Porositas

Porositas adalah ukuran dari ruang kosong di antara material, dan merupakan fraksi dari volume ruang kosong terhadap total volume, yang bernilai antara 0 dan 1, atau sebagai persentase antara 0-100%. Istilah ini digunakan di berbagai kajian ilmu seperti farmasi, teknik manufaktur, ilmu tanah, metalurgi, dan sebagainya.

Porositas bergantung pada jenis bahan, ukuran bahan, distribusi pori, sementasi, riwayat diagenetik, dan komposisinya. Porositas bebatuan umumnya berkurang dengan bertambahnya usia dan kedalaman. Namun hal yang berlawanan dapat terjadi yang biasanya dikarenakan riwayat temperatur bebatuan.

Porositas pada aliran dua fase

Dalam aliran dua fase gas dan cairan, fraksi kekosongan didefinisikan sebagai fraksi dari volume aliran yang ditempati oleh gas.^[1] Porositas umumnya bervariasi dari satu lokasi ke lokasi lainnya dalam perpipaan dan berfluktuasi terhadap waktu. Pada aliran non-homogen, porositas terkait dengan laju aliran volumetrik dari fase gas dan cairan, dan terkait dengan kecepatan relatif antara dua fase (disebut dengan slip ratio).

Porositas dalam ilmu bumi dan konstruksi

Porositas yang digunakan dalam geologi, hidrogeologi, ilmu tanah, dan ilmu bangunan, yaitu bahan padat yang ruangnya diisi cairan dan udara, didefinisikan dengan:

\phi ={\frac {V_{\mathrm {V} }}{V_{\mathrm {T} }}}

dengan V_V adalah volume dari ruang kosong yang diisi cairan dan udara dan V_T adalah total volume dari bahan.

Porositas adalah fraksi antara 0 dan 1. Seperti contoh batu granit yang memiliki porositas 0.01, dan gambut serta tanah liat yang memiliki porositas sekitar 0.5.

Dalam geologi pertambangan, porositas bebatuan atau lapisan sedimen penting sebagai rujukan ketika mengevaluasi volume potensial air dan hidrokarbon yang mungkin terkandung di dalamnya. Porositas sedimen adalah fungsi yang rumit dari berbagai faktor, mencakup laju pengebumian, kedalaman pengebumian, sifat fluida, sifat sedimen di atasnya, dan sebagainya. Persamaan yang umum digunakan adalah persamaan Athy (1930):^[2]

\phi (z)=\phi _{0}e^{-kz}\,

di mana $\phi _{0}$ adalah porositas permukaan, $k$ adalah koefisien pemadatan (m⁻¹) dan $z$ adalah kedalaman (m).

Nilai dari porositas dapat dihitung dari massa jenis bahan curah $\rho _{\text{bulk}}$ danmassa jenis partikel $\rho _{\text{particle}}$ :

\phi =1-{\frac {\rho _{\text{bulk}}}{\rho _{\text{particle}}}}

Massa jenis partikel normal diasumsikan sekitar 2.65 g/cm³, meski perkiraan terbaik didapatkan dari pengukuran dan analisis sifat partikel.

Porositas dan konduktivitas hidrolik

Porositas sebanding dengan konduktivitas hidrolik. Pada kasus dua akuifer berpasir, salah satu yang memiliki porositas tinggi akan memiliki konduktivitas hidrolik yang lebih tinggi, yang berarti akan lebih banyak area bagi air untuk mengalir, namun memiliki banyak kerumitan dalam menjelaskan hubungan ini. Kerumitan utama adalah bahwa porositas dan konduktivitas hidrolik tidak sebanding secara proporsional, namun konduktivitas hidrolik sebanding dengan radius pori-pori. Seperti contoh tanah liat umumnya memiliki porositas tinggi dan mampu menyimpan air dalam jumlah besar, namun memiliki konduktivitas hidrolik yang sangat kecil sehingga tidak mampu mengalirkan maupun melepaskan air. Hal ini dikarenakan ruang di antara partikel besar pada tanah liat terisi oleh partikel kecil yang bersifat "lengket" terhadap air.

Porositas bebatuan

Bebatuan terkonsolidasi seperti batu pasir, shale, granit, atau batu kapur umumnya memiliki dua sifat porositas jika dibandingkand engan sedimen aluvial. Sifat porositas tersebut yaitu porositas terhubung dan porositas tidak terhubung. Porositas terhubung dapat diukur dengan menggunakan gas atau cairan yang mengalir ke dalam bebatuan, namun tidak dapat melalui porositas yang tidak terhubung.

Porositas tanah

Porositas tanah permukaan umumnya berkurang dengan dengan meningkatnya ukurna partikel. Hal ini dikarenakan pembentukan agregat tanah pada permukaan tanah yang bertekstur ketika berhadapan dengan proses biologi tanah. Pembentukan agregat melibatkan adhesi partikulat dan memiliki ketahanan yang lebih tinggi terhadap pemadatan. Massa jenis dari tanah berpasir biasanya antara 1.5 sampai 1.7 g/cm³, dengan porositas antara 0.43 sampai 0.36. Massa jenis tanah liat antara 1.1 sampai 1.3 g/cm³ dengan porositas anyara 0.58 sampai 0.51. Meski tanah liat disebut dengan "tanah berat", namun sesungguhnya pada massa yang sama, tanah liat memiliki porositas yang lebih banyak. Disebut "tanah berat" karena kandungan air di dalamnya lebih banyak dari tanah biasa, dan kandungan air tersebut menyumbang berat yang lebih banyak dari air yang terkandung pada tanah biasa. Selain itu, kadar air yang terkandung dalam tanah liat membuat bajak singkal sulit membajak tanah liat sehingga membutuhkan gaya yang lebih besar.

Tipe porositas geologis

Porositas primer: porositas utama atau awal dari sistem porositas di dalam bebatuan atau deposit aluvial.
Porositas sekunder: porositas lanjutan atau terpisah dari sistem porositas di dalam bebatuan, umumnya meningkatkan porositas total bebatuan. Porositas ini dapat dihasilkan dari pelapukan kimiawi atau rekahan. Porositas sekunder dapat menggantikan porositas primer sepenuhnya atau mendampingi.

Referensi

^ G.F. Hewitt, G.L. Shires, Y.V.Polezhaev (editors), "International Encyclopedia of Heat and Mass Transfer", CRC Press, 1997.
^ ATHY L.F., 1930. Density, porosity and compactation of sedimentary rocks, Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol. v. 14, pp. 1-24.

Bahan bacaan terkait

Glasbey, C. A. (1991). "Image analysis and three-dimensional modelling of pores in soil aggregates". Journal of Soil Science. 42 (3): 479–486. doi:10.1111/j.1365-2389.1991.tb00424.x.
Horgan, G. W. (1994). "Simulating diffusion in a Boolean model of soil pores". European Journal of Soil Science. 45 (4): 483–491. doi:10.1111/j.1365-2389.1994.tb00534.x.
Horgan, Graham W. (1996-10-01). "A review of soil pore models" (PDF). Diakses tanggal 2006-04-16.
Horgan, G. W. (1998). "Mathematical morphology for soil image analysis". European Journal of Soil Science. 49 (2): 161–173. doi:10.1046/j.1365-2389.1998.00160.x.
Horgan, G. W. (1999). "An investigation of the geometric influences on pore space diffusion". Geoderma. 88 (1–2): 55–71. doi:10.1016/S0016-7061(98)00075-5.
Nelson, J. Roy (2000). "Physics of impregnation" (PDF). Microscopy Today. 8 (1). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2009-02-27.
Rouquerol, Jean (2011). "Liquid intrusion and alternative methods for the characterization of macroporous materials (IUPAC Technical Report)*" (PDF). Pure Appl. Chem. 84 (1): 107–136.

[1] G.F. Hewitt, G.L. Shires, Y.V.Polezhaev (editors), "International Encyclopedia of Heat and Mass Transfer", CRC Press, 1997.

[2] ATHY L.F., 1930. Density, porosity and compactation of sedimentary rocks, Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol. v. 14, pp. 1-24.

[1]

[2]