Pages

Banner 468 x 60px

 

Minggu, 15 Mei 2011

Sistem non Newtonian

0 komentar
BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Ahli farmasi kemungkinan besar lebih sering menghadapi cairan non newton dibanding dengan cairan biasa. Oleh karena itu mereka harus mempunyai metode yang sesuai untuk mempelajari zat-zat kompleks ini. Non-newtonian bodies adalah zat-zat yang ada yang tidak mengikuti persamaan aliran newton; disperse heterogen cairan dan padatan seperti larutan koloid, emulsi, suspense cair, salep dan produk-produk serupa masuk dalam kelas ini. Jika bahan-bahan non newton dianalisis dalam suatu viscometer putar dan hasilnya diplot diperoleh berbagai kurva konsistensi yang menggambarkan adanya 3 kelas aliran yakni: plastis, pseudoplastis dan dilatan.

      Pada praktikum kali ini, cairan yang kita gunakan adalah emulsi dan suspense dengan menggunakan viscometer Brookfield yang diberi kecepatan tertentu dengan menggunakan spindle tertentu untuk mengetahui viskositas emulsi atau suspense tersebut dengan kecepatan yang berbeda. Dari praktikum ini juga kita dapat mengetahui cairan tersebut termasuk ke dalam aliran plastis, pseudoplastis atau dilatan.

B.  Tujuan Praktikum
·      Memahami arti viskositas dan rheologi
·      Membedakan cairan Newton dan non Newtonian beserta cara pengukuran viskositasnya
·      Mampu menggunakan alat-alat pengukuran viskositas dan rheologi












BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

System non-newton berarti tidak mengikuti hukum newton: viskositas cairan bervariasi menurut laju geser. Cairan ini tidak mengacu pada cairan murni, tetapi berupa system dispersi atau koloid (emulsi, suspensi, gel). System non-newton dibagi menjadi 2 yaitu:
1.   Time independent ; aliran plastis, pseudoplastis dan dilatan
2.   Time dependent    ; aliran thiksotropik, reopeksi dan aliran viskoelastik.
Ø Time independent
1)      Aliran Plastis
Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau auakan memotong jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. Cairan plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress di bawah harga yield value, zat bertindak sebagi bahan elastis (meregang lalu kembali ke keadaan semula, tidak mengalir).
U = ( F – f )
G
U adalah viskositas plastis, dan f adalah yield value.
Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang tersuspensi dalam suspensi pekat. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der Waals), yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Akibatnya, yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak suspensi yang terflokulasi, makin tinggi yield value-nya. Kekuatan friksi antar partikel juga berkontribusi dalam yield value. Ketika yield value terlampaui (shear stress di atas yield value), sistem plastis akan menyerupai sistem newton.

2)      Aliran Pseudoplastis
Aliran pseudoplastis ditunjukkan oleh beberapa bahan farmasi yaitu gom alam dan sisntesis seperti dispersi cair dari tragacanth, natrium alginat, metil selulosa, dan natrium karboksimetil selulosa. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan, hal ini berkebalikan dengan sistem plastis, yang tersusun dari partikel-partikel tersuspensi dalam emulsi. Kurva untuk aliran pseudoplastis dimulai dari (0,0) , tidak ada yield value, dan bukan suatu harga tunggal.

Viskositas aliran pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung untuk bahan-bahan pseudoplastis ini disebabkan adanya aksi shearing terhadap molekul-molekul polimer (atau suatu bahan berantai panjang). Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan, mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dari dalam bahan tersebut dan mengakibatkan rate of shear yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya.
FN = η’ G
Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat hingga seperti aliran newton. Jika N=1 aliran tersebut sama dengan aliran newton.

3)      Aliran Dilatan
Aliran dilatan terjadi pada suspensi yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.

Pada keadaaan istirahat, partikel-partikel tersebuat tersusun rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam suspensi ini cukup untuk mengisi volume ini dan membentuk ikatan lalu memudahkan partikel-partikel bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear yang rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari system itu mengembang atau memuai (dilate). Hal itu menyebabkan volume antar partikel menjadi meningkat dan jumlah pembawa yang ada tidak cukup memenuhi ruang kosong tersebut. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi atau dilumasi dengan sempurna lagi oleh pembawa. Akhirnya suspense menjadi pasta yang kaku.
Ø Time dependent
1)      Thiksotropik
      Thiksotropik bisa di definisikan sebagai suatu pemulihan yang isotherm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing. System thiksotropik biasanya mengandung partikel-partikel asimetris yang melalui berbagai titik hubungan menyusun kerangka tiga dimensi diseluruh sampel tersebut. Pada keadaan diam struktur ini mengakibatkan suatu derajat kekakuan pada system tersebut dan menyerupai suatu zat. Ketika digunakan shear dan aliran dimulai, struktur ini mulai memecah pabila titik-titik hubungan tersebut memisah dan partikel-partikel menjadi lurus. Bahan tersebt mengalami transformasi dari gel ke sol dan menunjukkan shear thinning. Pada saat stress di tiadakan stuktur tersebut mulai terbentuk kembali. Proses ini tidak timbul dengan segera tapi secara tahap demi tahap terjadi restorasi dari konsistensi pada saat partikel-partikel asimetris berhubungan satu dengan yang lainnya oleh karena gerak brown. Karena itu rheogram yang di dapat dari bahan thiksotropik sangat bergantung pada laju yang meningkatkan dan yang mengurangi shear serta  lamanya waktu sample tersebut mengalami rate of shear.


                                 “Thiksotropik dalam system aliran plastis dan pseudoplastis”


·         Pengukuran thiksotropik
Pendekatan pertama:
-  Putaran hysteresis (terbentuk antara kurva naik dan turun)
-  Koefisiensi thiksotropik (B)
B= U 1- U 2
      Ln ^ t2/t1
U1,U2: viskositas plastis kedua kurva menurun
t1,t2: laju konstan setelah shearing
-  Metode : mengukur jatuhnya stress terhadap wktu dan beberapa rate of shear.
Pendekatan kedua
-    Penentuan pemecahan stuktur akibat meningkatnya rate of shear ; dua putaran hysteresis (V1,V2)
-    Koefisien thiksotropik : M (dyne.dtk/cm2)
M = 2 (U1-U2)
         ln (v2/v1)2
-    Harga M tergantung rate of shear
·         Thiksotropik dalam sediaan farmasi
-    Sifat ideal sedian farmasi
-    Konsistensi tinggi dalam wadah
-    Dapat di tuang dan terdispersi dengan mudah,
-    Tidak mengendap
-    Konsistensi mudah di peroleh dengan cepat
-    Bias di simpan dalam waktu lama → emulsi, losio,  krim
2)      Rheopeksi
           Yaitu gejala transformasi sol ke gel yang lebih cepat dengan pengadukan perlahan (ada shear); terjadi keseimbangan.

3)      Viskoelastik
-          Penentuan viskositas bahan viskoelastik; semisolid, makanan, kosmetik, bahan biologis.
-          Analisis di rancang untuk tidak merusak stuktur; memeberikan informasi gaya antar molekul / antar partikel
-          Pengukuran berdasarkan sifat mekanis bahan ; memperlihatkan sifat kekentalan cairan dan elastic padatan.


BAB III
ALAT, BAHAN DAN PROSEDUR KERJA

v  Alat :
o   Viskometer Brookfield dengan spindle yang sesuai
o   Gelas ukur
o   Beaker gelas
v  Bahan :
o   Suspensi
v  Prosedur Kerja :
o   Masukkan cairan yang akan ditentukan viskositasnya ke dalam beaker gelas 500 ml.
o   Masukkan spindle dalam sediaan hingga batas
o   Lakukan pengamatan pada beberapa kecepatan putaran ( 2, 4, 10, 20, 10, 4, 2 rpm)
o   Plot data yang diperoleh antara tekanan geser dengan kecepatan geser sehingga diperoleh kurva dan tentukan sifat aliran sediaan tersebut.











BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
v  Data hasil percobaan
No
Kecepatan
(rpm)
Deal reading



Faktor Koreksi
Viskositas
1
2
2,0
2,5
2,6
2,37
500
1185 cps
2
4
4,3
4,4
4,3
4,3
250
1075  cps
3
10
8,4
8,3
8,3
8,3
100
830 cps
4
20
13,6
13,4
13,4
13,47
50
670 cps
5
10
8,4
8,4
8,4
8,4
100
840 cps
6
4
4,6
4,4
4,5
4,5
250
1125 cps
7
2
2,7
2,7
2,7
2,7
500
1350 cps








Ø  Shear stress ; τ1= Kατ.α1
ü  2 rpm ;  τ1       = 0,279. 2,37
                     = 0,6612 dyne/cm2     
ü  4 rpm ;  τ1       = 0,279. 4,3
                     = 1,1997 dyne/cm2     
ü  10 rpm ; τ1     = 0,279. 8,3
                     = 2,3157 dyne/cm2
ü  20rpm ; τ1       = 0,279. 13,4
                     = 3,7386 dyne/cm2
ü  10 rpm ; τ1     = 0,279. 8,4
                     = 2,3436 dyne/cm2
ü  4 rpm ; τ1        = 0,279. 4,5
  = 1,2555 dyne/cm2   
ü  2 rpm ; τ1      = 0,279. 2,7
  = 0,7533 dyne/cm2
Ø  Shear rate ; γ = Knγ. Ni
ü  2 rpm ; γ       = 0,350.2
                     = 0,7 1/sec
ü  4 rpm ; γ       = 0,350.4
                     = 1,4 1/sec
ü  10 rpm ; γ     = 0,350.10
                     = 3,5 1/sec
ü  20 rpm ; γ     = 0,350.20
                     = 7 1/sec
ü  10 rpm ; γ     = 0,350.10
                     = 3,5 1/sec
ü  4 rpm ; γ       = 0,350.4
                     = 1,4 1/sec
ü  2 rpm ; γ       = 0,350.2
                     = 0,7 1/sec









v  Pembahasan
           Viskositas adalah suatu resistensi zat cair untuk dapat mengalir karena makin besar resistensi zat cair maka viskositasnya juga semakin meningkat. System non-newton berarti tidak mengikuti hukum newton. Pada praktikum kali ini untuk menguji cairan non-newton kita menggunakan alat viscometer Brookfield dengan memberikan kecepatan (rpm) berbeda, di antaranya : 2 rpm, 4 rpm, 10rpm, 20 rpm, kemudian kembali lagi ke 10 rpm, 4 rpm dan 2 rpm, dengan menggunakan spindle nomor 3. Dial reading yang kita hitung mulai dari putaran ke-6 hingga ke-8. Semakin tinggi kecepatannya, maka dial readingnya akan semakin besar. Spindle yang dipakai tidak boleh menempel pada beaker glass karena akan mempengaruhi dial reading.
        Dan didapatkan hasil seperti tabel diatas, bahwa semakin besar kecepatan (rpm) yang diberikan, maka semakin besar pula kecepatan geser dan tekanan geser, serta semakin kecil viskositasnya. Tetapi jika kecepatan (rpm) dikembalikan seperti semula, maka viskositasnya semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena viskositas tidak hanya dipengaruhi oleh suhu, tetapi juga dipengaruhi oleh shear stress yang sama dengan gaya yang diberikan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Jadi, jika ditarik kesimpulan viskositas dipengaruhi oleh :
-          Deformasi (perubahan susunan)
-          Gaya dan tekanan
-          Waktu
         Kekentalan dari setiap sediaan cairan non-Newton itu bervariasi pada setiap kecepatan geser sehingga untuk melihat sifat alirannya dilakukan pengukuran pada berbagai kecepatan geser. Thiksotropi dalam sediaan farmasi :
-          Sifat ideal sediaan cair
-          Konsistensi tinggi dalam wadah
-          Dapat dituang dan terdispersi dengan mudah
-          Tidak mengendap
-          Konsistensi mudah diperoleh dengan cepat
-          Bias disimpan dalam waktu lama
         Perlu diketahui bahwa suatu sediaan farmasi yang baik harus mempunyai sifat Pseudoplastis-thiksotropi.






BAB V
PENUTUP

Kesimpulan

Pada umumnya viskositas newton dipengaruhi oleh suhu, karena dengan meningkatnya suhu kekentalan gas akan bertambah. Sedangkan viskositas non-Newton dipengaruhi oleh shear stress yang berbanding terbalik dengan luas permukaan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa kekentalan dipengaruhi oleh : deformasi, gaya dan tekanan, serta waktu.
Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan (rpm) yang diberikan, maka semakin besar pula kecepatan geser dan tekanan geser, dan semakin kecil viskositasnya. Tetapi jika kecepatan (rpm) dikembalikan seperi semula, maka viskositasnya akan semakin meningkat.

























Daftar pustaka
·      Lecture Note “Rheologi ” by Dr. rer.nat. Sundani Nurono Soewandhi, School of Pharmacy ITB
·      Martin, A.N., J. Swarbrick, A. Cammarata. 2006. Physical Pharmacy, 5th ed. Philadelphia : Lea & Febiger.

























LAPORAN PRAKTIKUM
FARMASI FISIK
"VISKOSITAS NON-NEWTON"
 







DI SUSUN OLEH :
Ajeng Isnaini PS. (0704015017)
Lia Hayatuddiniyah (0704015133)
Olivia Handayani (0704015181)
Siti Nurmaya Dewi (0704015210)
Virda Septina (0704015241)

JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA
JAKARTA
2009


















0 komentar:

Posting Komentar