemiki viskositas tidak
konstan. Akan tetapi, pengujian dengan cairan PGA tidak diketahui atau
dihasilkan nilai viskositasnya sehingga cairan PGA tidak diketahui termasuk
golongan cairan Newton atau non Newton. (Lecture Note 1990).
E. APLIKASI RHEOLOGI & VISKOSITAS TERHADAP STABILITAS
SUSPENSI MAUPUN EMULSI
1. Viskositas Suspensi
Kekentalan suatu cairan mempengaruhi pula kecepatan aliran dari cairan
tersebut, makin kental suatu cairan kecepatan alirannya makin turun (kecil).
Kecepatan aliran dari cairan tersebut akan mempengaruhi pula gerakan
turunnya partikel yang terdapat di dalamnya. Dengan demikian dengan
menambah viskositas cairan, gerakan turun dari partikel yang dikandungnya
akan diperlambat. Tetapi perlu diingat bahwa kekentalan suspensi tidak
boleh terlalu tinggi agar sediaan mudah dikocok dan dituang. Hal ini dapat
dibuktikan dengan hukum “ STOKES “.
d2 ( - 0 ) g
V = -------------------------

10. Keterangan : V = kecepatan aliran
d = diameter dari partikel
= berat jenis dari partikel
0 = berat jenis cairan
g = gravitasi
= viskositas cairan
2. Metode Rheologi pada Suspensi
Berhubungan dengan faktor sedimentasi dan redispersibilitas, membantu
menentukan perilaku pengendapan, mengatur vehicle dan susunan partikel
untuk tujuan perbandingan.
3. Stabilitas Emulsi
Ukuran partikel yang didistribusi partikel menunjukkan peranannya dalam
menentukan viskositas emulsi. Umumnya emulsi dengan partikel yang
makin halus menunjukkan viskositas yang makin besar dibandingkan
dengan emulsi dengan partikel yang lebih kasar. Jadi, emulsi dengan
distribusi partikel yang besar memperlihatkan viskositas yang kurang /
kecil.
Untuk mendapatkan suatu emulsi yang stabil atau untuk menaikkan
stabilitas suatu emulsi dapat dengan cara menambahkan zat-zat yang dapat
menaikkan viskositasnya dari fase luar. Bila viskositas fase luar dipertinggi
maka akan menghalangi pemisahan emulsi.
Viskositas emulsi dipengaruhi oleh perubahan komposisi adanya hubungan
linear antara viskositas emulsi dan viskositas fase kontinyu; makin besar
volume fase dalam, makin besar pula viskositas nyatanya. Untuk mengatur
viskositas emulsi, tiga faktor interaksi yang harus dipertimbangkan oleh
pembuat formula, yaitu :

11. 2. Viskositas emulsi o/w dan w/o dapat ditingkatkan dengan mengurangi
ukuran partikel fase terdispersi ,
3. Kestabilan emulsi ditingkatkan dengan pengurangan ukuran partikel,
4. Flokulasi atau penggumpalan, yang cenderung membentuk fase dalam
yang dapat meningkatkan efek penstabil, walaupun ia meningkatkan
viskositas. Biasanya viskositas emulsi meningkat dengan
meningkatnya umur sediaan tersebut.

12. DAFTAR PUSTAKA
Ansel, C. Howard. 2005. Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta : UI-Press
Astuti, K.W., M.P. Susanti, I.M.A.G. Wirasuta, dan I.N.K. Widjaja. 2007.
“Petunjuk Praktikum Farmasi Fisik”. Jimbaran: Jurusan Farmasi Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univesitas Udayana.
Astuti, K.W., M.P. Susanti, I.M.A.G. Wirasuta, dan I.N.K. Widjaja. 2008. “Buku
Ajar Farmasi Fisik”. Jimbaran: Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Univesitas Udayana.
Martin, A., J. Swarbrick, dan A. Cammarata. 2008. Farmasi Fisika 2 Edisi
Ketiga. Jakarta : UI Press.
Moechtar. 1990. Farmasi Fisika Bagian Struktur Atom dan Molekul Zat Padat
dan Mikromeritika. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
Soewandhi, N Sundani. 2009. Rheologi. Bandung: Sekolah Farmasi ITB.