Lapres Dyah Densitas Dan Porositas Serbuk 3a495i

JURNAL FISIKA LABORATORIUM BAHAN Vol:1, No.1, (2014)1-5

1

Analisis Densitas Dan Porositas Pasir Dyah Ayu Daratika, Rahmania Mawwasah, Ainul Millah Assyadiyah Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected] Abstrak— Telah dilakukan percobaan berjudul analisis densitas dan porositas pasir. Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui nilai densitas dan porositas serbuk pasir, dan untuk mengetahui hubungan antara porositas dan densitas serbuk pasir. Adapun jenis pasir yang digunakan sebagai sample yaitu pasir bulu, pasir jenu, dan pasir regoyo. Prinsip kerja percobaan ini untuk mencari nilai densitas serbuk digunakan piknometer. Ditimbang massa piknometer, massan piknometer dan pasir, massa piknometer dan air, serta massa piknometer, air, dan pasir. Sedangkan untuk mencari porositas serbuk digunakan beaker glass yang telah diukur jari-jari dalamnya, kemudian diukur tinggi air, tinggi pasir, serta tinggi air dan pasir. Dari data tersebut dapat dihitung volume partikel dan volume total yang dapat digunakan untuk mencari nilai porositas serbuk. Dari percobaan ini didapatkan hasil nilai densitas (ρ) dan nilai porositas (Ф) pasir bulu yaitu ρ = 0.040879 gram/cm3 dan yaitu Ф = 92.30769 %; untuk pasir jenu yaitu ρ = 0.044396 gram/cm3 dan yaitu Ф = 86.84211 %; untuk pasir regoyo yaitu ρ = 0.041907 gram/cm3 dan yaitu Ф = 86.48649%. Dari hasil tersebut dapat diketahui hubungan antara densitas dan porositas, semakin besar porositas suatu batuan maka densitasnnya akan semakin kecil. Nilai porositas dan densitas batuan berbanding terbalik.

pori-pori dapat diminimalisir dengan merendam batu sebelum ditimbang supaya air dapat mengisi seluruh pori yang ada, namun proses perendaman ini akan memakan waktu yang lama karena air membutuhkan lebih banyak waktu untuk meresap ke dalam pori-pori yang tidak tersambung dengan permukaan luar. Untuk mengatasi permasalahan dalam pengukuran material berpori, terdapat alat sederhana yang dinamakan piknometer. Sampel yang akan diukur massa jenisnya dihaluskan terlebih dulu sampai berbentuk serbuk. Piknometer ini merupakan alat untuk mengukur densitas suatu material yang berbentuk serbuk. Dengan bentuk serbuk maka pori-pori akan benar-benar hilang dalam sampel. Berikut merupakan gambar piknometer yang dapat diamati pada gambar dibawah ini :

Kata Kunci— Densitas, Piknometer, Porositas.

I. PENDAHULUAN

P

ENGUKURAN densitas suatu material dapat dilakukan dengan berbagai cara dan mempunyai suatu tujuan tertentu. Untuk suatu material yang berbentuk serbuk seperti pasir, dapat diukur densitasnya dengan menggunakan piknometer. Densitas atau rapat massa (ρ) suatu zat merupakan perbandingan antara massa material; dengan volume total material tersebut. Nilai densitas dipengaruhi oleh porositas materialnya. Porositas di Porositas dedefinisikan dengan perbandingan dari suatu volume ruang pori dengan volume total sampel. Oleh karena itu, untuk mengukur densitas perlu diketahui besar porositasnya[3]. Pengukuran densitas sebuah material yang memiliki banyak pori di dalamnya, seperti batuan, tidak sama dengan pengukuran material-material seperti logam yang porositasnya kecil. Massa jenis logam biasanya dilakukan dengan menimbang berat logam tersebut dalam air. Perhitungan massa jenisnya memanfaatkan prinsip Archimedes. Ketika ditimbang dalam air, pori-pori tersebut memberikan gaya apung tambahan terhadap batu, menyebabkan berat yang terukur bukan berat batu murni dalam air, melainkan berat yang terukur lebih kecil dari berat batu murni dalam air. Pengaruh

Gambar 1.1 Piknometer berukuran 50 ml Massa jenis sebuah sampel berbentuk serbuk sama dengan massa serbuk dibagi volume yang ditempati serbuk. Secara matematis dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini : 𝑚

𝜌 = …………………………...(1.1) 𝑉

Dengan massa M dapat ditulis sebagai berikut : 𝑀 = 𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 − (𝑚𝑝𝑘 )………………..(1.2) dimana 𝑚𝑝𝑘 adalah massa piknometer kosong.

JURNAL FISIKA LABORATORIUM BAHAN Vol:1, No.1, (2014)1-5

a b Gambar 1.2 a) Air menempati piknometer seluruhnya b) Vb menunjukkan volume yang ditempati oleh sampel. Massa serbuk dapat dicari dengan mengurangkan massa piknometer kosong dari massa piknometer plus serbuk. Pada gambar 1.2 diatas dapat diketahui bahwa volume Vb merupakan volume yang ditempati serbuk sampel ketika dimasukkan dalam piknometer sementara Va adalah volume air ketika bercampur dengan sampel. Berdasarkan gambar tersebut maka didapatkan persmaaan yang dapat ditulis sebagai berikut: 𝑉𝑏 = 𝑉𝑡 − 𝑉𝑎 =

𝑀𝑡 −𝑀𝑎 𝜌 𝑎𝑖𝑟

…………….(1.3)

Untuk menyederhanankan persamaan (1.3) diatas agar persamaan tersebut lebih aplikatif dalam pengukuran yang sesungguhnya, maka dapat ditambahkan beberapa suku penting, sehingga persmaan (1.3) dapat dituliskan sebagi berikut : 𝑉=

𝑚𝑝𝑘 + 𝑀𝑡 − 𝑚𝑝𝑘 − (𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 + 𝑀𝑎) − (𝑚𝑝𝑘 + 𝑀) 𝜌𝑎𝑖𝑟

… … (1.4)

Dengan mensubstitusikan persamaan (1.2) dan (1.4) kedalam persamaan (1.1) didapatkan persamaan berikut ini : 𝜌=

𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 − 𝑚𝑝𝑘 𝑚𝑝𝑘 + 𝑀𝑡 − 𝑚𝑝𝑘 − (𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 + 𝑀𝑎) − (𝑚𝑝𝑘 + 𝑀)

× 𝜌𝑎𝑖𝑟 . (1.5)

Untuk mendapatkan persamaan yang lebih sederhana, maka dapat persaam tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : 𝜌=

𝑚3 − 𝑚1 × 𝜌𝑎𝑖𝑟 … … . . (1.6) 𝑚2 − 𝑚1 − (𝑚4 − 𝑚3 )

Dimana : 𝑚𝑝𝑘 = 𝑚1 ………………………(1.7) 𝑚𝑝𝑘 + 𝑀𝑡 = 𝑚2 ……………………..(1.8) 𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 = 𝑚3 …………………….(1.9) 𝑚𝑝𝑘 + 𝑀 + 𝑀𝑎 = 𝑚4 ………………(1.10)

2

Secara umum porositas didefinisikan sebagai ruang kosong dalam suatu batuan, yang merupakan perbandingan antara volume ruang yang terdapat dalam suatu batuan yang berupa pori-pori, retakan, rekahan, celah, dan lubang pada batuan terhadap volume batuan secara keseluruhan. Besar-kecilnya porositas suatu batuan akan menentukan kapasitas penyimpanan fluida reservoir. Pori merupakan ruang di dalam batuan yang selalu terisi oleh fluida, seperti udara, air tawar/asin, minyak atau gas bumi. Pori-pori batuan yang saling berhubungan ini biasa disebut dengan kapiler batuan. Kapiler batuan ini akan tetap ada meskipun air yang terperangkap didalamnya telah menguap, sehingga kapiler ini akan mengurangi kepadatan suatu batuan. Dengan bertambahnya volume pori maka nilai porositas batuan tersebut juga akan semakin meningkat. Batuan dengan volume pori maupun porositas yang sangat besar dapat memberikan pengaruh yang buruk terhadap kekuatannya, Berikut adalah persamaan untuk mencari nilai porositas pada suatu material : %Φ=

Volume total −Volume partikel Volume total

x 100%................(1.11)

Dimana Φ adalah porositas[1]. Nilai porositas suatu batuan (material) dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut : 1. Keseragaman butiran (distribusi batuan) Dengan bentuk dan ukuran butiran penyusun suatu batuan yang seragam maka akan membuat volume pori-pori batuan semakin kecil, dikarenakan tidak adanya ukuran butiran yang sangat besar yang dapat membuat butiran lain tidak berada pada posisi yang seharusnya. Posisi butiran yang tidak teratur ini menyebabkan volume pori-pori (ruang kosong) dalam batuan semakin besar sehingga porositasnya semakin besar pula. Namun kemungkinan lain yang dapat terjadi yaitu ketika terdapat suatu butiran dengan ukuran yang sangat kecil dapat memperkecil nilai porositas, dikarenakan butiran dengan ukuran kecil ini memungkinkan untuk mengisi ruang kosong (pori) diantara butiran-butiran lain dengan ukuran yang lebih besar. 2. Sementasi Sementasi merupakan proses dimana butiran-butiran batuan direkatkan oleh material lain, dapat berasal dari air tanah atau hasil pelarutan mineral-mineral dalam batuan itu sendiri. Material semennya dapat berupa karbonat (CO3), silika (Si), atau oksida (Fe). Maka apabila suatu batuan dip roses sementasi maka butiran-butiran batuan yang tadinya renggang dapat direkatkan kembali dengan butiran yang lain sehingga dapat memperkecil volume pori-pori batuan, dan nilai porositasnya pun akan semakin kecil. 3. Kompaksi Kompaksi merupakan suatu proses pembebanan akibat dari akumulasi beban lapisan batuan yang berada diatasnya, sehingga menyebabkan hubungan antar butir menjadi lebih dekat dan juga air yang terkandung dalam pori-pori lapisan batuan tertekan keluar. Maka apabila suatu batuan diproses kompaksi dengan baik maka dapat membuat ukuran pori-

JURNAL FISIKA LABORATORIUM BAHAN Vol:1, No.1, (2014)1-5 pori batuan semakin kecil sehingga nilai porositas juga akan semakin kecil. Kompaksi yang baik ini yaitu suatu proses pembebanan yang dilakukan dengan beban yang lebih berat sehingga pembebanan semakin dalam dari permukaan batuan. 4. Derajat Angularitas Apabila suatu batuan memiliki butiran penyusun memiliki tingkat kebundaran (derajat angularitas) yang besar, maka butiran ini akan memiliki bentuk yang jauh daripada bundar atau dengan kata lain butiran ini memiliki sudut (menyudut) sehingga dalam penyusunannya lebih padat dan rapat. Hal ini akan mengakibatkan volume pori-pori batuan akan semakin kecil, sehingga nilai porositas batuan pun akan berkurang[2]. Porositas suatu batuan sangat penting untuk diketahui dalam eksplorasi dan eksploitasi baik dalam bidang perminyakan maupun dalam bidang air tanah. Porositas berdasarkan asal usulnya dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu: 1. Original (Primary) Porosity Porositas yang terbentuk ketika proses pengendapan batuan (deposisi) tanpa ada faktor lain. Pada umumnya terjadi pada porositas antar butiran pada batupasir, antar Kristal pada batukapur, atau porositas oolitic pada batukapur. 2. Induced (Secondary) Porosity Porositas yang terbentuk setelah proses deposisi batuan karena beberapa proses geologi yang terjadi pada batuan tersebut, seperti proses intrusi, fault, retakan, dan sebagainya. Proses tersebut akan mengakibatkan lapisan yang sebelumnya nonporosity/permeabelitas menjadi lapisan berporositas. Contohnya retakan pada shale dan batukapur, dan vugs atau lubang-lubang akibat pelarutan pada batu kapur. II. METODE Adapun cara kerja dalam percobaan ini, langkah pertama yaitu dipersiapkan alat yaitu neraca digital, beaker glass, sendok, penggaris dan piknometer. Sedangkan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah pasir bulu, pasir jenu, pasir regoyo, dan air. Timbangan digital digunakan untuk mengetahui massa pasir secara teliti. Piknometer berfungsi untuk mengukur densitas serbuk. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur volume air serta volume air dan serbuk. Dalam percobaan kali ini terdapat dua metode yaitu metode mencari nilai densitas serbuk, dan mencari nilai porositas densitas serbuk.

Gambar 2.1 Beaker glass dan piknometer

3

Gambar 2.2 Sample pasir yang akan dicari nilai densitas dan porositasnya

Gambar 2.3 Neraca digital A. Mencari nilai densitas serbuk Pada percobaan untuk mencari nilai densitas serbuk dari sample, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan. Kemudian masing-masing sample ditimbang dengan menggunakan neraca digital sebanyak 2 gram. Selanjutnya ditimbang massa piknometer + tutupnya, massa ini digunakan sebagai massa m1. Pasir dimasukkan kedalam piknometer, lalu pikonometer+tutup+pasir (serbuk) ini digunakan sebagai m3. Kemudian piknometer ini dikosongkan kembali, lalu diisi dengan air hingga hampir penuh, massa piknometer+tutup+air ini sebagai m2. Dan yang terakhir, pasir sebanya 2 gram dimasukkan kedalam piknometer yang berisi air yang hampir penuh, massa piknometer+tutup+air+pasir ini sebagai m4. Langkah diatas dilakukan untuk sample pasir lainnya, dan dicatat hasilnya. Pada percobaan ini didapatkan data berupa m1 , m2 , m3 , m4, sehingga dapat dilakukan perhitungan untuk mencari nilai densitas dari pasir (serbuk) dengan menggunakan persamaan berikut ini :

𝜌𝑝𝑎𝑠𝑖𝑟 =

𝑚 3 −𝑚 1 𝑚 2 −𝑚 1 +(𝑚 4 −𝑚 3 )

𝑥 𝜌 𝑎𝑖𝑟

(2.1)

B. Mencari nilai porositas serbuk Pada percobaan untuk mencari nilai porositas serbuk dari sample, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan. Diameter dan tinggi beaker glass diukur. Kemudian pasir dimasukkan ke dalam beaker glass dengan volume kira-kira ¼ tinggi beaker glass, dan diukur tingginya serta dicatat. Pasir tersebut

JURNAL FISIKA LABORATORIUM BAHAN Vol:1, No.1, (2014)1-5

4

kemudian dikeluarkan dari beaker glass, lalu beaker glass diisi air kira-kira ½ dari tinggi beaker glass, dan diukur tingginya serta dicatat. Kemudian pasir dimasukkan kedalam beaker glass yang berisi air tersebut, lalu diukur tingginya serta dicatat. Langkah diatas dilakukan untuk kedua sample lainnya. Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data yang berupa diameter, dan tinggi beaker glass, tinggi pasir, tinggi air, dan tinggi aquades+air. Setelah diperoleh data ini, dapat dilakukan perhitungan porositas serbuk dengan menggunakan persamaan untuk porositas serbuk sebagai berikut : Volume total −Volume partikel %Φ= x 100%................(2.2)

menggunakan persamaan volume tabung, dan kemudian dapat dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai porositas serbuk dengan menggunakan persamaan (2.2). Berikut merupakan data perhitungan nilai densitas dan porositas serbuk yang telah dilakukan :

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada table 3.3 diatas dapat diamati data perhitungan nilai densitas serbuk masing-masing sample pasir dengan nilai densitas air diketahui sebesar 1 gr/cm3. Dari data diatas dapat diamati bahwa pasir bulu memiliki densitas yang paling kecil dibandingkan dengan jenis pasir jenu, maupun pasir regoyo. Hal ini menunjukkan bahwa pada pasir bulu memiliki kerapatan butir penyusun yang lebih renggan disbanding yang lain, dengan hasil ini maka dapat dipresiksi bahwa pasir bulu memiliki pori-pori yang besar disbanding yang lain sehingga menyebabkan volume porinya pun semakin besar. Apabila volume pori semakin besar maka porositas pasir jenuh ini seharusnya lebih besar dibandingkan dengan pasir jenis yang lain. Dan dari data yang telah didapatkan dari percobaan mencari nilai porositas serbuk, maka dapat dilakukan perhitungan yang ditampilkan pada table dibawah ini :

Volume total

Percobaan berjudul analisis densitas dan porositas pasir bertujuan untuk mengetahui nilai densitas dan porositas serbuk pasir, dan untuk mengetahui hubungan antara porositas dan densitas serbuk pasir. Adapun jenis pasir yang digunakan sebagai sample yaitu pasir bulu, pasir jenu, dan pasir regoyo. Dan peralatan utama yang digunakan dalam percobaan ini adalah piknometer, neraca digital, dan beaker glass. Piknometer merupakan alat untuk mengukur densitas suatu material yang berbentuk serbuk. Neraca digital berfungsi sebagai alat untuk menimbang material dengan ketelitian yang tinggi, ketelitian neraca digital ini dapat mencapai empat angka dibelakang koma (0,0001 gram). Dan beaker glass ini berfungsi untuk mengukur ketinggian suatu material yang berada didalamnya, dengan ketinggian ini maka dapat diperoleh volume suatu material, yang selanjutnya dapat digunakan untuk mencari nilai porositas serbuk. Pada percobaan ini didapatkan dapat untuk percobaan mencari nilai densitas serbuk yaitu m1, m2, m3, dan m4. Sedangkan data yang didapatkan pada percobaan untuk mencari nilai porositas serbuk yaitu diameter tabung, tinggi air, tinggi pasir, dan tinggi air+pasir. Dengan data tersebut maka dapat diketahui volume dari pasir, air, dan air+pasir. Data tersebut dapat diamati pada table berikut ini : Tabel 3.1 Data massa untuk mencari nilai densitas Jenis m1 m2 m3 No Pasir (gram) (gram) (gram) 1. Bulu 22.7506 47.1320 24.7414 2. Jenu 21.6783 44.0635 23.6663 3. Regoyo 22.7555 46.4700 24.7373

m4 (gram) 49.0600 46.0600 48.3137

Tabel 3.2 Data pengukuran diameter dan tinggi untuk mencari nilai porositas Jenis dtabug tair tpasir tair+pasir No Pasir (cm) (cm) (cm) (cm) 1. Bulu 3.5 2.6 1.3 3.6 2. Jenu 3.5 2.6 1.2 3.3 3. Regoyo 3.5 2.5 1.2 3.2 Dari data yang telah didapat diatas, maka dapat dicari nilai densitas serbuk dengan menggunakan persamaan (2.1). Sedangkan untuk mencari nilia porositas serbuk maka harus dihitung dulu volume total dan volume partikel dengan

Tabel 3.3 Data perhitungan nilai densitas serbuk pasir Jenis m1 m2 m3 m4 No Pasir (gram) (gram) (gram) (gram) 1. Bulu 22.7506 47.1320 24.7414 49.0600 2. Jenu 21.6783 44.0635 23.6663 46.0600 3. Regoyo 22.7555 46.4700 24.7373 48.3137

𝜌pasir (gr/cm3) 0.040879 0.044396 0.041907

Tabel 3.4 Data perhitungan nilai porositas serbuk pasir 𝑉 partikel 𝑉 total ∅pasir No Jenis Pasir (cm3) (cm3) (%) 1 Bulu 2.884875 37.50338 92.30769 2 Jenu 4.808125 36.54175 86.84211 3 Regoyo 4.808125 35.58013 86.48649 Dari data pada table 3.4 diatas dapat diamati bahwa nilai porositas yang paling besar yaitu pasir bulu. Hal ini sesuai dengan prediksi diatas. Dari hasil ini dapat diketahui bahwa porositas dan densitas memiliki hubungan berbanding terbalik. Sesuai dengan perngertiannya, densitas merupakan kerapatan massan butiran penyusun material, yang juga perbandingan antara nilai massa suatu material dengan volume material tersebut. Densitas suatu material tidak dipengaruhi oleh bentuk (dimensi) material tersebut, meskipun bentuknya berbeda dengan jenis material yang sama, maka sekalipun dimensinya berbeda namun nilai densitasnya tetap sama. Densitas suatu batuan dipengaruhi oleh beberapa factor seperti jenis dan jumlah mineral serta presentasenya, porositas, dan fluida pengisi rongga dalam material tersebut, serta keseragaman butiran-butiran penyusunnya. Material dengan nilai densitas yang kecil maka dapat diasumsikan bahwa butiran penyusunnya tersebut renggang atau tidak rapat, sehingga terdapat banyak ruang kosong dalam material tersebut. Dikarenakan banyak ruang kosong yang mengisi material ini, maka volume pori-pori (porus) besar sehingga mengakibatkan nilai porositas batuan ini besar. Porositas merupakan ruang kosong dalam suatu material, yang juga merupakan perbandingan antara volume semua ruang

JURNAL FISIKA LABORATORIUM BAHAN Vol:1, No.1, (2014)1-5 termasuk pori, rekahan (fracture), retakan(cracks), celah, lubang terhadap volume total suatu material. Maka apabila suatu material memiliki nilai porositas yang besar maka didalam material tersebut terdapat banyak pori yang menyebabkan volume pori didalam material tersebut besar, sehingga kerapatan massa (densitas) butiran penyusun material tersebut berarti mempunyai nilai yang kecil. IV. KESIMPULAN Dari percobaan berjudul analisis densitas dan porositas pasir dapat disimpulkan bahwa nilai densitas (ρ) dan nilai porositas (Ф) pasir bulu yaitu ρ = 0.040879 gram/cm3 dan yaitu Ф = 92.30769 %; untuk pasir jenu yaitu ρ = 0.044396 gram/cm3 dan yaitu Ф = 86.84211 %; untuk pasir regoyo yaitu ρ = 0.041907 gram/cm3 dan yaitu Ф = 86.48649%. Dari hasil tersebut dapat diketahui hubungan antara densitas dan porositas, semakin besar porositas suatu batuan maka densitasnnya akan semakin kecil. Nilai porositas dan densitas batuan berbanding terbalik. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium bahan, Rahmania Mawwasah, Ainul Millah Assyadiyah (asisten dalam percobaan analisis densitas dan porositas pasir), yang telah bersedia membantu baik sebelum maupun pada saat percobaan hingga laporan ini selesai ditulis. DAFTAR PUSTAKA [1] M. Irham Nurwidyanto, Ita Noviyanti, Sugeng Widod. Estimasi Hubungan Porositas Dan Permeabilitas Pada Batupasir (Study Kasus Formasi Kerek, Ledok, Selorejo). Berkala Fisika Vol.8, No.3, Juli 2005, hal 87-90. ISSN : 1410 – 9662. [2] Moore, C.H. : ―Carbonate Reservoirs : Porosity Evolution and Diagenesis in a Sequence Stratigraphic Framework,‖ Elsevier Science Books, 1995. [3]Teresa P. Santos, M. Fatima Vaz, Moises L. Pinto, Ana P. Carvalho. Porosity characterization of old Portuguese ceramic tiles. Construction and Building Materials 28 (2012) 104–110.

5