karakterisasi sifat mekanik membran daun lidah

13
2
Membran organik dibagi menjadi dua macam,
yaitu membran alami dan membran sintetik.
Membran alami contohnya: membran telur,
membran yang dibuat dari selulosa dan
turunannya (cellulosic) seperti selulosa asetat,
selulosa nitrat dan bagian tanaman lidah
buaya (Aloe vera (L.) Burm. f.)3 sedangkan
membran sintetik (noncellulosic), contohnya
polisulfon, poliamida dan polimer sintesis
lainnya.
Membran anorganik adalah membran
yang berasal dari material anorganik. Material
anorganik memiliki stabilitas kimia dan termal
lebih baik dibandingkan dengan bahan
organik. Ada empat tipe membran anorganik
yang sering digunakan, yaitu membran
keramik, membran gelas, membran logam,
dan membran zeolit.4
Tanaman lidah buaya juga mengandung
asam amino, karbohidrat, lemak, air, vitamin,
mineral, enzim, hormon, dan zat golongan
obat. Tanaman lidah buaya bersifat
merangsang pertumbuhan sel baru pada kulit.
Dalam lendir daun lidah buaya mengandung
zat lignin yang mampu menembus dan
meresap ke dalam kulit. Lendir ini akan
menahan hilangnya cairan tubuh dari
permukaan kulit.6
Salah satu jenis tanaman lidah buaya
dapat dilihat pada Gambar 1. Daging lidah
buaya terbungkus daun yang berduri. Pada
Gambar 2 tampak potongan bagian dalam
daun lidah buaya.
Tabel 1 Kandungan zat aktif tanaman lidah
buaya4,9
Zat aktif
Lignin
Tanaman Lidah Buaya
Tanaman lidah buaya adalah tanaman
yang semua bagiannya dapat bermanfaat.
Pelepah tanaman lidah buaya dapat
dikelompokkan menjadi tiga bagian yang
dapat digunakan untuk pengobatan, antara
lain: daun, eksudat, dan gel. Keseluruhan
daunnya dapat digunakan baik secara
langsung atau dalam bentuk ekstrak. Eksudat
adalah getah yang keluar dari dalam saat
dilakukan pemotongan. Eksudat berbentuk
kental berwarna kuning, dan rasanya pahit.
Gel adalah bagian yang berlendir yang
diperoleh dengan cara menyayat bagian dalam
daun.5
Terdapat 200 jenis tanaman lidah buaya
berbadensis miller yang digunakan untuk
pengobatan. Tanaman lidah buaya jenis ini
mengandung 72 zat yang dibutuhkan oleh
tubuh.
Saponin
Kompleks
Anthraguinone
Acemannan
Glukomannan,
mukopolysakari
da
Asam amino
Mineral
Gambar 1 Daun lidah buaya.7
Vitamin A, Bl,
B2, B6, B12, C,
E
Kadar
Gambar 2 Potongan daun lidah buaya.8 Kegunaan
Mempunyai kemampuan
penyerapan yang tinggi
sehingga
memudahkan
peresapan gel ke dalam
kulit atau mukosa
Mempunyai kemampuan
membersihkan dan bersifat
antiseptik, serta bahan
pencuci yang baik
Sebagai bahan laksatif,
penghilang rasa sakit,
mengurangi racun, sebagai
antibakteri dan antibiotik
Sebagai
antivirus,
antibakteri, antijamur, dan
dapat menghancurkan sel
tumor, serta meningkatkan
daya tahan tubuh
Memberikan
efek
imonomodulasi
Bahan untuk pertumbuhan
dan perbaikan serta sebagai
sumber energi. Aloe vera
(L.) menyediakan 20 asam
amino yang dibutuhkan
oleh tubuh
Memberikan
ketahanan
tubuh terhadap penyakit,
dan berinteraksi dengan
vitamin untuk mengandung
fungsi-fungsi tubuh
Bahan
penting
untuk
menjalankan fungsi tubuh
secara normal dan sehat
14
3
Kadar Air
Kadar air dapat didefinisikan dalam dua
pengertian, yaitu basis basah dan basis kering.
Kadar air basis basah adalah persentase berat
air dalam bahan terhadap berat total bahan
sebelum dilakukan proses pengeringan.
Sedangkan kadar air basis kering adalah
persentase berat air dalam bahan terhadap
berat kering bahan, yaitu berat bahan setelah
semua
kandungan
air
didalamnya
dikeluarkan.10 Perubahan kadar air pada bahan
dapat dilihat bila massa suatu bahan sebelum
dikeringkan lebih besar daripada massa bahan
yang sudah dikeringkan. Penetapan kadar air
sebelum dan sesudah pengeringan dilakukan
dengan metode gravimetri. Pada penelitian ini,
sampel yang digunakan adalah daun lidah
buaya yang dibuat menjadi membran.
% kadar air (massa kering) = ⎛⎜ m3 ⎞⎟ x100 (1)
⎜m ⎟
⎝ 2⎠
% kadar air (massa basah) = ⎛⎜ m3 ⎞⎟ x100 (2)
⎜m ⎟
⎝ 1⎠
Keterangan :
m1= massa sampel sebelum dikeringkan (kg)
m2= massa sampel setelah dikeringkan (kg)
m3= massa sampel yang hilang (kg)
= (m1 – m2).11
Compression Strength (Kuat Tekan)
Tekanan merupakan besarnya gaya tiap
satuan luas permukaan. Kekuatan suatu bahan
sangat menentukan dalam aplikasi maupun
penerapan teknologinya. Tegangan tekan
adalah tegangan yang terjadi pada material
ketika mengalami pemadatan (penurunan
volume). Ketika suatu material terkena gaya
tekan, maka bahan dalam keadaan kompresi.
Tegangan tekan berlawanan langsung dengan
tegangan tarik. Pada Gambar 3, dapat dilihat
bahwa benda mengalami perubahan bentuk.
Gaya menekan ke dalam benda, sehingga
adanya ∆l.
Gambar 3
Perubahan bentuk benda yang
mengalami penekanan.12
Gambar 4 Alat uji kuat tekan.13
Compression
strength
didefinisikan
sebagai gaya penekan dibagi dengan luas
penampang benda uji. Kuat tekan dilakukan
untuk mengetahui kemampuan bahan
menahan beban. Alat uji kuat tekan telah
dirancang seperti pada Gambar 4.
F
(3)
K = N
N
Ao
Keterangan :
2
K N = kuat tekan (N/m )
FN =
gaya tekan yang tegak lurus terhadap
permukaan (N)
Ao = luas penampang membran yang ditekan
(m2).4
Tensile Strength (Kuat Tarik)
Salah satu pengujian untuk mengetahui
sifat mekanik bahan adalah dengan uji tarik.
Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai
putus.12 Uji ini mudah dilakukan dan
memberikan informasi tentang sifat mekanik
benda tersebut. Dua informasi paling penting
yang diperoleh adalah kekuatan tarik dan
perpanjangan patah.
Benda tidak akan kembali ke kondisi
awalnya ketika gaya eksternal dihilangkan,
tetapi mengalami perubahan bentuk secara
permanen. Perubahan panjang maksimum
dicapai ketika titik patah.14 Gambar 5, dapat
dilihat gaya ke arah luar benda, sehingga
benda mengalami tarikan sampai patah.
Batang yang ditunjukkan pada Gambar 6
dikatakan mengalami tarikan atau tegangan
tarik. Ada gaya yang menarik batang ke arah
bawah, tetapi batang tersebut tetap berada
dalam kesetimbangan (Gambar 6(a)).
Gambar 5 Skema tensile strength.12
15
4
Gambar 8 Alat uji kuat getar.
Gambar 6 Tegangan tarik di dalam benda.14
Gambar 9 Alat vibrator.
Gambar 7 Alat uji kuat tarik.15
Pada kenyataannya tegangan tarik ini ada
di sepanjang materi. Dapat dilihat pada
Gambar 6(b), bagian bawah berada pada
kesetimbangan, sehingga harus ada gaya ke
atas
yang
bekerja
padanya
untuk
mengimbangi gaya ke bawah di ujung
bawahnya. Pada Gambar 7 dapat dilihat alat
uji kuat tarik yang akan dipakai pada
penelitian.
Pada proses kuat tarik ada dua gaya,
yaitu:
a. Gaya external yang menggambarkan gaya
yang diberikan dari benda yang lain.
b. Gaya internal yang menggambarkan gaya
yang berasal dari dalam benda.
F
(4)
Kr = r
A0
Keterangan :
2
K r = kuat tarik (N/m )
Fr = gaya tarik yang tegak lurus terhadap
permukaan (N)
=
luas
penampang awal membran (m2).4
A0
Vibration Strength (Kuat Getar)
Getaran adalah gerakan suatu bagian
benda maju dan mundur (bolak-balik) dari
keadaan diam (netral).4 Kuat getar dilakukan
untuk menentukan seberapa besar daya tahan
membran apabila digetarkan. Kuat getar juga
dilakukan untuk menentukan jumlah getaran
yang dihasilkan dalam selang waktu tertentu.
Alat yang digunakan pada uji getar dapat
dilihat pada Gambar 8.
Pada Gambar 9 dapat dilihat alat uji kuat
getar vibrator (sine wave generator) yang
berfungsi untuk menghasilkan getaran pada
membran sebesar satu panjang gelombang (λ)
dengan frekuensi yang telah disesuaikan.
Getaran yang ditimbulkan karena adanya
pengaruh frekuensi. Frekuensi adalah jumlah
siklus lengkap per detik, sedangkan waktu
yang dibutuhkan untuk satu siklus lengkap
disebut periode.16
Hubungan antara kecepatan (v), frekuensi
(f), periode (T), dan panjang gelombang (λ),
adalah :
v = λf
(5)
1
(6)
f =
T
Keterangan :
λ = panjang gelombang (m)
v = kecepatan rambat gelombang (m/s)
T = periode gelombang (s)
f
= frekuensi gelombang (Hz)
Patahan
Jika tegangan pada benda padat terlalu
besar, benda tersebut akan patah (Seperti
Gambar 10).
Gambar 10
Patahan sebagai akibat dari dua
jenis tegangan (stress).14
516
Tabel 2 Kekuatan maksimum bahan (gaya/luas)14
Bahan
Kekuatan Tarik
(N/m2)
Besi, gips
Baja
Kuningan
Aluminium
Beton
Batu bara
Marmer
Granit
Kayu (pinus)
(sejajar dengan urat kayu)
(tegak lurus terhadap urat
kayu)
Nilon
Tulang (tungkai)
Kekuatan Tekan
(N/m2)
Kekuatan Geser
(N/m2)
170 x 106
500 x 106
250 x 106
200 x 106
2 x 106
550 x 106
500 x 106
250 x 106
200 x 106
20 x 106
35 x 106
80 x 106
170 x 106
170 x 106
250 x 106
200 x 106
200 x 106
2 x 106
40 x 106
35 x 106
5 x 106
10 x 106
500 x 106
130 x 106
170 x 106
Saat benda mengalami tarikan, maka
benda akan mengalami dua gaya pada proses
tarikan tersebut, yaitu gaya eksternal yang
merubah kondisi awal benda serta gaya
internal yang menggambarkan gaya yang
berasal dari dalam benda tersebut.14
Pada Tabel 2 menunjukkan daftar
compression strength, tensile strength, dan
kekuatan geser maksimum untuk berbagai
materi. Nilai-nilai tersebut menyatakan gaya
maksimum per satuan luas yang bisa ditahan
benda yang mengalami deformasi.14
Fluks Air
Fluks air merupakan aliran fluida yang
melewati membran.17 Fluks air dapat
didefinisikan sebagai banyaknya umpan yang
dipindahkan melalui satu satuan luas
permukaan dengan satuan waktu. Fluks air
dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
V
(7)
J=
sistem dead-end, larutan umpan dialirkan
secara tegak lurus terhadap membran,
akibatnya akumulasi konsentrasi komponenkomponen yang tertahan pada permukaan
membran akan cepat terjadi sehingga terjadi
fouling (pelapisan) dan mengakibatkan
penurunan laju permeat. Jika fouling semakin
tinggi, fluks air akan menurun sampai
mencapai nilai nol. Pada sistem cross-flow,
aliran umpan sejajar (tangensial) terhadap
membran sehingga komponen yang tertahan
di atas permukaan membran dibersihkan oleh
aliran tangensial sehingga tidak cepat
terakumulasi dan mengakibatkan fouling.17
Pengujian yang dilakukan pada penelitian
membran daun lidah buaya menggunakan
sistem dead-end, yang bertujuan untuk
menguji kemampuan menyaring pada
membran tersebut. Penggambaran kedua
sistem tersebut ditunjukkan oleh Gambar 11.
A.t
Keterangan :
J = fluks ⎛⎜ liter ⎞⎟
⎜ 2
⎟
⎝ m jam ⎠
V = volume air (liter)
A = luas membran yang dilalui (m2)
t = waktu (jam)
Sistem pemisahan membran dapat
dibedakan menjadi beberapa macam yang
disesuaikan
dengan
aplikasinya.
Dua
rancangan sistem yang paling sederhana
adalah sistem dead-end dan cross-flow. Pada
Gambar 11 Filter pada sistem (a) dead-end dan (b)
cross-flow.18