Massa jenis atau densitas (density)
suatu batuan secara harafiah merupakan perbandingan antara massa dengan volume
total pada batuan tersebut. Secara sederhana, suatu batuan memiliki dua
komponen, komponen padatan dan komponen rongga (pori). Keberadaan komponen
padatan maupun komponen rongga mempunyai nilai yang beragam pada tiap-tiap
batuan sehingga massa jenis dari suatu batuan berbeda dengan batuan yang
lainnya. Ilustrasi pada gambar di bawah menunjukan dua jenis batuan yang
terdiri dari presentase padatan dan rongga yang berbeda-beda. Namun rongga yang
terdapat pada batuan tersebut juga dapat terisi oleh fluida, seperti air,
minyak, ataupun gas bumi. Persentase rongga yang terisi oleh fluida dikenal
dengan istilah kejenuhan fluida, untuk air dinamakan saturasi air (Sw),
untuk hidrokarbon (minyak dan gas bumi) dikenal dengan saturasi hidrokarbon (SHC).
Model Matriks dan Rongga pada
Batuan
Pengaruh komponen padatan
terhadap densitas batuan.
Komponen padatan yang terdapat
pada batuan juga dapat memiliki masa jenis yang berbeda-beda juga. Massa jenis
ini dikenal dengan istilah densitas matriks, yang dapat dirumuskan melalui
rumus seperti demikian:
ρm= m/V
…(1)
Apabila komponen padatan pada
kedua batuan tersebut adalah kuarsa, maka densitas matriks (ρm) untuk
kedua batuan tersebut adalah densitas dari kuarsa (yaitu sekitar 2,65gr/cc atau
2,65kg/l). Perhatikan bahwa meskipun massa jenis dari komponen kuarsa sama,
tetapi karena persen rongga pada kedua batuan tersebut (gambar di atas)
berbeda, maka densitas dari kedua batuan tersebut akan berbeda-beda. Pada
batuan yang pertama komponen padatannya 80% sedangkan pada batuan kedua 60%,
sehingga densitas dari batuan yang komponen padatannya berupa kuarsa tersebut
adalah 80% . 2,65gr/cc = 2,12gr/cc untuk batuan yang pertama dan 60% . 2,6gr/cc
= 1,59gr/cc untuk batuan yang kedua. Dengan demikian hubungan antara densitas
matriks dengan densitas total dari suatu batuan dapat dirumuskan sebagai
berikut:
ρ = ρm
. (1-φ) … (2) dengan φ: persen rongga atau porositas
Pengaruh saturasi fluida
terhadap densitas batuan.
Tiap-tiap fluida akan mempunyai
densitas tertentu pula, nilai ini dapat berbeda ataupun sama antara
masing-masing fluida tergantung pada komponen fluida tersebut, temperatur, dan
salinitasnya. Air, sebagai salah satu fluida yang merupakan fluida utama
penyusun batuan dikatakan memiliki densitas yang berbeda-beda pada temperatur
dan salinitas yang berebeda. Semakin saline (banyak kandungan
garamnya) maka densitanya akan bertambah, dan mengenai temperatur: masih
ingatkah kalian pelajaran SMP/SMA yang mengajarkan kalian tentang anomali air?
Tetapi secara umum, kita dapat merumuskan pengaruh densitas yang dibawa oleh
air/fluida lainnya terhadap densitas batuan, yaitu seperti berikut ini:
ρ = ρm .
(1-φ) + ρf . φ . Sf … (3)
- fluida berupa air ρ = ρm .(1-φ) + ρw . φ. Sw … (4)
- saturasi air 100% ρ = ρm . (1-φ) + ρw . φ … (5)
- mengandung HC ρ = ρm . (1-φ) + ρw . φ . Sw + ρHC . φ . (1-Sw) … (6)
Darimanakah rumus (6) berasal?
Dengan menganggap bahwa semua pori batuan sedimen terisi penuh oleh fluida,
maka besaran volume untuk tiap-tiap komponen penyusun batuan dapat dihitung
dengan menggunakan rumus berikut ini:
Ilustrasi Volume pada Batuan
Sehingga untuk suatu batuan yang
terdiri dari matriks, air, dan hidrokarbon, rumusnya dijabarkan sebagai
berikut:
massa jenis batuan total = massa
jenis batuan dari matriks + massa jenis batuan dari air + massa jenis batuan
dari HC
ρ = ρbat m + ρbat
W + ρbat HC
ρ = mmatriks / Vbatuan +
mair / Vbatuan + mHC / Vbatuan
ρ = mmatriks / (Vmatriks /
(1- φ)) + mair / (VW / φ . SW) + mHC /
(VHC / φ . (1-SW))
ρ = ρm .
(1-φ) + ρw . φ . Sw + ρHC . φ .
(1-Sw) …(6)
Jadi secara singkat, jawaban dari
pertanyaan “Mengapa massa jenis batuan berbeda-beda?” adalah sebagai berikut:
- Tiap batuan memiliki komposisi matriks yang berbeda-beda,
- Tiap batuan memiliki porositas yang berbeda-beda,
- Tiap batuan terisi oleh fluida pada rongganya yang mungkin berbeda jenisnya dengan saturasi yang berbeda pula, dan
- Tiap batuan memiliki kondisi fisik (temperatur) dan kimia (salinitas) yang berbeda-beda,
Sehingga oleh karena hal di atas
maka massa jenis tiap batuan berbeda-beda.
Massa jenis adalah pengukuran
massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka
semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda
merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki
massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah
daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya
air).
Satuan SI massa jenis adalah
kilogram per meter kubik (kg·m-3)
Massa jenis berfungsi untuk
menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat
berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
Satuan massa jenis dalam 'CGS
[centi-gram-sekon]' adalah: gram per sentimeter kubik (g/cm3).
1 g/cm3=1000 kg/m3
Massa jenis air murni adalah 1
g/cm3 atau sama dengan 1000 kg/m3
Selain karena angkanya yang mudah
diingat dan mudah dipakai untuk menghitung, maka massa jenis air dipakai
perbandingan untuk rumus ke-2 menghitung massa jenis, atau yang dinamakan
'Massa Jenis Relatif'
Rumus massa jenis relatif = Massa
bahan / Massa air yang volumenya sama
Densitas kamba merupakan
perbandingan antara berat bahan denganvolume ruang yang ditempatinya dan dinyatakan
dalam satuan g/ml. Nilai densitaskamba menunjukkan porositas dari suatu bahan.
Perhitungan densitas kamba inisangat penting, selain dalam hal konsumsi
terutama juga dalam hal pengemasandan penyimpanan. Menurut Panggabean (2004),
makanan dengan densitas kambayang tinggi menunjukkan kepadatan produk ruang
yang kecil.
Densitas
Density adalah pengukuran massa
setiap satuan volume benda. Kerapatan(density) merupakan jumlah / kwantitas
suatu zat pada suatu unit volume. Rumusdensitas dijelaskan dengan:
ρ = m / V
= 1 / v
g
(1)
Density dapat dinyatakan dalam
tiga bentuk :1. Massa density (p) satuan dalam SI adalah (kg/m3)2. Berat spesifik
(specific weight) (y) = p . g satuan dalam 31 = N/m3 dimana g=percepatan
gravitasi (~9,81 mls2)3. Spesifik gravity (s.g) merupakan perbandingan antara
density dengan berat
spesifik suatu zat terhadap
density atau berat spesifik suatu standard zat(umumnya terhadap air). Jadi
spesifik gravity tidak mempunyai satuan.Sedangkan, Bulk Density adala Kerapatan
yang bisa diartikan sebagaisalah satu sifat fisik bahan yang umumnya digunakan
dalam suatu gudangpenyimpanan dan volume alat pengolahan. Dalam penentuan bulk
density perludiketahui terlebih dahulu volume solid suatu komoditas pertanian
yakni denganmembagi berat air yang dipindahkan dengan densitas air. Apabila
komoditas yangdiukur bersifat higroskopis, maka digunakan media lain seperti
tepung. Kerapatanini merupakan parameter yang digunakan dalam menentukan ruang
prosesmaupun penyimpanan bahan.Densitas bahan sangat sensitif dalam kuantitas
gas yang terjebak di sela-selanya dan tekanan pada alas bahan. Pada saat
lainnya, densitas mencapaikekerasannya, partikel yang kasar menahan lebih
banyak pada saat bertumpuk dandalam pengukuran ukuran wadah. Hal ini terjadi
karena udara dapat lebih mudahterlepas dari tumpukan, kontak dalam struktur
pada bijian yang besar dapatmenahan dengan kekuatan yang besar sebelum
memasukan bijian yang lebih kecildan kontak antara struktur dengan dinding
mendesak ini membuat partikel yanglebih besar dapat masuk secara bersamaan.
Sangat sulit untuk menahan dimensidalan kontak dalam struktur pada alas parikel
yang baik dengan kuantitas airdalam gundukan, karena udara lebih sulit untuk
keluar dari celah yang sempit danberliku.Hasilnya, kekuatan alas untuk menahan
tekanan yang berlebihan olehberat partikel dipengaruhi oleh tekanan gas dan
alas partikel pun tertekan. Padakondisi dilatasi yang ekstrim kekuatan yang
tersisa di antara partikel tidak berpengaruh dalam gaya tolak dan massa akan
menjadi seperti air. (sumber:www.bulk-online.com/ask/askme.php?id=16) Kerapatan
kamba ( Bulk Density) dan spesifik
gravity dari bahan hasilpertanian memiliki peranan yang sangat penting dalam
proses penanganan bahanhasil pertanian tersebut. Sebagai contoh, data kerapatan
kamba dan spesifik gravity bahan diperlukan untuk penyimpanan biji-bijian,
perencanaan silo,bunker, hopper, perancangan pengemasan dan lain-lain.Berat
satuan bahan-bahan butiran (bulk solid) dibedakan menjadi :
a.Berat satuan partikel (γ
butiran tunggal) disebut solid/particle density (γp)
b.Berat satuan curah (bulk
density) yaitu berat bahan curah dibagi volume totalbahan termasuk pori-pori.
Macam-macam bulk density yaitu :
1.
Apparent/loose Bulk Density, yaitu densitas bahan curah hujan tanpapemadatan
(γa)
2.Compacted/Tapped
Bulk Density, yaitu densitas bahan curah hujan denganpemadatan (γc)
3.Working/Dinamic
Bulk Density, yaitu densitas bahan curah untuk penanganan bahan curah.Berat
jenis (Spesifik Gravity) adalah perbandingan berat bahan terhadapberat air yang
volumenya sama dengan bahan. Berat spesifik adalah berat persatuan volum. Berat
disini bersifat gaya yang ditimbulkan. Berat spesifik dapatdijelaskan dengan γ
= ρ g
dimana:
γ = specific
weight (kN/m3)
ρ = density (kg/m3)
g
=acceleration of gravity(m/s2)
Satuan Internasional untuk berat
spesifik adalah kN/m3.
Untuk satuanbritishnya adalah lb/ft3, nilai
dari g pada keadaan normal adalah 9.807 m/s2 pada satuan internasional dan
32.174 ft/s2 pada satuan british. Spesifik grafiti (SG)tidak mempunyai ukuran,
seperti pada rasio pada material densitas, densitas padaair sudah spesifik.
Spesifik graffiti dapat dijelaskan dengan SG = ρ / ρ H2O (3)
Dimana
SG = specific
gravity
ρ = density of
fluid or substance (kg/m3)
ρ H2O = density of water (kg/m3)
Densitas air yang biasa digunakan
pada 4
oC (39oF) untuk referensi
(padasaat keadan air stabil) 1000 kg/m3 atau 62.4 lb/ft3. Ada beberapa metode
yangdapat digunakan untuk menentukan volume, densitas, spesifik gravity dari
bahanhasil pertanian, yaitu :
a. Timbangan
datar,
b. Timbangan
gravitasi spesifik,
c. Tabung
gradient gravitasi spesifik,
d. Piknometer
komparasi udara,
e. Metode
piknometer