Lapres Densitas Dan Porositas Padatan

Pengukuran Densitas dan Porositas Zat Padat dan Pengaruh Densitas Terhadap Porositas

Seni Ramadhanti S, Astrid Delia Aisyah Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia Email: ramadhanti.seni12@mhs.physics.its.ac.id

Abstrak—Telah dilakukan percobaan pengukuran densitas dan porositas zat padat dan pengaruh densitas terhadap porositas. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui nilai densitas dan porositas suatu material padatan dan untuk mengetahui pengaruh densitas terhadap porositas. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain neraca ohaus, neraca pegas, 5 buah batu yang berbeda, oven, dan aquades. Variasi yang digunakan adalah 5 buah batu yang berbeda yaitu batu bata, batu pualam, batu kali besar, batu koral, batu kali berongga.  Percobaan ini menggunakan prinsip kerja dari hukum archimedes. Dari praktikum yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan bahwa batu bata memiliki nilai porositas tertinggi sebesar 26.395% , dan yang paling kecil adalah batu pualam, 0.073%. Densitas terbesar adalah pada batu kali besar, dengan nilai 2503.4 kg/m3, sedangkan yang paling kecil adalah batu kali berongga dengan nilai 1519.4 kg/m3. Hubungan antara densitas dan porositas bahwa semakin besar densitas dari suatu batuan maka porositasnya akan semakin kecil. hal ini dikarenakan batuan dengan densitas besar berarti memiliki kerapatan yang besar. Karena semakin rapat batu tersebut maka pori-pori yang berada pada batu akan semakin sedikit. Sehingga besar porositas batu akan semakin kecil. jadi dapat diketahui hubungan antara densitas dengan porositas adalah berbanding terbalik.

Kata Kunci— Densitas, Hukum Archimedes, Porositas

I.     PENDAHULUAN

Suatu bahan mempunyai beberapa sifat seperti sifat mekanik, listrik, fisis. Sifat fisis yang berarti sifat yang dimiliki suatu bahan yang  dapat kita amati secara langsung.  Untuk mengetahui sifat fisis bahan tersebut,  maka kita melakukan percobaan sifat fisis suatu  material. Sifat fisis suatu benda berkaitan dengan struktur benda. Sifat fisis suatu benda antara lain, porositas dan densitas ^[1]. Densitas didefinisikan sebagai masa persatuan volume. Bahan yang homogen seperti besi, aluminium, batuan memiliki densitas yang sama tiap bagiannya. Jika sebuah bahan yang materialnya homogen bermasa m dan memiliki volume V, maka densitasnya adalah:

ρ=  m/V……..………………(1.1)  

Tetapi dalam menghitung massa jenis dari suatu batuan yaitu dengan menggunakan persamaan berikut ini:

…………….…(1.2)

FA adalah gaya archimedes (N) yaitu selisih antara berat batu sebelum tercelup air dengan berat batu sesudah tercelup air, yaitu FA = W kering – W basah.^[4] Hukum Archimedes menyatakan bahwa “ketika sebuah benda seluruhnya atau sebagian di masukkan ke dalam zat cair, cairan akan memberikan gaya ke atas pada benda setara pad berat cairan yang di pindahkan benda. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda.

Porositas merupakan salah satu karakteristik fisis yang diperlukan terutama untuk mengkarakteristik fisis yang diperlukan terutama untuk mengkarakterisasi bahan padatan hasil proses maupun yang akan diproses kembali. Sifat porositas bahan saling mempengaruhi dan dipengaruhi oleh besaran fisis yang lain maupun sifat termalnya, misalnya bahan yang porus akan mempunyai nilai kerapatan yang rendah, luas permukaan yang lebih besar, konduktivitas panas yang rendah, dan sebagainya. Secara umum porositas digambarkan sebagai perbandingan antara volume pori dengan volume teoritis. Volume teoritis ditentukan dari berat dan rapat teoritisnya. Adanya porositas muncul karena adanya pori terbuka, tertutup maupun ruang antar partikel. Pori terbuka adalah pori yang berhubungan dengan cairan disekitarnya atau pori yang saling berhubungan, termasuk didalamnya kapiler, retak-retak halus serta ketidakrataan dalam bentuk partikel agregat ^[2]. Sedangkan pori tertutup adalah pori yang tidak berhubungan dengan cairan disekitarnya.

Untuk mengukur besarnya porositas dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:

..........................................(1.3)

Penentuan porositas dapat dibedakan menjadi dua cara yaitu

1.     Analisa secara langsung (analisa core)

Besarnya nilai porositas dapat dicari dilaboratorium yang dapat ditentukan secara lebih teliti dengan menggunakan Porosimeter dan Mercury Injection Pump)^[3].

2.     Analisa secara tidak langsung (analisa logging).

Untuk menentukan porositas secara tidak langsung (analisa logging) ditentukan dengan menggunakan data log sumuran yaitu  menggunakan Log Sonik (untuk batuan keras dan unconsolidated atau kompak), Log Densitas (untuk semua formasi, tetapi pada prinsipnya dalam batuan yang kurang unconsolidated dan batuan shaly) dan Neutron Log7)^[3].

II.     METODE

Dalam praktikum ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut, yaitu neraca ohaus, neraca pegas, 5 buah batu yang berbeda, oven, dan aquades. Pada percobaan ini akan dilakukan 2 metode perhitungan terhadap material batuan yang digunakan, yaitu densitas dan porositas. Bahan yang akan dicari densitas maupun porositasnya dalam percobaan ini yaitu 5 jenis batuan meliputi batu bata batu pualam, batu kali besar, batu koral, dan  batu kali berongga. Langkah awal pada percobaan ini yaitu ke lima batuan dioven selama 10 menit agar benar benar kering. Kemudian masing-masing batuan ditimbang massa keringnya. Dicatat nilai massa yang ditunjukkan neraca digital. Kemudian masing-masing batu ditimbang berat keringnya dengan menggunakan neraca dan dicatat hasilnya. Setelah itu dilanjutkan dengan mengukur berat basah masing-masing batu dengan cara menggantugkan batu yang ditali pada statip. Lalu dicelupkan ke dalam gelas beker yang telah diisi air sampai melayang dan tidak menyentuh dasar gelas. Setelah gelembung-gelembung air yang keluar dari batu hilang, berat  yang ditunjukkan oleh neraca dicatat. Kemudian batu yang telah tercelup air ditimbang berat basahnya dengan menggunakan neraca digital. Berdasarkan data yang telah didapat maka dapat dicari densitas dan porositas pada masing-masing batuan.

Gambar 2.1 Batu bata, batu pualam, batu kali besar, batu koral, batu kali berongga

Gambar 2.2 batu di oven selama 10 menit

Gambar 2.3 Neraca ohaus untuk menentukkan massa kering batuan

Gambar 2.4 Neraca pegas untuk menentukan berat kering

Gambar 2.5 Neraca pegas untuk menentukan berat basah

Gambar 2.6 Flow chart

III.     HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada percobaan ini, telah didapatkan data massa kering, massa basah, berat kering dan berat basah dari masing-masing batuan yang ditampilkan pada tabel di bawah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Data massa kering, massa basah, berat kering, dan berat basah

Batu	Mk (gr)	Mb (gr)	Wk (N)	Wb (N)
Koral	27.25	29.13	0.29	0.15
Pualam	54.58	54.62	0.55	0.32
Kali besar	50.07	50.2	0.5	0.3
Kali berongga	27.35	28.59	0.28	0.1
Bata	8.6	10.87	0.1	0.05

Dari tabel diatas, dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai densitas dan porositasnya yaitu sebagai berikut:

Diketahui :    Mb = 29.13 gr

                        Mk = 27.25 gr

                        Wk = 0.29 N

                        Wb = 0.15 N

                        g     = 10 m/s2

                        q     = 1

Ditanyakan : Densitas (ρ) dan porositas (p)?

Jawab :

  ρ = 1946.4 kg/m³

Untuk mencari porositas :

P = 6.899 %

Untuk data perhitungan selengkapnya dapat dilihat dalam tabel 3.2 dam 3.3 di bawah ini:

Tabel 3.2 Data hasil perhitungan porositas

Batu	Mk (gr)	Mb (gr)	P (%)
Koral	27.25	29.13	6.899
Pualam	54.58	54.62	0.073
Kali besar	50.07	50.2	0.259
Kali berongga	27.35	28.59	4.533
Bata	8.6	10.87	26.395

Tabel 3.3 Data hasil perhitungan densitas

Batu	Wk (N)	Wb (N)	Mk (gr)	ρ (kg)	ρ ref (kg)
Koral	0.29	0.15	27.25	1946.4	1800
Pualam	0.55	0.32	54.58	2373.1	2563
Kali besar	0.5	0.3	50.07	2503.5	2499
Kali berongga	0.28	0.1	27.35	1519.4	1522
Bata	0.1	0.05	8.6	1720	2403

Pada tabel 3.1 dapat dikatakan bahwa nilai massa kering batuan memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai massa basah batuan. Nilai massa kering pada batuan memiliki nilai yang lebih kecil daripada nlai massa basah batuan karena adanya kandungan air yang tersimpan pada batuan basah akibat dari proses pencelupan batuan pada fluida sebelumnya yaitu dengan menggunakan air. Adanya air yang bisa masuk ke dalam batuan dipengaruhi adanya pori-pori pada batuan. Setiap batuan memiliki pori-pori pada permukaan batuan. Pori-pori ini yang membuat fluida bisa masuk meresap ke dalam batuan. Akibatnya, massa yang dikandung oleh batuan basah akan lebih besar dari pada massa batuan kering. Batuan yang berbeda jenisnya akan mempunyai pori-pori yang berbeda. Semakin batuan mempunyai banyak pori-pori, maka akan semakin besar pula fluida yang bisa terserap masuk ke dalam batuan, akibatnya selisih nilai massa kering batuan dengan nilai massa basah akan semakin besar.

Hubungan antara densitas dan porositas bahwa semakin besar densitas dari suatu batuan maka porositasnya akan semakin kecil. hal ini dikarenakan batuan dengan densitas besar berarti memiliki kerapatan yang besar. Karena semakin rapat batu tersebut maka pori-pori yang berada pada batu akan semakin sedikit. Sehingga besar porositas batu akan semakin kecil. jadi dapat diketahui hubungan antara densitas dengan porositas adalah berbanding terbalik.

Berdasarkan data hasil perhitungan nilai densitas dan porositas masing-masing batuan pada tabel 3.2 di atas, dapat dilihat bahwa batu bata memiliki nilai porositas tertinggi sebesar 26.395% , dan yang paling kecil adalah batu pualam, 0.073% hal ini karena pori pada pualam sangatlah kecil, dikarenakan struktur pualam yang rapat, dan menandakan bahwa batu bata memiliki pori yang cukup banyak. Dengan ini berarti lebih banyak air yang masuk di batu bata daripada batuan laiinya.

Dapat dilihat pada tabel 3.3 bahwa densitas terbesar adalah pada batu kali besar, dengan nilai 2503.4 kg/m³ , sedangkan yang paling kecil adalah batu kali berongga dengan nilai 1519.4 kg/m³. Besarnya densitas pada 5 jenis batuan berbeda-beda. Besarnya densitas suatu batuan dipengaruhi oleh massa dan volume benda itu sendiri. Semakin besar massa batuan tersebut maka massa jenisnya pun akan semakin besar. Hal ini berbanding terbalik dengan pengaruh volume terhadap densitasnya. Karena semakin besar volume batuan maka massa jenisnya pun akan semakin kecil. Hal ini juga sangat erat kaitannya dengan hukum Archimedes. Seperti halnya dalam percobaan ini dimana ketika batu tersebut tercelup seluruhnya ke dalam air, maka air tersebut akan memberikan gaya angkat ke atas dan batu tersebut setara dengan berat cairan yang dipindahkan oleh batu itu sendiri. Gaya angkat ke atas juga mempengaruhi berat kering dan berat basah.

IV.     KESIMPULAN/RINGKASAN

Dari praktikum yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan bahwa batu bata memiliki nilai porositas tertinggi sebesar 26.395% , dan yang paling kecil adalah batu pualam, 0.073%. Densitas terbesar adalah pada batu kali besar, dengan nilai 2503.4 kg/m³, sedangkan yang paling kecil adalah batu kali berongga dengan nilai 1519.4 kg/m³. Hubungan antara densitas dan porositas bahwa semakin besar densitas dari suatu batuan maka porositasnya akan semakin kecil. hal ini dikarenakan batuan dengan densitas besar berarti memiliki kerapatan yang besar. Karena semakin rapat batu tersebut maka pori-pori yang berada pada batu akan semakin sedikit. Sehingga besar porositas batu akan semakin kecil. jadi dapat diketahui hubungan antara densitas dengan porositas adalah berbanding terbalik.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Astrid Delia Aisyah selaku asisten, rekan-rekan praktikum dan semua pihak yang terkait praktikum densitas dan porositas zat padat dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]     Djaprie, Sriati. “Teknologi Mekanik” jilid 1 Erlangga, Jakarta. 1992.

[2]     Nur Fithrah, Oscar, “Analisa Sifat Fisis Dan Mekanis Batu Bata Berdasarkan Sumber Lokasi Dan Posisi Batu Bata Dalam Proses Pembakaran”, Jurnal Rekayasa Sipil, Vol 4 NO. 2, 2008.

[3]     Surdia, Tata & Saito, Shinroku. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. (edisi kedua). Pradnya Paramita :Jakarta

[4]     Widarsono, Bambang, “Hubungan Antara Porositas Dengan Kedalaman Dengan Kedalaman Untuk Reservoir - Reservoir Batu Pasir Di Indonesia”, Lembaran Publikasi Lemigas Vol. 42. No. 3, 11-17, 2008.