## Perubahan kalor jenis campuran bahan mortar dengan penambahan pasir besi
Hartono*, Sugito dan Farzand Abdullatif
Program Studi Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Jenderal Soedirman Jalan Dr. Suparno No.61 Grendeng Purwokerto Jawa Tengah *email: hartono0606@unsoed.ac.id
Abstrak  – Potensi  energi  matahari  yang  berupa  kalor  dapat  digunakan  untuk  berbagai  kebutuhan,  antara  lain untuk  pengeringan,  proses  destilasi  air  laut,  atau  sebagai  pamanas  water  heater.  Optimalisasi  media  penyerap kalor  perlu  dilakukan  guna  meningkatkan  kemampuannya.  Salah  satu  variabel  yang  berpengaruh  pada kemampuan penyerapan kalor adalah nilai kalor jenis (c). Keberadaan unsur logam di dalam pasir perlu diteliti untuk mengetahui kemampuannya dalam meningkatkan penyerapan kalor. Kehadiran pasir besi pada campuran bahan pembuat mortar sebagai media penyerap kalor perlu diteliti. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dengan  membuat  10  kelompok  sampel  mortar.  Kelompok  sampel  dibedakan  oleh  komposisi  campuran  pasir sungai  dan  pasir  besi  yang  digunakan  sebagai  bahan  utama.  Variasi  campuran  dibuat  dengan  perbandingan massa  antara  pasir  sungai  dengan  pasir  besi  sebagai  berikut:  100:0;  90:10;  80:20;  70:30;  60:40:  50:50;  40:60; 30:70; 20:80 dan 10:90. Sampel mortar yang diuji dibuat dengan ukuran (2 x 1 x 1) cm 3 . Pengujian dilakukan menggunakan  kalorimeter  bomb.  Hasil  pengujian  diperoleh  nilai  kalor  jenis  terendah  sebesar  1359,08  J/kg o C pada  sampel  dengan  perbandingan  campuran  pasir  sungai  dan  pasir  besi  60:40.  Sementara  nilai  kalor  jenis tertinggi  pada  sampel  tanpa  pasir  besi  (100:0)  dengan  nilai  3555,76  J/kg o C.  Berdasarkan  hasil  pengujian, penambahan pasir besi dapat menurunkan kalor jenis pada media mortar.
Kata kunci: penyerap kalor, kalor jenis, pasir besi, mortar.
Abstract –  Solar  energy  is  an  inexhaustible  resource  for  diverse  needs,  some  of  which  are  drying,  sea-water destillation, and water heating. Heat absorbing medium is an important component in such processes, and thus needs  to  be  optimized  for  desirable  performance.  One  parameter  that  has  significant  effect  on  the  heat absorbance of absorbing media is specific heat (c). The presence of metal elements in mortar mix that constitute a  heat  absorbing  medium  was  investigated.  Particularly,  the  presence  of  iron-sand  in  mortar  mix  was experimentally  investigated  by  preparing  10  groups  of  mortar  mix.  Each  group  is  separated  by  its corresponding mixture composition of river-sand and iron-sand as primary materials. The variation of mixture was prepared with the ratio of river-sand and iron-sand of: 100:0; 90:10; 80:20; 70:30; 60:40: 50:50; 40:60; 30:70;  20:80  and  10:90.  Each  of  the  mortar  samples,  (2  ×  1  ×  1)  cm3  in  size,  is  examined  using  a  bomb calorimeter.  The  measurements  reveal  that  the  lowest  specific  heat  is  1359,08  J/kgºC,  which  results  from  the sample  with  mixture  ratio  of  river  sand  and  iron  sand  of 60:40.  The highest  specific  heat,  3555,76  J/kgoC  in value,  is  shown  by  the  sample  that  has  no  iron-sand  (100:0  ratio).  This  shows  that  the  addition  of  iron-sand lowers the specific heat of the mortar media.
Key words: heat absorber, specific heat, iron sand, mortar

## PENDAHULUAN
Matahari  merupakan  salah  satu  sumber  energi terbarukan  yang  sangat  melimpah.  Pancaran gelombang  elektromagnetik  dari  matahari  dapat mencapai  75,3  juta  W/m 2 .    Intensitas  radiasi yang  diterima  pada  bagian  terluar  atmosfir mencapai  1360  W/m 2 ,  pengurangan  energi  ini akibat jarak yang sangat jauh antara matahari ke atmosfer  bumi.    Energi  sebesar  ini  tidak seluruhnya  mencapai  permukaan  bumi,  karena adanya  hambatan  dan  penyerapan  sehingga hanya  50%  nya  yang  sampai  pada  permukaan bumi [1].
Wilayah  negara  Indonesia  sebagian  besar mendapatkan  paparan  matahari  dengan  jumlah yang  sangat  melimpah.  Potensi  energi  matahari rata-rata di Indonesia mencapai 4,8 kWh/m 2 [2]. Potensi energi matahari yang berupa kalor dapat digunakan  untuk  berbagai  hal,  antara  lain sebagai  sarana  pengeringan,  untuk  membantu proses  penguapan  pada  desalinasi  atau  destilasi air  laut,  atau  sebagai  pamanas water  heater . Pemanfaatan  energi  matahari  untuk  kebutuhan tersebut  membutuhkan  media  yang  mempunyai kemampuan menyerap energi semaksimal mungkin.
Berbagai  upaya  sudah  dilakukan  untuk mengoptimalkan penyerapan energi panas matahari.  Upaya  optimalisasi  penyerapan  kalor sudah  dilakukan  melalui  berbagai  riset  dengan mengkaji berbagai material. Banyak bahan yang telah  diteliti  untuk  keperluan  ini,  seperti penggunakan sekam padi sebagai media isolator kalor.  Sekam  padi  yang  mempunyai  nilai konduktivitas  yang  rendah  dapat  digunakan sebagai media untuk mempertahankan kalor  [3]. Hal  serupa  juga  pernah  dilakukan  namun menggunakan  bahan  campuran  yang  berbeda, yaitu  partikel  tongkol  jagung.  Ukuran  partikel tongkol jagung mempengaruhi nilai konduktivitas  termalnya [4].  Penggunaan  pasir sebagai  media  penyerap  kalor  juga  sudah dilakukan  oleh  sebagian  masyarakat,  yaitu sebagai  media  penggoreng  kerupuk.  Sesuai dengan  hasil  penelitian,  ukuran  partikel  pasir juga  mempengaruhi  kecepatan  perambatan kalor [5].
Penggunaan  material  pasir  sebagai  media penyerap  kalor  perlu  diteliti  lebih  lanjut mengingat kemampuannya dalam menerima dan mempertahankan  kalor  yang  diserap.  Pasir  besi merupakan  pasir  alam  yang mempunyai kandungan  unsur  logam  di  dalamnya.  Pasir  di sekitar  pantai  Binangun  Cilacap  mempunyai potensi  pasir  besi  yang  cukup  melimpah. Keberadaan  unsur  logam  di  dalam  pasir  perlu diteliti untuk mengetahui kemampuannya dalam menyerap dan mempertahankan kalor. Diharapkan kehadiran pasir besi dapat meningkatkan  nilai  konduktivitas  termal  dan menurunkan  nilai  kalor  jenis  pada  media penyerap kalor. Semakin besar nilai konduktivitas  termal  suatu  material  maka  akan semakin besar kemampuannya dalam menyalurkan  energi  kalor.  Semakin  kecil  nilai kalor jenisnya akan semakin cepat meningkatkan  temperaturnya.  Hal  ini  tentu dapat  dimanfaatkan  untuk  menyerap  energi matahari  lebih  optimal.  Oleh  karena  itu,  perlu dilakukan  penelitian  terkait  dengan  pembuatan media  penyerap  kalor  dengan  perbandingan yang tepat menggunakan campuran pasir sungai dan pasir besi.
Kalor jenis material menunjukkan kemampuan  suatu  material  untuk  merubah temperaturnya  setiap  mengalami  perubahan kalor. Kemampuannya untuk menaikkan temperatur  ketika  mendapatkan  tambahan  kalor mempunyai  peran  yang  sangat  penting  dalam konservasi  energi.  Secara  teoritik,  sejumlah kalor  yang  diterima  oleh  suatu  material  akan
digunakan untuk melakukan perubahan temperatur sesuai dengan persamaan berikut:
T mc Q   , (1)
dengan Q merupakan  kalor  yang  diterima  material (joule),  m  merupakan  massa  dari  material  (kg), c menyatakan kalor jenis dari material (J/kg o C) dan  T merupakan perubahan temperatur yang terjadi ( o C).
Berdasarkan  pada  persamaan  (1),  material dikatakan  mempunyai  kalor  jenis  yang  besar apabila  perubahan  temperaturnya  sangat  kecil untuk  jumlah  kalor  yang  diterima.  Hal  yang sebaliknya,  material  yang  mempunyai  kalor jenis  kecil  akan  menghasilkan  perubahan temperatur  yang  besar  untuk  sejumlah  kalor yang  sama.  Hal  ini  dapat  digunakan  sebagai dasar  untuk  menentukan  material  atau  bahan yang  akan  digunakan  sebagai  media  penyerap kalor.  Berdasarkan  pada  persamaan  (1),  maka perancangan  media  penyerap  kalor  sebaiknya memilih  material  yang  mempunyai  kalor  jenis kecil.

## METODE PENELITIAN
Tahap  pertama  yang  dilakukan  pada  penelitian ini sebelum membuat sampel adalah memisahkan  pasir  besi  dari  pasir  pantai  yang sudah disiapkan. Pemisahan pasir besi dilakukan menggunakan  magnet  permanen.  Pasir  yang menempel  pada  magnet  permanen  dipisahkan sebagai bahan campuran untuk membuat sampel mortar.  Langkah  berikutnya  adalah  membuat sampel  mortar  menggunakan  campuran  bahan pasir  sungai,  pasir  besi,  semen  dan  air.  Mortar dibuat  dalam  10  kelompok  sampel  dengan perbandingan pasir sungai dan pasir besi sebagai berikut:  100:0;  90:10;  80:20;  70:30;  60:40: 50:50;  40:60;  30:70;  20:80  dan  10:90. Kelompok  sampel  ini  selanjutnya  dikodekan berturut-turut  dengan  kode  M-0,  M-1,  M-2,  M- 3,  M-4,  M-5,  M-6,  M-7,  M-8  dan  M-9.  Bahan semen  dan  air  yang  digunakan  pada  setiap kelompok  sampel  dibuat  tetap.  Sampel  mortar pada cetakan awal dibuat dengan ukuran (6 x 4 x 1)  cm 3 .  Pembuatan  sampel  dilakukan  untuk setiap kelompok sampel dengan perlakuan yang sama, yaitu waktu pengadukan dan pengeringan. Adonan mortar dituang pada cetakan yang sudah disiapkan.  Setiap  kelompok  sampel  dicetak sebanyak 5 buah.
Mortar  yang  sudah  dicetak  dikeringkan secara  alami  dengan  cara  meletakkan  pada tempat yang terbuka dengan aliran udara cukup. Hal ini dilakukan agar mortar mengering secara perlahan  sehingga  tidak  pecah.  Seluruh  sampel yang  sudah  mengering  dipotong  dengan  ukuran
(2 x 1 x 1) cm 3 . Ukuran ini disesuaikan dengan ukuran kalorimeter bomb.
Tahap  pengujian  dilakukan  terhadap  seluruh kelompok sampel. Sebelum melakukan pengujian,  memastikan  ukurannya  seragam untuk  semua  sampel. Memastikan  ukuran dilakukan  dengan  mengukur  setiap  sampel  satu demi satu. Langkah berikutnya setelah
memastikan
ukurannya seragam adalah menimbang  seluruh  sampel  untuk  mendapatkan massa dari setiap sampel uji.
Tahapan  berikutnya  adalah  menguji  kalor jenis  menggunakan  kalorimeter  bomb.  Sampel dimasukkan dalam tabung pemanas, selanjutnya dipanaskan  sampai  mencapai  suhu  tertentu. Sampel  yang  sudah  dipanaskan  dalam  tabung pemanas  dikeluarkan  dengan  cara  melepaskan penahan  dan  menampung  sampel  dalam  tabung kedua  yang  sudah  diisi  dengan  air  dan  terukur suhunya. Perubahan suhu pada tabung ini diukur sampai  mencapai  suhu  kesetimbangan.  Proses ini ditunggu sampai mencapai suhu kesetimbangan.  Suhu  kesetimbangan  dicapai manakala  suhu  dalam  tabung  isolator  sudah stabil.  Perulangan  pengukuran  untuk  setiap kelompok  sampel  dilakukan  sebanyak  8  kali. Penentuan  nilai  kalor  jenis  menggunakan persamaan  (1)  dengan  menetapkan  nilai  kalor jenis  air  yang  digunakan  sebesar  4200  J/kg o C. Perhitungan  dilakukan  untuk  seluruh  data  hasil pengujian.  Massa  air  yang  digunakan  rata-rata 100 gram.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi  awal  sampel  mortar  dalam  cetakan seperti  dtunjukkan  pada Gambar  1 .  Seluruh sampel  masih  dalam  cetakan  dalam  proses pengeringan. Proses pengeringan dalam penelitian  ini  membutuhkan  waktu  selama  14 hari.  Sampel  yang  sudah  mengering  dipotong dengan  ukuran  (2  x  1  x  1)  cm 3 seperti ditunjukkan  pada Gambar  2 .  Pengujian  kalor jenis  sampel  dilakukan  pada  suhu  kamar. Sampel  yang  sudah  diurutkan  sesuai  dengan kode  diuji  satu  demi  satu.  Data  hasil  pengujian rata-rata  dari  8  kali  perulangan  untuk  semua kelompok  sampel  seperti  ditunjukkan  pada Tabel 1 .
Gambar  1 .  Sampel  mortar  tercetak,  terdiri  dari  10 kelompok sampel
Gambar  2. Potongan  mortar  dari  10  kelompok sampel.
Tabel  1 .  Data  hasil  pengujian  kalor  jenis  sampel mortar
Kode sampel m mortar (g) m air (g) T1 (⁰C)  T2 (⁰C)  Tc (⁰C) c air (J/kg⁰C) c mortar (J/kg⁰C) M- 0 10,53 101,06 81,13 24,88 29,38 4200 3506,278 M- 1 9,98 101,09 80,00 24,50 28,38 4200 3194,571 M- 2 10,35 100,91 81,25 25,25 28,75 4200 2730,524 M- 3 12,80 101,20 82,63 24,25 27,88 4200 2198,587 M- 4 12,88 101,13 81,63 24,88 28,13 4200 2003,456 M- 5 13,52 101,13 78,63 25,00 27,75 4200 1698,169 M- 6 13,99 100,78 82,13 24,13 26,63 4200 1362,673 M- 7 14,31 100,97 80,88 24,88 27,38 4200 1384,545 M- 8 15,74 100,78 82,88 22,75 26,13 4200 1599,817 M- 9 15,17 101,12 83,88 24,75 28,25 4200 1762,001
Gambar  3. Hasil  uji  nilai  kalor  jenis  dari  sampel mortar
Berdasarkan  pada  data  hasil  pengujian sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1 ataupun Gambar  3 ,  terlihat  bahwa  penambahan  pasir besi  pada  campuran  bahan  pembuat  mortar berdampak pada penurunan nilai kalor jenisnya. Penurunan  nilai  kalor  jenis  seiring  dengan penambahan  pasir  besi.  Nilai  kalor  jenis terendah  dicapai  pada  sampel  M-6,  yaitu  pada perbandingan  pasir  sungai  dan  pasir  besi (40:60)%.  Penambahan  pasir  besi  yang  lebih besar  dari  60%  terlihat  mulai  meningkat  nilai kalor jenisnya.
Campuran  bahan  mortar  pada  sampel  M-7, M-8  dan  M-9  setelah  dilakukan  pengadukan menghasilkan  adonan  yang  relatif  lebih  encer dibandingkan  dengan  campuran  yang  lain. Semakin  banyak  pasir  besi  dalam  campuran semakin  encer  adonan  mortar  yang  diperoleh. Hal  ini  dikarenakan  pasir  besi  tidak  banyak menyerap  air.  Kondisi  yang  seperti  ini menyebabkan adanya pori-pori pada saat sampel sudah  mengering.  Sampel  M-9  terlihat  paling poros  jika  dibandingkan  dengan  sampel  yang sebelumnya, seperti yang terlihat pada Gambar 4 .  Keberadaan  pori  yang  terisi  udara menyebabkan  penyerapan  kalor  pada  sampel mengalami penurunan yang ditunjukkan dengan meningkatnya  nilai  kalor  jenisnya.  Analisis  ini perlu  diperkuat  dengan  melakukan  pengujian SEM untuk melihat struktur dari sampel.

## KESIMPULAN
Pembuatan  sampel  mortar  sebagai  media penyerap  kalor  sudah  dibuat  dan  diuji  terhadap nilai  kalor  jenisnya.  Berdasarkan  pada  hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa penambahan pasir  besi  terhadap  pasir  sungai  sebagai  bahan pembuat  media  penyerap  kalor  dapat  meningkatkan kemampuannya  dalam  menyerap  kalor.  Hal  ini didasarkan pada  nilai kalor jenis  yang semakin  kecil
seiring  dengan  penambahan  pasir  besi.  Namun demikian, pada batas tertentu penambahan pasir besi akan  menurunkan  kemampuannya  dalam  menyerap kalor. Sampel dengan perbandingan campuran 40:60 merupakan sampel terbaik dalam menyerap kalor. .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Pada  kesempatan  ini  penulis  mengucapkan terimakasih  kepada  pihak-pihak  yang  sudah membantu  terlaksananya  penelitian  ini.  Penulis mengucapkan terimakasih kepada 1. LPPM Universitas Jenderal Soedirman yang sudah menugaskan dan memberikan pembiayaan terhadap penelitian ini. 2. Laboratorium Elektronika Instrumentasi dan Geofisika  Jurusan  Fisika  FMIPA  Unsoed  yang sudah menyediakan fasilitas untuk penelitian.
3. Achmad  Nur  Susbiantoro  yang  sudah  membantu pengujian sampel.

## PUSTAKA
[1] Nadia  Handayani,  Taufik  Fajar  Nugroho, dan  Sutopo  Purwono  Fitri,  “Analisa Kinerja  Termal  Solar  Apparatus  Panel pada  Alat  Destilasi  Air  Payau  dengan Sistem  Evaporasi  Uap  Tenaga  Matahari Menggunakan  CFD”, Jurnal  Teknik Pomits , 3(2) (2014) 2301 - 9271.
[2] Saipul Hamdi, “Mengenal Lama Penyinaran  Matahari  sebagai  Salah  Satu Parameter Klimatologi”, Berita Dirgantara , 15(1) (2014) 7 – 16 .
[3] Hary  Wibowo,  Khairul  Muhajir,  Toto Rusianto,  Ellyawan  Arbintarso, Jurnal Teknologi Technoscientia , 1(1) (2008) 29 - 34.
[4] Nanda  Pratama,    Djusmaini  Djamas, Yenni Darvina, “Pengaruh  Variasi Ukuran Partikel Terhadap Nilai Konduktivitas  Termal  pada Partikel Tongkol  Jagung, Pillar  Of  Physics ,    7 (2016) 25 - 32.
[5] Lina  Nirwana,  Muh.Rais,  Jamaluddin  P, “Konduktivitas Termal Pasir Kali Sebagai Media  Penghantar  Panas  pada  Proses Penyaraian  Kerupuk, Jurnal  Pendidikan Teknologi  Pertanian ,  3  (2017)  S182  - S196
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ni lai ka lor je ni s (J/kg o C) Kode Sampel M-