MASSA JENIS ATAU DENSITAS

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 (S_w), untuk hidrokarbon (minyak dan gas bumi) dikenal dengan saturasi hidrokarbon (S_HC).

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:

ρ_m=   m/V …(1)

Apabila komponen padatan pada kedua batuan tersebut adalah kuarsa, maka densitas matriks (ρ_m) 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 =   ρ_m  . (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 =   ρ_m . (1-φ) + ρ_f . φ . S_f … (3)

• fluida berupa air                ρ =   ρ_m .(1-φ) + ρ_w . φ. S_w … (4)
• saturasi air 100%               ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ … (5)
• mengandung HC                ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) … (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 = ρ_{bat m} + ρ_{bat W} + ρ_{bat HC}

ρ = m_matriks / V_batuan + m_air / V_batuan + m_HC / V_batuan

ρ = m_matriks / (V_matriks / (1- φ)) + m_air / (V_W / φ . S_W) + m_HC / (V_HC / φ . (1-S_W))

ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) …(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