LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL Pengujian Densitas dan Porositas Material Serbuk - RHEINA AS 16-083 PDF

Preview

Summary

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL Pengujian Densitas dan Porositas Material Serbuk Rheina Aurely Shavira, Yuliani Purnama Sari, Windar Joshua Parentas, Faridawati,MSi Departemen Fisika, Fakultas Sains, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indon...

Description

Accelerat ing t he world's research.

LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL Pengujian Densitas dan Porositas Material Serbuk - RHEINA AS 16-083 Rheina Shavira

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Analisa Densit as dan Porosit as Bat uan dan Serbuk Mut hia Diah Laporan Prakt ikum Laborat orium Tanah Sahat immanuel Tobing Laporan aib Herja Salam

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL

Pengujian Densitas dan Porositas Material Serbuk Rheina Aurely Shavira, Yuliani Purnama Sari, Windar Joshua Parentas, Faridawati,MSi Departemen Fisika, Fakultas Sains, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]

I. PENDAHULUAN

Abstrak – Telah dilakukan percobaan terkait densitas dan porositas suatu material serbuk yang memiliki tujuan yaitu untuk menentukan densitas dan porositas dari material serbuk serta untuk mengetahui hubungan antara densitas dan porositas. Prinsip yang digunakan mengenai topik ini adalah prinsip picnometer untuk mengukur densitas serta prinsip difusi fluida pada rongga kosong atau pori-pori suatu bahan. Percobaan uji densitas dilakukan dengan mengukur massa komponen penyusun campuran dan massa campuran secara keseluruhan sehingga didapat densitas atau masa jenis material serbuk. Sedangkan percobaan uji porositas dilakukan dengan mengukur volume komponen penyusun campuran dan volume campuran secara keseluruhan sehingga didapat prosentase porositas yang dimiliki material serbuk. Percobaan ini dilakukan dengan variasi jenis serbuk yaitu kapur, batu bata dan tanah serta variasi pengulangan 2 kali. Data yang didapat setelah dilakukannya percobaan ini yaitu massa dan volume masing-masing data sampel yang selanjutnya memperoleh data densitas dan besar porositas masing-masing material. Dari data percobaan dan data perhitungan yang telah dilakukan, telah didapatkan hasil bahwa hubungan antara densitas dan porositas adalah berbanding terbalik. Didapat pula bahwa material serbuk yang memiliki densitas terbesar adalah batu bata yaitu sebesar 0,886025 gr/cm3 dengan memiliki porositas terkecil yaitu kurang lebih sebesar 17,5%.

S

EMUA material yang terdapat pada alam semesta memiliki karakter dan keunikan yang berbeda antara satu dengan yang lain. Salah satu hal yang membedakan masingmasing material secara fisis adalah massa jenisnya. Contohnya, 1 kg kapas memiliki volume yang jauh lebih besar dibandingkan dengan 1 kg emas. Peristiwa ini dikarenakan oleh dua hal, yaitu adanya perbedaan besar densitas dan porositas kedua bahan. Densitas yang dimiliki oleh emas jauh lebih besar dibandingkan dengan densitas yang dimiliki serat kapas. Dan tentunya porositas yang dimiliki oleh emas jauh lebih kecil dibandingkan dengan porositas yang dimiliki serat kapas. Pernyataan ini dapat di buktikan dengan cara menguji, mengamati dan menganalisa morfologi kedua material tersebut. Densitas (ρ) atau massa jenis merupakan sifat fisis yang menggambarkan kerapatan ikatan material-material penyusun suatu bahan. Tingkat densitas suatu bahan dipengaruhi oleh jenis dan jumlah mineral serta persentasenya, porositas dan fluida pengisi rongga. Densitas suatu bahan meliputi densitas asli (natural density) yaitu densitas bahan dalam keadaan aslinya, densitas kering (dry density) yaitu densitas bahan dalam keadaan susut setelah dipanaskan, dan densitas jenuh (saturated density) yaitu densitas batuan dalam keadaan jenuh setelah bahan tersebut dijenuhkan dalam suatu fluida [1]. Nilai densitas suatu material dapat diukur dengan beberapa alat. Salah satu alat untuk mengukur densitas yaitu Piknometer. Piknometer adalah suatu alat yang terbuat dari kaca, bentuknya menyerupai botol parfum atau sejenisnya. Terdapat beberapa macam ukuran dari piknometer, tetapi biasanya volume piknometer yang banyak digunakan adalah 10 ml dan 25 ml, dimana nilai volume ini valid pada temperature yang tertera pada. Piknometer terdiri dari 3 bagian, yaitu: 1. Tutup piknometer, untuk mempertahankan suhu di dalam piknometer 2. Lubang 3. Gelas atau tabung ukur, untuk mengukur volume cairan yang dimasukkan dalam piknometer [5]. Porositas (Φ) didefinisikan sebagai perbandingan antara volume ruang yang terdapat diantara serbuk yang berupa pori-pori (ruang diantara serbuk yang selalu terisi oleh fluida seperti udara, minyak atau gas bumi) terhadap volume serbuk secara keseluruhan dan biasanya dinyatakan dalam fraksi yang diekspresikan di dalam prosentase (%). Besar-kecilnya porositas suatu batuan akan menetukan kapasitas penyimpanan fluida reservoir [1]. Porositas merupakan rasio volume rongga-rongga pori terhadap volume total seluruh

Kata Kunci — Densitas, Piknometer, Porositas, Serbuk.

Abstract – An experiments related to the density and porosity of a powder material that has a to determine the density and porosity of the powder material and to determine the relation between density and porosity. The principle used on this topic is the principle of a picnometer to measure the density and tye principle of fluid diffusion in empty cavities or pores of a material. The density test was carried out by measuring the mass of the components of the mixture and the overall mixture mass so that the density of the powder material could be obtained. While the porosity test was carried out by measuring the volume of the components of the mixture and the overall mixture volume so that the porosity of the powder material could be obtained. This experiment was carried out with variations in the types of powder specifically lime, brick and soil powder with twice repetition. The data obtained in this experiment is the mass and volume data of each sample which then obtains density and porosity data for each material. From the experimental and after calculation that have been done, the results have been obtained that the relation between density and porosity is inversely proportional. Powder material which has the greatest density is brick, which is equal to roughly 0.886025 gr/cm3 with the lowest porosity which is equal to approximately 17,5%. Keywords - Density, Pycnometer, Porosity, Powder.

1

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL

Tabel 3. Data pengujian porositas (Φ) material serbuk

Tabel 1 . Alat dan bahan yang digunakan Jenis

Kuantitas

Kapur

45 gr

Batu Bata

135 gr

Tanah

70 gr

Air

300 gr

Piknometer

1 buah

Gelas Ukur

1 buah

Batang Pengaduk

1 buah

Material Serbuk

Kapur Batu Bata Tanah

serbuk

air

campuran

1

1

1,5

1

1

1,5

1

1

1,6

1

1

1,7

1

1

1,3

1

1

1,5

Kapur Batu Bata Tanah

Tabel 2. Data pengujian densitas (ρ) material serbuk

Tabel 4. Data pengujian densitas dan porositas material serbuk

Massa (gr)

Material Serbuk

Ketinggian (cm)

Material Serbuk

m1

m2

m3

m4

20,589

25,346

24,129

28,696

20,589

21,501

22,932

28,879

20,589

21,606

27,964

34,177

20,589

25,3373

28,3632

33,953

20,589

26,62

23,862

29,3615

20,589

20,744

25,059

30,819

Kapur Batu Bata Tanah

B$

𝜌 A:;CD

Φ

0,379665

25 %

0,341595

25 %

1,020055

20 %

0,751995

15 %

0,283856

35 %

0,755706

25 %

𝜌̅ A:;C D

F ∅

0,36063

25 %

0,886025

17,5 %

0,519781

30 %

B$

rongga yang terbentuk akan semakin kecil pula dan sebaliknya jika ukuran butir besar maka rongga yang terbentuk juga semakin besar. Bentuk butir atau sphericity. Batuan dengan bentuk butir jelek akan memiliki porositas yang besar, sedangkan kalau bentuk butir baik maka akan memiliki porositas yang kecil. Susunan butir, apabila ukuran butirnya sama maka susunan butir sama dengan bentuk kubus dan mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk rhombohedral. Komposisi mineral, apabila penyusun batuan terdiri dari mineral-mineral yang mudah larut seperti golongan karbonat maka porositasnya akan baik karena rongga-rongga akibat proses pelarutan dari batuan tersebut [4] Densitas dan porositas material dipengaruhi oleh struktur mikronya. Struktur mikro member-kan informasi tentang orientasi kristalin, distribusi material penyusun, cacat, batas butir, ukuran butir atau pori. Misalnya, batu apung tersusun atas pori-pori yang terdistribusi merata dengan ukuran yang berbeda- beda. Porositas dan ukuran pori dapat dianalisis dari tampilan mikrografi SEM [2]. Untuk menghitung densitas (ρ) dari serbuk digunakan persamaan sebagai berikut :

Gamabr 1. Skema alat percobaan uji densitas dan porositas material serbuk

batuan yang dinyatakan dalam persen. Porositas sendiri bergantung pada jenis bahan, uku- ran bahan, distribusi pori, sementasi, riwayat diagenetik dan komposisinya [2]. Suatu batuan dikatakan memiliki porositas efektif apabila bagian rongga-rongga dalam batuan saling berhubungan dan biasanya lebih kecil dari rongga-rongga pori. Ada dua jenis porositas yang dikenal dalam teknik reservoir, yaitu porositas absolut merupakan rasio volume poripori total batuan terhadap volume total batuan dan porositas efektif merupakan rasio volume pori-pori yang saling berhubungan terhadap volume total batuan [3]. Faktor-faktor yang mempengaruhi porositas antara lain ukuran butir atau grain size, semakin kecil ukuran butir maka

𝜌"#$%&' = 𝜌)*$

(𝑚- − 𝑚/ ) (𝑚1 − 𝑚/ ) + (𝑚3 − 𝑚- )

Dimana : m1 = massa piknometer (kg) m2 = massa piknometer + air (kg) m3 = massa piknometer + pasir (kg) m4 = massa piknometer + pasir + air (kg) Sedangkan untuk menghitung porositas serbuk digunakan persamaan sebagai berikut: ∅"#$%&' =

2

5𝑉)*$ + 𝑉7)"*$ 8 − 𝑉:);7&$)< × 100% 𝑉)*$ + 𝑉7)"*$

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL

Start

Start

Keliling gelas ukur diukur dan dicatat

Piknometer kosong ditimbang

Jari-jari gelas ukur

Massa m1 Serbuk dimasukkan kedalam gelas ukur dengan ketinggian tertentu

Piknometer dimasukkan fluida lalu ditimbang

Ketinggian serbuk

Massa m2 Fluida disimpan, Piknometer dikosongkan, dimasukkan serbuk lalu ditimbang

Serbuk disimpan, gelas ukur dikosongkan, dimasukkan fluida kedalam gelasukur dengan ketinggian tertentu

Massa m3

Ketinggian fluida

Fluida yang sudah di timbang dimasukkan kedalam piknometer yang berisi serbuk lalu ditimbang

Serbuk yang sudah diukur perlahan dimasukkan kedalam gelas ukur hingga tercampur rata dengan fluida Ketinggian campuran pada gelas ukur diukur

Massa m4 Ketinggian campuran

Apakah sudah dilakukan sebanyak 2 kali?

Belum

Apakah sudah dilakukan sebanyak 2 kali?

Belum

Sudah Sudah

Apakah sudah dilakukan dengan serbuk berbeda?

Apakah sudah dilakukan dengan serbuk berbeda?

Belum

Sudah

Belum

Sudah

Finish

Finish

Gambar 2. Flowchart percobaan uji densitas material serbuk

Gambar 3. Flowchart percobaan uji porositas material serbuk

II. METODOLOGI

Grafik Hubungan Densitas dengan Porositas

A. Alat dan Bahan Pada percobaan ini, digunakan beberapa jenis bahan dan peralatan. Bahan yang digunakan adalah serbuk kapur, batu bata dan tanah sebagai material serbuk yang diuji densitas dan porositasnya serta air sebagai zat fluida yang dapat menentukan densitas dan porositas material serbuk. Sedangkan peralatan yang digunakan adalah neraca digital sebagai alat pengukur massa bahan, piknometer sebagai alat pengukur densitas, gelas ukur sebagai wadah saat pengukuran porositas, batang pengaduk sebagai pengaduk zat dalam fluida (air) untuk mempermudah percobaan serta penggaris untuk mengukur ketinggian serbuk dan air dalam pengujian porositas. Untuk lebih presisi, data alat dan bahan dapat dilihat pada Tabel 1.

35

Porositas (Φ)

30 25 20 15 10 5 0

Densitas (ρ) Kapur

Batu Bata

Tanah

B. Skema Alat Adapun rangkaian skema alat yang dilakukan pada percobaan ini, dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 4. Grafik Hubungan Densitas dengan Porositas

3

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL III. ANALISA DATA DAN DISKUSI

C. Langkah Kerja Terdapat dua jenis pengujian yang dilakukan pada percobaan kali ini. Yang pertama adalah pengujian densitas material serbuk dan yang kedua adalah pengujian porositas material serbuk. Pada pengujian densitas material serbuk, langkah pertama yang dilakukan adalah piknometer dalam keadaan kosong ditimbang dengan menggunakan neraca digital. Selanjutnya fluida yang digunakan untuk mengukur densitas dimasukkan ke dalam piknometer dan ditimbang lalu dikeluarkan dari piknometer. Kemudian material serbuk yang akan diukur massa jenisnya dimasukkan ke dalam piknometer dan massa piknometer yang berisi material serbuk tersebut ditimbang. Kemudian fluida (air) yang telah diukur sebelumnya dimasukkan kedalam piknometer yang berisi material serbuk yang akan diukur densitasnya. Seluruh data massa yang diperoleh dicatat. Langkah-langkah tersebut dilakukan dengan menggunakan variasi material serbuk yang berbeda dan dilakukan pengulangan sebanyak 2 kali. Langkah terakhir adalah piknometer dibersihkan dan dikeringkan. Pada pengujian porositas material serbuk, langkah pertama yang dilakukan adalah keliling gelas ukur diukur agar mendapatkan jari-jari gelas ukur. Gelas ukur yang dalam keadaan kosong dimasukkan material serbuk dengan ketinggian 1 cm kemudian dikeluarkan dari gelas ukur dan ditempatkan pada wadah tertentu. Selanjutnya dimasukkan fluida (air) kedalam gelas ukur tersebut dengan ketinggian 1 cm. Kemudian material yang telah diukur sebelumnya dimasukkan secara perlahan-lahan agar tidak menggumpal, diaduk menggunakan batang pengaduk bila perlu. Lalu diukur ketinggian campuran material serbuk dan air yang terdapat pada gelas ukur, dan dicatat. Langkah-langkah tersebut dilakukan dengan menggunakan variasi material serbuk yang berbeda dan dilakukan pengulangan sebanyak 2 kali. Langkah terakhir adalah gelas ukur dibersihkan dan dikeringkan.

A. Analisa Data Percobaan telah dilakukan dengan menggunakan variasi material serbuk kapur, batu bata dan tanah dengan masingmasing pengulangan sebanyak 2 kali. Data yang diperoleh melalui percobaan densitas berupa massa piknometer (m1), massa piknometer + air (m2), massa piknometer + pasir (m3) dan massa piknometer + pasir + air (m4) yang telah disajikan pada Tabel 2. Sedangkan data yang diperoleh melalui percobaan porositas berupa volume fluida, volume serbuk dan volume campuran (fluida dan serbuk) yang telah disajikan pada Tabel 3. B. Perhitungan Dari data yang telah diperoleh pada kedua pengujian maka dapat dilakukan perhitungan untuk mencari besar densitas dan porositas yang dimiliki oleh masing-masing material serbuk. Sebagai contoh, untuk menghitung densitas yaitu dengan menggunakan Persamaan (1): 𝜌"#$%&' = 𝜌)*$ =1×

𝑔𝑟 U𝑐𝑚1

Sedangkan untuk menghitung porositas maka dihitung terlebih dahulu volume masing-masing data. Sebagai contoh, untuk menghitung volume yaitu dengan menggunakan Persamaan (2): 𝑉 = 𝜋𝑟 1 𝑡 = 3,1415 (3,66)1 × 1 = 42,0961 𝑐𝑚Setelah didapat volume masing-masing data, maka dapat kita peroleh besar porositas sampel material serbuk dengan menggunakan Persamaan (3):

E. Persamaan yang Digunakan Pada percobaan ini, untuk melakukan perhitungaan akan digunakan beberapa persamaan, yaitu persamaan untuk menentukan densitas material serbuk: (𝑚- − 𝑚/ ) (𝑚1 − 𝑚/ ) + (𝑚3 − 𝑚- )

(28,3632 − 20,589) (20,589 − 20,589) + (33,953 − 28,3632)

= 0,751995047

D. Flowchart Flowchart percobaan uji densitas material serbuk dapat dilihat pada Gambar 2. Sedangkan Flowchart percobaan uji porositas material serbuk dapat dilihat pada Gambar 3.

𝜌"#$%&' = 𝜌)*$

(𝑚- − 𝑚/ ) (𝑚1 − 𝑚/ ) + (𝑚3 − 𝑚- )

∅"#$%&' = =

….. (1)

(𝑉)*$ + 𝑉"#$%&' ) − 𝑉:);7&$)< × 100% 𝑉)*$ + 𝑉"#$%&' ( 42,0961 + 42,0961) − 67,35376 × 100% 42,0961 + 42,0961

= 20% Selanjutnya, hasil perhitungan densitas dan porositas untuk keseluruhan data dapat dilihat pada Table 4.

Persamaan untuk menentukan volume sampel yang terdapat pada gelas ukur: 𝑉 = 𝜋𝑟 1 𝑡 ………………… (2)

C. Grafik Dan yang terakhir adalah persamaan untuk menentukan besar porositas material serbuk: ∅"#$%&' =

Setelah densitas dan porositas masing-masing material serbuk dihitung, maka hasil dapat di plot dalam bentruk grafik sehingga kita dapat mengetahui bagaimana hubungan antara densitas dengan besar porositas dimiliki oleh masingmasing material serbuk. Grafik hubungan tersebut disajikan pada Gambar 4.

(𝑉)*$ + 𝑉"#$%&' ) − 𝑉:);7&$)< × 100% (3) 𝑉)*$ + 𝑉"#$%&'

4

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA LABORATORIUM MATERIAL prosentase porositas yang dimiliki menjadi semakin kecil. Begitu pula sebaliknya, material yang memiliki densitas atau massa jenis yang kecil cenderung memiliki konsentrasi partikel atau kerapatan yang rendah. Hal ini mengartikan bahwa ukuran butir yang dimilikinya berukuran besar. Jika ukuran butir semakin besar maka rongga kosong atau pori yang terbentuk juga akan semakin besar, sehingga prosentase porositas yang dimiliki menjadi semakin besar. Untuk mempermudah dapat dilihat ilustrasi pada Gambar 5. Selain ukuran butir dan kerapatan, hal lain yang berpengaruh pada densitas dan porositas adalah bentuk butir atau sphericity. Material dengan bentuk butir yang buruk (tidak simetris) akan memiliki porositas yang lebih besar, sedangkan material dengan bentuk butir yang baik (simetris) maka akan memiliki porositas yang kecil. Pada saat pencampuran fluida dengan material serbuk, fluida akan terdifusi kedalam sela-sela atau rongga kosong (pore) yang terdapat pada material serbuk. Mengapa? Hal ini terjadi karena fluida memiliki ukuran butir atau grain size yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan material serbuk (solid), sehingga dapat menempati ruang-ruang kosong. Terjadinya proses difusi ini berkaitan dengan besar volume sebelum dan setelah difusi. Oleh karena itu, dengan adanya proses difusi ini serbuk dengan volume A yang diberi fluida dengan volume A belum tentu menghasilkan volume campuran 2A. Secara eksperimen, hal ini telah dibuktikan dari hasil data yang didapat pada uji porositas di Tabel 3, yang membuktikan pernyataan bahwa volume sebelum dan sesudah difusi tidaklah sama. Dari data percobaan dan data perhitungan yang telah dilakukan dan disajikan pada Tabel 1 sampai dengan Tabel 4, didapatkan hasil bahwa sampel yang memiliki densitas atau massa jenis terbesar dalah sampel serbuk batu bata yaitu sebesar 0,886025 gr/cm3 serta sampel yang memiliki porositas terbesar dalah sampel tanah dengan prosentase porositas sebesar 30%. Seperti kita ketahui bahwa hubungan antara densitas dengan porositas adalah berbanding terbalik. Yaitu, material serbuk dengan densitas ting...