TEKNIK, 41 (1), 2020, 40-47
doi: 10.14710/teknik.v41n1.2505               Copyright © 2020, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919

## Pemodelan Pupuk Rilis Lambat Dengan Fly Ash sebagai Matriks Inert
yang Dilapisi oleh Ethylcellulose
Kemal Maulana, Mohamad Djaeni *
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang, Indonesia 50275

## Abstrak
Pupuk  lambat  rilis  memiliki  peranan  yang  penting  dalam  mencegah  hilangnya  nutrisi  tanaman  serta meningkatkan efisiensi penyerapan. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh nilai koefisien difusivitas ethylcellulose melalui perbandingan antara laju rilis pellet urea eksperimen dengan laju rilis pellet urea simulasi.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  elemen  hingga  2D  dengan  software  Comsol  Multiphysics. Melalui  perbandingan  menggunakan  hasil  eksperimen  dengan  simulasi  diperoleh  hasil  difusivitas  pada lapisan  ethylcellulose  bervariasi  antara  6  x  10 -3 -  9  x  10 -3 cm 2 /hari  dengan  Root  Mean  Square  Error (RSME)  sebagai  indikator  error  perhitungan  memiliki  nilai  antara  0.675  -  1.791.  Hasil  tersebut menunjukkan  bahwa  model  cukup  baik  untuk  menggambarkan  karakteristik  difusi  urea  dari  matriks  ke air.
Keywords : fly ash; pupuk lambat rilis; ethylcellulose; difusivitas; comsol multiphysics

## Abstract
Slow  release  fertilizer  have  important  role  in  preventing  losses  of  plant  nutrients  and  increasing absorption efficiency. This study aims to obtain the value of ethylcellulose diffusivity coefficient through a comparison between the experimental urea pellet release rate and the simulated urea pellet release rate. This research uses 2D finite element method with the Comsol Multiphysics. Through comparison using the results  of  experiments  with  simulations,  the  diffusivity  results  obtained  in  the  ethylcellulose  layer  vary between  6  x  10-3  -  9  x  10-3  cm2  /  day  with  Root  Mean  Square  Error  (RSME)  as  an  indicator  of calculation error has a value between 0.675 - 1.791. This result indicated that the model is good enough to describe the diffusion of urea from matrix to the water.
Keywords : fly ash; slow release fertilizer; ethylcellulose; difusivity; comsol multiphysics

## 1. Pendahuluan
Pupuk  lambat  rilis  (CRF)  dimaksudkan  untuk mengendalikan  pelepasan  nutrisi  dari  waktu  ke  waktu dan  bukan    untuk  segera  larut  di  tanah  yang  lembab setelah  pupuk  diaplikasikan.  Konsentrasi  hara  dijaga agar  sesuai  sehingga  membantu  mencegah  hilangnya unsur hara dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan hara oleh tanaman (Trenkel, 1997) .
Peningkatan  efisiensi  penggunaan  pupuk  N mempunyai  peranan  yang  penting  untuk  mewujudkan pertanian  yang  berkelanjutan.  Peningkatan  efisiensi penggunaan  pupuk  N  untuk  meningkatkan  hasil produksi  pertanian  dengan  penggunaan  pupuk  N  yang efisien. Peningkatan efisiensi penggunaan pupuk N bisa
dilakukan dengan pemberian sumber nutrisi atau unsur hara untuk  tanaman  yang  berimbang  dan  dosis  yang  sesuai dengan  rekomendasi,  waktu  pemberian  pupuk  yang  tepat, penggunaan  pupuk slow  realease ,  penggunaan  penghambat nitrifikasi  ( nitrification  inhibitor )  dan  aplikasi  pemupukan secara  berimbang dengan  menggunakan  pupuk  kimia, pupuk hijau, dan pupuk kandang (Prasad, 2009). Selain itu, real  time  nitrogen  management merupakan  salah  satu teknologi untuk mengatur penggunaan pupuk N dan jumlah unsur  hara  yang  dihasilkan  oleh  pupuk  yang  disesuaikan dengan  kebutuhan  tanaman  ( slow  realease/controlled realease fertilizer ) (Xiang & Ji-yun, 2008).
Efisiensi  pupuk  yang  diterima  tanaman  bila diaplikasikan  dalam  bentuk  konvensional  hanya  sekitar  30- 50%.  CRF  meminimalkan  kerugian  pada  pupuk  yang mungkin  diakibatkan  adanya  penguapan  atau  pencucian, sehingga  mencegah  kerusakan  pada  benih.  CRF  juga
------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi.
E-mail: moh.djaeni@live.undip.ac.id
memberikan perlindungan yang baik terhadap ekosistem jika bahan  pelapis  pupuk  memiliki  sifat biodegradable (Al- Zahrani,  1999).  Urea  terpilih  sebagai  bahan  yang  akan dilapisi  karena  kandungan  nitrogennya  yang  tinggi,  rendah biaya, serta alasan komersial (Kent, 2007).
Shaviv dkk. (2003) melakukan studi tentang penerapan teknologi  pupuk  lambat  rilis  dimana  hara  yang  dilepaskan oleh pupuk biasanya dikendalikan oleh difusi melalui lapisan pelapis  Salah  satu  faktor  utama  yang  mengendalikan pelepasan  adalah  pecahnya  lapisan  membran  yang ditemukan  pada  pupuk  urea  yang  dilapisi  oleh  belerang. Trinh dkk. (2013)  mempelajari  difusifitas    pelepasan  urea slow release dengan pelapis material tertentu.
Gambash dkk. (1990)  menggunakan  model  semi empiris  pada  studi  mereka,  dan  efek  geometri  dan  ukuran diabaikan.  Selain  asumsi  ini,  periode lag ,  dimana  tidak  ada pelepasan  diamati,  tidak  disertakan.  (Lu  &  Lee,  1992) menerapkan hukum Fick dalam bentuk bola pada urea yang dilapisi  oleh  lateks.  (Al-Zahrani,  1999)  memodelkan pelepasan  dalam  kondisi unsteady dari  partikel  membran polimer  dan  diasumsikan  kondisi  tercampur  baik  dalam partikel  bola.  Sebagian  besar  upaya  pemodelan  ini didasarkan pada asumsi bahwa pelepasan nutrisi dari pupuk lambat  rilis  dikendalikan  oleh  difusi  zat  terlarut  sederhana. Berdasarkan percobaan terbukti bahwa pelepasan dari granul tunggal pupuk lambat rilis yang dilapisi polimer terdiri dari tiga  tahap:  tahap  awal  dimana  tidak  ada  pelepasan  yang diamati  (periode  lag),  sebuah  tahap  konstan  rilis,  dan akhirnya tahap peluruhan akhir (Shaviv dkk., 2003). Lu dkk. (2007)  mengajukan  sebuah  model  matematika  untuk  urea berlapis  polimer  yang  juga  memperhitungkan  pengaruh populasi dari butiran  Model  ini didasarkan pada persamaan keseimbangan  massa  dari  hukum  Fick.  Namun,  tahap pertama proses pelepasan diabaikan.
Sebagian  besar  penelitian  di  bidang  ini  hanya berkonsentrasi  pada  difusi  urea  sederhana  melalui  lapisan pelapis  tanpa  mempertimbangkan  difusi  melalui  multilayer (lapisan  dan  lingkungan).  Untuk  memiliki  wawasan  yang lebih  dalam  maka  penelitian  ini  dilakukan  dengan menyelidiki pelepasan  urea pada  fase rilis  konstan dan  fase peluruhan akhir adapun material yang digunakan merupakan pellet  urea  yang  terbuat  dari  urea, fly  ash dan  clay  lalu dilapisi  dengan  ethylcellulose. Fly ash dengan butiran  yang berbentuk  bundar  atau  bola-bola  beraturan  biasanya  sangat aktif,  sehingga  mudah  mengeras  apabila  dicampur  dengan kapur  atau  air.  Dengan  demikian fly  ash memiliki  sifat sebagai  pengikat  jika  dicampur  dengan  air  (Kamalakar, 2011).

## 2. Bahan dan Metode
Gambar  1.  mengilustrasikan  model  peluruhan  pellet urea pada 2D koordinat-yz. Pada model ini, pellet urea yang telah dilapisi dikelilingi oleh air. Pellet  urea terdiri dari dua bagian:  matriks  urea  dan  lapisan  ethylcellulose  di  luar matriks urea. Diasumsikan bahwa pada saat terjadi peluruhan
lapisan  ethylcellulose  di  bagian  luar  dalam  kondisi  jenuh dengan air.
Air  pada  permukaan  matriks  urea  akan  mulai melarutkan  matriks  urea  tersebut.  Larutan  urea  ini  dijaga pada  kondisi  jenuh  selama  matriks  urea  masih  berada  di intinya. Urea  mulai terlepas  melalui  lapisan pelapis  melalui proses difusi. Berdasarkan persamaan transport massa dalam medium  berpori  untuk  difusi  urea, ,  melalui  lapisan pelapis bisa ditulis seperti pada Pers. 1 (Lu dkk., 2007).
[ ] (1)
Karena pellet urea tidak bergerak, diasumsikan bahwa fluks  urea  dari  permukaan  pelapis  ke  cairan    dikendalikan oleh  difusi  urea  dalam  cairan.  Oleh  karena  itu,  dihitung berdasarkan  persamaan  transport  massa  urea  dalam  air sebagai berikut. 2 dan Pers. 3:
(2)
( ) (3)
Dalam  zona  air,  difusi  urea  dalam  cairan, D urea ,  dinyatakan dalam cm 2 /s. Nilai D urea bervariasi sesuai dengan konsentrasi, C ,  seperti  yang  dijelaskan  oleh  persamaan.  Pupuk  rilis lambat yang digunakan berupa pellet urea yang terlapisi oleh ethylcellulose  yang  dimasukkan  dalam  medium  air  seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Diasumsikan bahwa pellet urea simetris di seluruhnya sumbu horizontal sehingga modelnya dapat  digambarkan  sebagai  setengah  lingkaran  pellet  urea. Model  2D  dari  urea  pada  medium  air  ditunjukkan  pada Gambar  2.  Saat  pupuk  kontak  dengan  air,  dibasahi  untuk periode  yang  disebut  jeda  waktu  (t 0 ).  Pada  saat  lapisan ethylcellulose  jenuh  dengan  air,  maka  pelepasan  nitrogen dalam bentuk urea dimulai.
Air dalam inti akan melarutkan urea dalam pellet dan nitrogen  berdifusi  melalui  pelapis  ke  lingkungan.  Dalam model ini, transportasi nitrogen melalui lapisan ethylcelulose bisa  digambarkan  dengan  transportasi  pada  media  berpori. Transportasi transien adalah diwakili oleh  persamaan 1 dan 2.
Gambar 1. Permodelan 2D pada urea pellet (Meena dkk. , 2019)
doi: 10.14710/teknik.v41n1.25053               Copyright © 2020, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Gambar 2. Meshing 2D pada urea pellet (Meena dkk., 2019)
Metode  elemen  hingga  (FEM)  dan  geometri  2D diusulkan  untuk  memecahkan  model  pelepasan  urea. Model  ini  dikhususkan  untuk  pupuk  rilis  lambat  yang dilapisi  dengan  bahan  pelapis  seperti  ethylcellulose. Geometri dan meshing untuk pellet urea ditunjukkan pada Gambar  1b.  Diameter  zona  fluida  yaitu  jarak  dari  pusat granul  urea  sampai  batas  air  sebesar  22  kali  jari-jari  inti (R 0 ) [11] .  Nilai  awal  dan  kondisi  batas  ditentukan  untuk model.  Saat  t 0 (diperoleh  dari  percobaan),  larutan  urea pada permukaan inti urea jenuh, dan konsentrasi nol pada lapisan  luar  bidang  cairan.  Dalam  simulasi  ini,  waktu pelepasan urea bergantung pada jumlah urea (ukuran dan bentuk)  dan  sifat  material  pelapis  (ketebalan,  difusivitas, porositas).  Perhitungan  dinyatakan  usai  rilis  urea  pada matriks  larut  seluruhnya.  Pada  saat  itu,  seluruh  urea bersifat  cair  dan  setara  dengan  konsentrasi  urea  jenuh ( ).
Model  ini  didasarkan  pada  asumsi  :  (1)  Pelepasan nitrogen (dalam bentuk pellet) adalah dengan cara difusi, dan  tidak  ada  aliran  air  dalam  lingkungan  (kondisi stagnan);  (2)  Suhu  tetap  konstan  selama  waktu  rilis;  (3) Tidak ada reaksi yang berakibat hilangnya nitrogen. Pada aplikasi  dalam  tanah  urea  berubah  menjadi  amonium dengan adanya urease. Karena itu  transformasi  urea oleh urease diminimalkan.
2.1 Material
Bahan  yang  digunakan  sebagai  pellet  terdiri  dari  : urea (46.4% nitrogen), fly ash dan clay yang berasal dari PT.  Pupuk  Sriwidjaja  Palembang.  Ethanol  yang digunakan merupakan produk Merck (99,9% , M w = 46,07 gr/mol).  Polimer  etilselulosa  dengan  merek  dagang komersial  ETHOCEL  (The  Dow  Chemical  Company,
Michigan, USA) digunakan  sebagai bahan pelapis dalam pembuatan  pupuk  rilis  lambat.  Ethylcellulose  adalah turunan  selulosa  multifungsi  dan  tidak  larut  dalam  air. Polimer ini tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa serta banyak diaplikasikan untuk mengendalikan pelepasan  nutrisi  dari  pupuk  atau  bahan  aktif  dari  obat- obatan. Struktur etilcelulosa disajikan pada Gambar 1.
2.2 Persiapan material 2.2.1 Pembuatan pellet urea
Komposisi pellet urea terdiri dari : urea granule, fly ash dan clay . Urea  granule terlebih  dahulu  dihaluskan lalu dicampur dengan fly ash dan clay . Setelah tercampur lalu disemprot larutan pati 10 % sebagai bahan perekat di dalam matriks. Selanjutnya campuran tersebut dimasukkan dalam alat pembuat tablet sehingga diperoleh pellet  urea dalam bentuk silinder. Adapun parameter dan variabel yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter dan variabel yang digunakan
Parameter Simbol Nilai Parameter Ketebalan coating l 0.71 mm Jari-jari pellet R o 13 mm Tinggi pellet h 24 ± 0.04 mm Massa jenis Urea ρ urea 1320 kg/m 3 Massa jenis Fly ash ρ fly ash 800 kg/m 3 Massa jenis Clay ρ clay 2650 kg/m 3
2.2.2 Pembuatan larutan ethylcelluose
Mula-mula  dilakukan  penimbangan  terhadap  pellet urea  yang  telah  dibuat.  Lalu  pellet  urea  tersebut  dilapisi dengan ethylcellulose dengan metode perendaman. Untuk hal ini disiapkan larutan 10% ethylcellulose dalam etanol. Pellet  urea  lalu  dicelupkan  ke  dalam  larutan  (dengan kontak  waktu  2-3  detik)  pada  suhu  konstan  25 o C, kemudian dikeringkan pada suhu 80 o C untuk menguapkan residu etanol.
2.2.3 Rilis konsentrasi urea dalam larutan air distilasi Pengukuran  konsentrasi  urea  dilakukan  dengan metode  in  vitro.  Pellet  urea  yang  akan  dilakukan pengujian  dicelupkan  dalam  1000  ml  aquadest  suhu 24 o C. Pada selang waktu tertentu dilakukan pengambilan sampel  untuk  menentukan  konsentrasi  urea  yang  ada dalam larutan air tersebut. Sejumlah 25 ml larutan sampel diambil lalu ditambahkan 20 ml reagen p- dietilaminbenzaldehide.  Aduk  dengan  sempurna  lalu biarkan  hingga  5  menit.  Konsentrasi  urea  diketahui melalui kurva kalibrasi pada spektrometer UV-VIS Merk Shimadzu  Type  UV  1800  dengan  panjang  gelombang yang digunakan sebesar 430 nm.

## TEKNIK, 41 (1), 2020, 43

## 2.3 Model performa
Kinerja  model  dinilai  dengan  menggunakan  akar kuadrat kesalahan (RMSE) didefinisikan sebagai berikut dalam persamaan 4 (Xiang and Ji-Yun, 2008).
√ ∑(     )
(4)
adalah nilai terukur dari pelepasan nutrisi, adalah nilai  prediksi  pelepasan  nutrisi,  dan  n  adalah  banyak data penelitian.
Terdapat  beberapa  bahan  yang  tersedia  di  alam yang  meluruh  perlahan  dan  kandungan  nutrisi  dalam materi  tersebut  mungkin  tersedia  untuk  waktu  yang lama. Fly  ash adalah  salah  satu  bahan  yang  dapat dianggap  sebagai  pupuk  pelepasan  terkontrol  dan  telah digunakan  di  lahan  pertanian.  Praktik  dan  manfaatnya telah direalisasikan sejak dahulu kala.
Fly  ash dipilih  sebagai  matriks  karena  murah  dan mudah tersedia bagi petani sehingga cocok untuk bahan matriks. Beberapa agen pengikat dapat digunakan untuk penelitian  seperti  semen,  tar,  plester  paris,  natrium silikat,  kapur  menonjol.  Tapi  clay  telah  dipilih  untuk penelitian  ini  sebagai  bahan  pengikat  (binder)  terutama karena mudah diperoleh dan murah (Kamalakar, 2011).

## 3. Hasil dan Pembahasan
Untuk  memperoleh  data  hasil  yang  paling  bagus membutuhkan eksperimen, namun eksperimen membutuhkan  banyak  waktu  dan  biaya.  Untuk memudahkan  pemahaman  terkait  penelitian  ini  maka hasil  penelitian  dibagi  menjadi  2  bagian.  Pada  bagian pertama  nilai  koefisien  diffusivitas  ethylcellulose  dicari melalui  perbandingan  data  eksperimen  dengan  hasil simulasi yang dilakukan lalu dihitung nilai RSME antara kedua  data  tersebut,  semakin  rendah  nilai RSME mengindikasikan bahwa asumsi nilai koefisien diffusivitas  yang  digunakan  dalam  simulasi  dapat diterima.  Pada  bagian  kedua  dibandingkan  pengaruh fly ash maupun clay dengan variabel konsentrasi urea yang sama terhadap laju rilis urea ke lingkungan.
3.1  Perbandingan hasil simulasi dengan percobaan Untuk membuat permodelan mula-mula ditentukan
parameter  yang  akan  digunakan.  Tabel  1.  berisi parameter  yang  dipakai  dalam  permodelan  setelah  itu disusun  geometri  yang  akan  menjadi  lingkup  simulasi lalu  dilakukan meshing seperti  yang  terlihat  pada Gambar  2.    adapun  ketebalan  lapisan  ethylcellulose diperoleh dari pengukuran menggunakan SEM, ketebalan  lapisan  rata-rata  ethylcellulose  pada  pellet adalah 0,71 mm. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3 (a) dimana  dilakukan  perbesaran  x50  pada  lapisan  ethyl cellulose.
Pada  Gambar  3  (b)  dan  3  (c)  dapat  dilihat morfologi  dari  pelapis  ethylcellulose  secara  jelas. Nampak  lapisan  yang  dibentuk  tidak  seragam  karena viskositas  ethylcellulose  yang  tinggi  sehingga  pada beberapa  bagian  urea  pellet  memiliki  ketebalan  yang lebih dibanding bagian yang lainnya.
Gambar 3a. Hasil SEM pada pembesaran x50
Gambar 3b. Hasil SEM pada pembesaran x80
Gambar 3c. Hasil SEM pada pembesaran x100
Kemudian  dilakukan  trial  terhadap  koefisien difusivitas ethylcellulose pada software COMSOL, Root Mean Square Error (RMSE) digunakan untuk menentukan perbedaan antara data hasil simulasi dengan data  percobaan  (Grewal,  2017).  Pada  Gambar  4 diperlihatkan perbandingan antara hasil simulasi dengan percobaan  dengan  nilai  RSME  sebesar  0.845,  dimana hasil perbandingan ini dapat diterima untuk menjelaskan gambaran  rilis  nitrogen  dalam  sistem.  Perbedaan  yang terjadi  pada  hasil  simulasi  dengan  percobaan  terjadi akibat  tidak  seragamnya  urea  pellet  yang  dibuat  dan kurang  sempurnanya  pelapis  yang  dibentuk.  Pada Gambar  4  diperoleh  grafik  berupa  kurva  yang menjelaskan  perubahan  dari  rilis  konstan  menjadi  rilis akhir. Hal ini sesuai dengan literatur (Cussler, 2009; Lu & Lee, 1992; Shaviv, 2003).
Perubahan massa urea dalam inti serta pada lapisan ditunjukkan  sebagai  fungsi  waktu.  Pada  simulasi ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6. Pada waktu t = 0, inti dalam urea dilarutkan oleh air yang berada pada lapisan  ethylcellulose.  Konsentrasi  pada  inti  urea  masih berada pada tingkat jenuh.
Seperti  pada  Gambar  5,  massa  pelllet  tetap konstan, sedangkan inti urea cepat berkurang pada awal rilis.  Penundaan  pelepasan  urea  bisa  dijelaskan  dengan melihat  pada  profil  konsentrasi  urea  (Gambar  5).  Urea tidak  ada  pada  lapisan  ethylcellulose  pada  waktu  t  =  0. Setelah  urea  terlarut,  namun  masih  harus  melewati lapisan  sebelum  terlepas  pada  lingkungan.  Saat  urea mencapai  antarmuka  antara  lapisan  dan  lingkungan, pelepasan  dimulai  dan  meningkat  hingga  mencapai konstan  Selama  tahap  pelepasan  konstan,  jumlah  urea masuk  ke lapisan sama  dengan jumlah urea dilepaskan ke lingkungan.
Hal  ini  juga  ditunjukkan  pada  Gambar  5  bahwa tidak  terjadi  perubahan  konsentrasi  urea  pada  lapisan pelapis. Sebuah  studi  simulasi rilis urea pada fase akhir yang terlepas di dalam air ditunjukkan pada  Gambar 6. Pertama,  tidak  ada  urea  di  zona  air,  dan  karenanya Konsentrasi  urea  di  zona  air  tidak  berubah  pada  saat awal fase rilis akhir, tanda panah menggambarkan profil rilis  urea  ke  dalam  air.  Terlihat  konsentrasi  urea  pada lapisan ethylcelulose semakin berkurang seiring bertambahnya  waktu.  Konsentrasi  di  zona  air  terus meningkat  selama  pelepasan  konstan  karena  akumulasi urea.  Tahap  pelepasan  akan  berakhir  saat  urea  benar- benar  larut.  Pada  saat  ini,  massa  urea  setara  dengan konsentrasi urea jenuh.
Pada  Tabel  2  kita  dapat  melihat  nilai  koefisien difusivitas yang diperoleh pada berbagai sampel dengan nilai RMSE sebagai perbedaan nilai antara hasil simulasi dengan hasil eksperimen yang telah dilakukan.
Gambar 4. Perbandingan Hasil Simulasi dengan Percobaan
Tabel 2. Hasil data penelitian dan simulasi
No. Notasi Urea : Fly Ash : Clay (%) Koefisien Difusivitas (cm 2 /hari) RMSE 1 UP 1 50 : 40 : 10 6 x 10 -3 1.399 2 UP 2 40 : 40 : 20 9 x 10 -3 0.845 3 UP 3 40 : 20 : 40 8 x 10 -3 1.071 4 UP 4 40 : 30 : 30 6 x 10 -3 0.675 5 UP 5 50 : 20 : 30 8 x 10 -3 1.791
3.2 Pengaruh Fly Ash dan Clay terhadap rilis Nitrogen Pada Gambar 7 (a) dan 7 (b) percobaan dilakukan dengan  menggunakan  urea  pellet  yang  memiliki kandungan fly  ash yang  sama.  Pelepasan  nutrisi  karena interaksi  pengikat  matriks  inert  dengan  binder  (clay) menghasilkan tingkat pelepasan yang lebih rendah. Pada Gambar 7 (a) dan Gambar 7 (b) dilakukan perbandingan pada urea pellet dengan kandungan fly ash sebesar 40% (UP  1  VS  UP  2)  tingkat  pelepasan  rilis  nitrogen  lebih rendah  dicapai  oleh  urea  pellet  UP  1  (clay  10%).  Hal yang  sama  juga  terjadi  pada  UP  3  VS  UP  5  dengan kandungan  fly  ash  sebesar  20%  tingkat  pelepasan  rilis nitrogen kedua sampel hampir serupa. Jika dibandingkan kedua  gambar  tersebut  terlihat  bahwa  dengan  semakin tingginya  komposisi  clay  dalam  urea  pellet  semakin rendah  pula  kecepatan  rilis  yang  terjadi.  Clay  sebagai binder  merupakan  komponen  penting  yang  menentukan cepat atau lambatnya rilis unsur hara dalam  matriks rilis lambat.  Fungsi  binder  mutlak  diperlukan  namun komposisi  dalam  matriks  harus  diperhatikan  sehingga dapat  diperoleh  nilai  rilis  lambat  yang  optimum (Kamalakar,  2011; Bita dkk., 2015).
doi: 10.14710/teknik.v41n1.25053               Copyright © 2020, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Gambar 5 . Profil konsentrasi urea fase rilis konstan.
Gambar 6 . Profil konsentrasi urea pada fase rilis akhir.
Pada  Gambar  8,  ditunjukkan  perbedaan  antara sampel  UP  4  dengan  UP  5  dengan  kandungan  clay  yang serupa  yakni  sebesar  30%  terlihat  bahwa  sampel  UP  4 dengan kandungan fly ash sebesar 30 % memiliki nilai rilis nitrogen  yang  lebih  rendah.  Berarti  untuk  sementara bahwa  adanya  fly  ash  menurunkan  kemampuan  atau kecepatan  difusi  urea  dari  matrix. Fly  ash dan  clay memiliki  fungsi  yang  serupa  dengan  penyusunan  matriks rilis  lambat  yaitu  sama-sama  membentuk  ikatan  yang menghambat  laju  rilis  nitrogen  ke  lingkungan.  Namun kuantitas fly ash yang dapat digunakan dalam matriks harus juga  diperhatikan  karena  nilai  rilis  lambat  tergantung  dari beberapa  faktor,  antara  lain  :  rasio  matriks,  jenis  binder yang  digunakan  serta  unsur  hara  yang  digunakan  dalam penyusunan matriks rilis lambat (Sitanggang, 2017).
Gambar 7 (a). Perbandingan rilis nitrogen pada kandungan fly ash yang sama.
Gambar 7 (b). Perbandingan rilis nitrogen pada kandungan fly ash yang sama.
Gambar 8. Perbandingan rilis nitrogen pada kandungan clay yang sama.

## 4. Kesimpulan
Penelitian dilakukan dengan membentuk permodelan  rilis  nitrogen  dalam  bentuk  2D  lalu membandingkan  dengan  data  rilis  nitrogen  yang diperoleh melalui percobaan. Nilai koefisien difusifitas yang diperoleh berkisar antara  6 x 10 -3 - 9 x  10 -3 cm 2 /hari  dengan  Root  Mean  Square  Error (RSME)  sebagai  indikator  eror  perhitungan  memiliki nilai antara 0.675 - 1.791.
Melalui  perbandingan  antara  sampel  dapat disimpulkan  bahwa  rilis  nitrogen  ke  lingkungan  akan semakin  cepat jika  komposisi  binder  pada  pellet  urea semakin  besar.  Fungsi  binder  sebagai  penyusun matriks  rilis  lambat  mutlak  diperlukan  namun komposisinya  harus  diperhatikan  sehingga  rilis nitrogen  yang  diperoleh  dapat  mencapai  nilai optimum.  Sementara  itu  rilis  nitrogen  ke  lingkungan akan  semakin  rendah  jika  komposisi  fly  ash  pada pellet urea semakin tinggi.

## Daftar Pustaka
Al-Zahrani,  S.  M.  (1999)  Controlled-release  of fertilizers:  modelling and simulation. Int. J. Eng. Sci., 37, 1299–307.
Bita,  R.,  Shahram,  M.  S.,  &  Suraya,  A.  R.  (2015) Enhancement  of  nitrogen  release  properties  of urea–kaolinite  fertilizer  with  chitosan  binder. Chemical  Speciation  &  Bioavailability., 27,  44- 51
Cussler E. L. (2009), Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems , Ed.3, Cambridge: Cambridge University Press.
Gambash,  S.,  Kochba,  M.,  &  Avnimelech,  Y.  (1990) Studies  on  Slow-Release  Fertilizers:  II.  A Method  for  Evaluation  of  Nutrient  Release  Rate From  Slow-Releasing  Fertilizers. Soil  Sci., 150, 446 – 450.
Grewal, B. S. (2017), Higher Engineering Mathematics ,
43 rd ed., New Delhi: Khanna Publisher.
Kamalakar,  D.  (2011)  Zinc  Sulfate  Controlled  Release Fertilizer  with  Fly  Ash  as  Inert  Matrix. Indian Streams Research Journal , 1(5).
Kent,  J.  A.  (2007) Kent  and  Riegel’s  Handbook  of
Industrial  Chemistry  and  Biotechnology .  Verlag: Springer.
Lu,  S.  M.,  Chang,  S.-L.,  Ku,  W.-Y.,  Chang,  H.-C., Wang, J.-Y. & Lee, D.-J. (2007) Urea release rate from a  scoop of coated pure  urea beads: Unified extreme  analysis. J.  Chin.  Inst.  Chem.  Eng., 38, 295–302.
Lu,  S.  M.  &  Lee,  S.  F.  (1992)  Slow  release  of  urea through  latex  film. J.  Controlled  Release, 18, 171–80.
Meena,  S.O.,  Vashishtha,  M.,  and  Meena,  A.  (2019) Modelling  and  Simulation  of  Nutrient  Release from  Neem  (Azadirachta  Indica)  Oil  Coated Urea. J. Adv. Agric. Technol., 6, 32–37. Prasad,  R.  (2009).  Efficient  fertilizer  use :  The  key  to food  security  and  better  environment. Journal  of Tropical Agriculture , 47, 1–17.
Shaviv,  A.,  Raban,  S.,  &  Zaidel,  E.  (2003)  Modeling Controlled  Nutrient  Release  from  Polymer Coated Fertilizers: Diffusion Release from Single Granules. Env. Sci Technol, 37, 2251–6.
Sitanggan,  E.  P.  O.  &  Purnomo,  C.  W.  (2017)  The Effects of Binder on the Release of Nutrient from Matrix-Based  Slow  Release  Fertilizer. Materials Science Forum , 886, 138-144.
Trenkel, M. E. (1997) Controlled-release and stabilized fertilizers  in  agriculture .    Paris:  International Fertilizer Industry Association.
Trinh H. T., Shaari K. Z. K., Shuib A. S., and Ismail L. (2013) Modeling of urea release from coated urea for  prediction  of  coating  material  diffusivity. Proceeding  of  the  6th  International  Conference on  Process  Systems  Engieering .  Kuala  Lumpur, Malaysia (pp 20-30).
Xiang,  Y.  &  Ji-yun,  J.  (2008)  Recent  Advances  on  the Technologies to Increase Fertilizer Use Efficiency. Agriculture  Science  in  China ,  7(4), 469–479.