BAHAN DAN METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 17 BAHAN DAN METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Laboraturium Biofisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian akan dilaksanakan pada bulan September 21 sampai September 211. Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu daun lidah buaya dan aquades. Alat yang digunakan, terdiri dari: Pembeban (4 gram, 5 gram, 6 gram, 7 gram, 8 gram), PASCO CI-6746 untuk sensor gaya yang dihubungkan dengan komputer untuk uji compression strength dan tensile strength, PASCO WA-9857 (sine wave generator) untuk uji vibration strength, alat uji fluks air sistem dead-end, mikrometer sekrup, neraca timbangan, penggaris, tissue, alat tulis, pisau, kaca, isolatip, kamera, gunting Metode Penelitian Penelitian ini meliputi dua tahapan yaitu tahap pembuatan dari bahan daun lidah buaya dengan diberi gaya yang bervariasi dan tahap karakterisasi compression strength, tensile strength, dan vibration strength, serta uji fluks air sistem dead-end pada daun lidah buaya. Persiapan Penelitian Sebelum pelaksanaan penelitian, pencarian pustaka seperti artikel, skripsi, buku, dan sebagainya dilakukan untuk mempersiapkan dasar-dasar teori, perumusan fisika yang berhubungan dengan penelitian sebagai acuan. Persiapan Eksperimen Persiapan eksperimen yang akan dilakukan antara lain penyediaan bahan dan perancangan sistem. Penyediaan bahan, antara lain: pembuatan dengan bahan dasar daun lidah buaya yang telah dikeringkan dengan kadar air yang telah disesuaikan pada suhu ruang (sekitar 29 ºC). Perancangan sistem, antara lain: pembuatan skema alat ukur untuk compression strength, tensile strength, dan vibration strength, serta pembuatan skema alat uji fluks air. Eksperimen Eksperimen terdiri atas tahap-tahap pembuatan daun lidah buaya dan uji karakterisasi sifat mekanik, serta uji fluks air. Pengambilan Data Pembuatan daun lidah buaya a. Membran daun lidah buaya sebagai kontrol Daun lidah buaya dipotong dengan ukuran tertentu, sesuai alat uji masing-masing. Setelah dipotong dengan tebal awal,5 cm dan ukuran yang telah disesuaikan, daun lidah buaya dikeringkan selama 4 hari pada suhu ruang (sekitar 29 ºC). Alas yang digunakan terbuat dari kaca, karena kaca tidak dapat menyerap air pada daun lidah buaya tersebut. Ilustrasi pengeringannya dapat dilihat pada Gambar 12, serta pada Gambar 13 adalah hasil daun lidah buaya setelah dikeringkan. b. Membran daun lidah buaya dengan variasi pembeban Daun lidah buaya dipotong dengan ukuran yang sama seperti daun lidah buaya sebagai kontrol. Setelah dipotong, daun lidah buaya dikeringkan selama lebih kurang 4 hari pada suhu ruang (sekitar 29 ºC). Sebagai variabelnya, daun lidah buaya tersebut diberi tekanan yang bervariasi pada saat proses pengeringan berlangsung. Gaya tekan pembebanan ditentukan adalah 4 N (p 1 ), 5 N (p 2 ), 6 N (p 3 ), 7 N (p 4 ), dan 8 N (p 5 ). Daun lidah buaya yang sudah berupa dapat dilakukan pengujian sifat mekanik yaitu compression strength, tensile strength, dan vibration strength, serta uji fluks air dengan sistem dead-end. lidah buaya kaca Gambar 12 Teknik pengeringan daun lidah buaya. Gambar 13 Daun lidah buaya setelah dikeringkan pada suhu ruang (sekitar 29 ºC).

2 18 7 kaca/alas Gambar 14 Skema saat diberi variasi pembeban dengan luas (3 x 7) cm. Pada Gambar 14 dapat dilihat skema daun lidah buaya yang dikeringkan dengan diberi variasi pembeban (4 gram, 5 gram, 6 gram, 7 gram, dan 8 gram). Karakterisasi sifat mekanik a. Uji kuat tekan sampai patah Membran daun lidah buaya dengan tebal awal,5 cm. Setelah daun lidah buaya dikeringkan, tebal menjadi sekitar,1 cm dan memiliki ukuran (3 x 1) cm direkatkan pada kedua sisi dengan isolatip dan ditekan tepat pada tengah-tengah. Ujung alat penekan yang digunakan dibuat tidak runcing (tumpul) dengan luasan alat penekan,94 cm 2, seperti dapat dilihat pada Gambar 15. Pengujian dilakukan sampai patah dan diukur gaya maksimumnya, dapat dilihat uji kuat tekan pada Gambar 16. alas F jarum penekan perekat pembeban sampel b. Uji kuat tarik sampai putus Uji kuat tarik dilakukan dengan menjepit dan menghubungkan dengan sensor gaya yang langsung terhubungkan dengan komputer. (Seperti dapat dilihat pada Gambar 18). Membran diberi gaya tarik sampai putus dan diukur gaya maksimumnya. Pada Gambar 17 dapat dilihat skema uji kuat tarik dengan luas penampang yang digunakan adalah luas tersebut (4 x 2) cm, dengan tebal awal,5 cm dan setelah daun lidah buaya dikeringkan, tebal menjadi sekitar,1 cm. Gambar 17 Skema uji kuat tarik. Gambar 18 Tensile strength. c. Uji kuat getar sampai putus Frekuensi tetap L perekat tali penghubung F L Gambar 15 Skema uji kuat tekan. Gambar 19 Skema uji kuat getar. Gambar 16 Compression strength.

3 19 Gambar 2 Vibration strength. Membran daun lidah buaya dengan tebal awal,5 cm. Setelah daun lidah buaya dikeringkan, tebal menjadi sekitar,1 cm dan luas (1 x.1) cm. Kuat getar dilakukan untuk menentukan seberapa besar daya tahan apabila digetarkan. Kuat getar juga dilakukan untuk menentukan jumlah getaran yang mampu ditahan dalam selang waktu tertentu sampai putus. Pada pengujian ini, digetarkan dengan frekuensi tetap secara kontinyu sampai putus. Setelah itu, dihitung jumlah getaran yang dapat ditahan oleh. Gambar 19 adalah skema uji getar pada daun lidah buaya dan Gambar 2 pengujian Vibration strength pada daun lidah buaya, dengan frekuensi yang disesuaikan. Uji fluks air Uji fluks air pada daun lidah buaya ini dilakukan dengan sistem dead-end, yaitu larutan umpan yang dialirkan secara tegak lurus terhadap. Uji fluks deadend untuk menguji kemampuan menyaring daun lidah buaya. Pada pengujian ini, yang sudah dikeringkan, direndam dengan menggunakan aquades sekitar 4 hari pada suhu ruang (sekitar 29 ºC) dengan tebal awal,5 cm. Setelah dikeringkan daun lidah buaya tebal menjadi sekitar,1 cm dan ukuran (6 x 4) cm, setelah itu dilakukan pengujian. Gambar 21 Alat uji fluks dead-end. Membran daun lidah buaya diletakkan di alat uji fluks air dengan luasan penampang (4 x 2) cm dan pemberian tekanan yang tetap. Setelah itu, diperoleh hubungan antara volume larutan yang melewati dan waktu yang dibutuhkan oleh larutan saat melewati e, seperti pada Gambar 21. HASIL DAN PEMBAHASAN Tensile Strength (Kuat Tarik) Pengujian dengan tarikan merupakan salah satu uji untuk sifat mekanik. Semakin kuat suatu bahan ditarik maka semakin baik bahan tersebut digunakan dalam aplikasi teknologi. Luas penampang yang digunakan adalah luas daun lidah buaya (4 x 2) cm. Gambar 22 memperlihatkan hubungan kuat tarik dan variasi pembeban saat pengeringan dan tanpa pembebanan (kontrol) pada. Pada uji kuat tarik, sampel daun lidah buaya yang tanpa pembebanan saat pengeringan (kontrol) merupakan yang paling kuat. Hal ini dapat dilihat dari gaya yang diberikan untuk menarik pun akan semakin besar. Pada sampel daun lidah buaya yang diberikan pembeban ternyata bahwa semakin besarnya pembeban yang diberikan, maka semakin kecil kuat tarik yang diperoleh. Membran daun lidah buaya yang tanpa pembeban (kontrol), dan diberikan beban 4 gram, 5 gram, 6 gram, 7 gram, dan 8 gram, masing-masing menghasilkan kuat tarik berturut-turut sebesar 32,65 N/cm 2 ; 25,4 N/cm 2 ; 14,49 N/cm 2 ; 8,25 N/cm 2 ; 6,82 N/cm 2 ; dan 3,83 N/cm 2. Kuat tarik yang paling besar terdapat pada daun lidah buaya yang tanpa pembeban saat pengeringan (kontrol). Hal ini karena pada saat dilakukan pengeringan tanpa adanya pembeban, daun lidah buaya memiliki serat yang sangat kuat. kuat tarik (N/cm 2 ) kontrol Keterangan : p1 p2 p3 p4 Keterangan : p5 kontrol : pembeban gram p3 : pembeban 6 gram p1 : pembaban 4 gram p4 : pembeban 7 gram p2 : pembaban 5 gram p5 : pembeban 8 gram Gambar 22 Nilai kuat tarik pada beberapa uji.

4 2 9 Selain itu, serat daun lidah buaya tidak mengalami perapuhan atau rusak, sehingga saat pengujian kuat tarik, kontrol saat pengeringan masih memiliki serat yang utuh (kuat). Sedangkan pada yang diberikan variasi pembeban, serat yang dihasilkan mengalami perapuhan karena adanya pembeban sehingga kuat tarik yang dihasilkan kecil. Compression Strength (Kuat Tekan) Kuat tekan dihitung dengan mengukur gaya dibagi dengan luas penampang benda uji yang tegak lurus permukaan. Luas penampang benda yang digunakan untuk menekan permukaan berbentuk lingkaran yang diameternya 1,1 cm dan luasnya,94 cm 2. Gambar 23 memperlihatkan hubungan antara kuat tekan dan variasi pembeban dan tanpa pembeban (kontrol) pada. Berdasarkan Gambar 23 tersebut, ternyata kuat tekan daun lidah buaya yang tanpa pembeban (kontrol) memiliki nilai kuat tekan yang terbesar daripada lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa daun lidah buaya tanpa pembeban (kontrol) masih memiliki serat yang sangat kuat, karena tidak adanya perlakuan pembeban sehingga gaya yang dibutuhkan untuk menekan sampai putus sangat besar. Pengujian kuat tekan pada daun lidah buaya yang tanpa pembeban (kontrol), beban 4 gram, 5 gram, 6 gram, 7 gram, dan 8 gram memiliki nilai kuat tekan masing-masing berturut-turut sebesar 35,81 N/cm 2 ; 28,97 N/cm 2 ; 22,99 N/cm 2 ; 2,11 N/cm 2 ; 15,61 N/cm 2 ; dan 11,51 N/cm 2. Pada Gambar 23, dengan pembebanan 8 gram menunjukkan nilai kuat tekan kecil. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar pembeban yang digunakan maka kekuatan menjadi kecil, akibatnya serat pada rusak atau pecah. kuat tekan (N/cm 2 ) kontrol p1 p2 p3 p4 p5 Gambar 23 Nilai kuat tekan pada beberapa uji. Pada sampel yang diberikan pembeban, tekanan yang diberikan pada luas penampang tidak sebesar pada sampel tanpa pembeban saat pengeringan. Pada uji kuat tekan dapat dilihat perubahan bentuk saat diberi gaya. Vibration Strength (Kuat Getar) Pada uji kuat getar, frekuensi yang digunakan adalah 3 Hz dengan amplitude maksimum (telah diatur). Pada pengujian kuat getar, semakin banyak jumlah getaran yang dihasilkan maka waktu yang diperlukan pun semakin banyak. Pada uji kuat getar, ternyata yang menghasilkan waktu sampai putus tidak dipengaruhi pada variasi pembebanan, tetapi pada saat pengujian, dengan ukuran (1 x,1) cm, terpotong pada saat tepat di serat daun lidah buaya, sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk putus. Pada Gambar 24, dapat dilihat bahwa daun lidah buaya tanpa pembeban saat pengeringan (kontrol) yang paling tinggi kuat getarnya. Saat pengeringan, tanpa beban (kontrol) masih memiliki serat yang utuh, sehingga saat pengujian kuat getar daun lidah buaya membutuhkan waktu yang lama sampai putus. Serat yang kuat, membuat susah untuk putus. Sedangkan untuk daun lidah buaya dengan pemberian pembeban saat pengeringan, serat yang terdapat pada daun lidah buaya, sebagian mengalami kerapuhan (pecah), sehingga saat pengujian, waktu yang dibutuhkan tidak sebesar tanpa pembeban. Pada uji kuat getar, kuat getar yang paling kecil terdapat pada daun lidah buaya yang diberi pembeban 7 gram. Hal ini disebabkan, saat pemberian beban sebesar 7 gram, serat pada rapuh (pecah) dan saat pemotongan ukuran, tidak ada serat pada lebar ukuran (1 x.1) cm. jumlah getaran kontrol p1 p2 p3 p4 p5 Gambar 24 Nilai jumlah getar yang mampu ditahan pada beberapa sampel uji.

5 21 1 Fluks Air Fluks air merupakan aliran fluida yang melewati 18. Pada penelitian ini, sistem filtrasi yang digunakan adalah dead end, dengan pemberian tekanan tetap 5 psi dan luasan penampang (4 x 2) cm. Aliran uji filtrasi dead-end ternyata tidak bergantung pada variasi pembebanan. Pada tanpa pembeban saat pengeringan (kontrol), terlihat nilai fluks yang dihasilkan masih kecil, karena serat yang terdapat pada kontrol masih kuat. Sedangkan pada dengan pemberian pembeban 8 gram, nilai fluks air lebih besar, karena serat pada sudah rusak akibat pembebanan. Oleh sebab itu partikel-partikel tidak dapat disaring sebaik yang tanpa pembeban. Pada sifat mekanik pada daun lidah buaya dan kekuatan bahan, tanpa pembeban saat pengeringan (kontrol) merupakan yang paling baik. Pada pengujian filtrasi, tanpa pembeban saat pengeringan (kontrol) juga paling baik, karena pori yang terdapat pada masih kecil. Saat uji filtrasi, serat yang kuat berfungsi menahan partikel-partikel pada pori-pori, sehingga penyaringan (filter) yang dilakukan lebih baik daripada yang diberi pembeban. Kondisi daun lidah buaya yang disintesis tanpa pembeban memiliki fluks air yang menurun terhadap waktu. Dengan demikian kondisi tanpa pembeban (kontrol) berada pada kondisi yang baik atau belum terjadi kerusakan karena pada daun lidah buaya tanpa pembeban (kontrol) serat pada dapat menahan fouling. Namun berbeda dengan daun lidah buaya dengan pemberian pembeban 8 gram, nilai fluks air yang dihasilkan cukup tinggi dan semakin lama waktu filtrasi fluks airnya semakin meningkat. Hal ini dimungkinkan karena tersebut mengalami pelebaran pori-pori, sehingga volume air yang melewati tersebut semakin meningkat terhadap waktu..3 fluks air (m 3 /cm 2 s) Kontrol press 4 gram press 5 gram press 6 gram press 7 gram press 8 gram waktu (s) Gambar 25 Hubungan fluks air terhadap waktu.