Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 2 No.3, Juni 2004 ISSN 1693-248X
TINJAUAN DIFUSIVITAS PEMAKAIAN UREA PRILL DI TANAH PERSAWAHAN Lukman Hakim dan Azhari *) ABSTRAK Penelitian terhadap efektifitas difusi urea prill di tanah persawahan ini dilakukan untuk mendapatkan harga Difusivitas efektif (De) butiran urea prill di tanah persawahan, sehingga dapat diketahui kondisi-kondisi penempatan dan pemakain pupuk urea yang tepat di lapangan. Penelitian ini dilakukan secara kontinyu di laboratorium yaitu dengan melewatkan air melalui unggun campuran urea dengan tanah persawahan di dalam suatu kolom kaca yang divariasikan terhadap laju alir air, tinggi unggun, dan konsentrasi tanah persawahan. Sampel diambil pada bagian atas kolom dengan frekuensi 5 detik. Kemudian dianalisis perubahan konsentrasi urea dengan menggunakan konduktometer yang telah dikalibrasi terlebih dahulu Selanjutnya dilakukan perhitungan secara analitis untuk mendapatkan harga Difusivitas efektif (De) dengan menggunakan model persamaan matematika:
ln
C A o 2. . A .De.t CA k1 . .v
Difusivitas efektif (De) ditinjau secara keseluruhan (overall) dengan assumsi diameter butiran konstan. Dari hasil penelitian terlihat bahwa tinggi unggun, laju alir air dan konsentrasi tanah persawahan, masing-masing menunjukkan pengaruh terhadap harga Difusivitas efektif (De). harga urea cukup murah. Namun bila penggunaan pupuk urea yang tidak didasari dengan langkah-langkah yang tepat maka kandungan nitrogen dari pupuk urea akan hilang begitu saja akibat terhidrolisis oleh air.
PENDAHULUAN Urea dengan rumus kimianya [CO(NH2)2] merupakan produk petrokimia yang pada dasarnya lebih diarahkan dalam membantu sektor pertanian terutama sebagai pupuk tanaman. Salah satu peran urea dapat dilihat dengan berhasilnya Indonesia berswasembada beras dan semakin berlimpahnya produk hortikultura. Untuk memperoleh zat nitrogen bagi tumbuhan, petani sering menggunakan pupuk urea sebagai alternatifnya. Ini disebabkan selain kandungan nitrogen yang tinggi juga
Perumusan Masalah Urea yang banyak digunakan oleh petani tadah hujan mempunyai kendala yang cukup besar yaitu cepat larut dalam air. Pembilasan urea tersebut menyebabkan kerugian bagi tanaman yakni penyerapan pupuk oleh tanaman padi.
1
Lukman Hakim dan Azhari, Tinjauan Difusivitas Pemakaian Urea Prill Di Tanah Persawahan
Untuk mengatasi masalah tersebut maka dicarilah pemecahan yang tepat, misalnya dengan cara melapisi dilakukan di pabrik pembuatan urea, tetapi memerlukan keahlian dan ketelitian yang tinggi. Namun pengcoatingan ini tidaklah menjamin akan hilangnya nitrogen sewaktu penggunaanya dilapangan.
urea tersebut(pengcoatingan). Pengcoatingan ini phase yang sama atau dari satu phase ke phase lainnya karena perbedaan konsentrasi antara dua posisi. Difusivitas atau pembauran (diffusion) ialah gerakan suatu komponen melalui suatu campuran yang berlangsung karena suatu rangsangan fisik. Pada umumnya difusi disebabkan oleh adanya gradien (landaian) konsentrasi pada komponen yang terdifusi itu. Gradien konsentrasi cenderung menyebabkan terjadinya gerakan komponen itu ke arah yang menyamakan konsentrasi. Menurut Fick, difusivitas bergantung pada besarnya gradien dC A konsentrasi N Ax D A dx yang mana:
Banyak sudah temuan-temuan yang mengungkapkan bahwa penggunaan urea prill dengan menebarkan di permukaan tanah persawahan sangat merugikan diakibatkan hilangannya nitrogen sebelum sempat diserap oleh tanaman. Alternatif Pemecahan masalah Salah satu alternatif lain untuk menanggulangi kehilangan nitrogen pada penggunaanya adalah dengan menempatkan urea tersebut di dalam tanah. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah hilangnya nitrogen akibat terhidrolisis oleh air. Kehilangan nitrogen akibat penguapan ammonia dapat diperkecil dengan signifikan jika pupuk ditempatkan di dalam tanah, nitrogen yang terbentuk akan mudah diabsorbsi oleh tanaman. Pengabsorbsian ini berkaitan dengan peristiwa convection (difusi) antara urea dan tanah persawahan. Ditinjau dari difusivitas antara urea dan tanah persawahan maka dapat diketahui penempatan pupuk urea dan kondisi lahan yang tepat agar pengabsorsian nitrogen oleh tanaman berlangsung baik yang pada akhirnya meningkatkan produksi tanaman padi.
NAx = Flux mol zat A (kg mol/m2 dt) DA = Difusivitas zat A (m2/dt) dCA= Perubahan konsentrasi (kg mol/m3) dx = Perubahan ketinggian (m) Oleh karena itu difusi dapat terus terjadi bila perbedaan konsentrasi terus berlangsung di dalam tanah. Komponen kimia tanah berperan besar dalam menetukan sifat dan ciri tanah umumnya dan kesuburan tanah pada khususnya. Suatu hal yang berkaitan dengan masalah penyerapan/pertukaran ion adalah sifat sanggaan tanah dan reaksi-reaksi kimia yang menyangkut ketersediaan unsur hara bagi tanaman. Makro elemen zat hara pokok, yakni unsur-unsur yang diperlukan setiap tumbuhan dalam jumlah yang banyak adalah: C, H, O, N, S, P, Ca, K, Mg, dan Fe. -C dan O = untuk pembentukan karbohidrat
Mekanisme Difusivitas Difusi suatu zat penting artinya dalam bidang science dan engineering yang mana peristiwa ini terjadi ketika sebuah komponen di dalam campurannya berpindah ke dalam
2
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 2 No.3, Juni 2004 ISSN 1693-248X
-N dan S= untuk pembentukan protein -P = untuk pembentukan AND, ARN dan ATP -K= untuk pembentukan enzym -Ca= untuk pembentuikan dinding sel -Mg= untuk pembentukan khlorofil -Fe=sebagai katalisator dalam pemebentukan khlorofil Dua hal mendasar yang menyebabkan pergerakan unsur hara dalam tanah begitu efektif. pertama, perluasan akar menembus tanah secara kontinyu menunjukkan akar-akar sampai pada persediaan unsur hara baru dan air. Kedua, setelah akar menembus daerah tanah, aliran massa dan difusi memainkan peranan penting dalam gerakan unsur hara ke atas.Unsur-unsur hara terurai dalam air dan dibawa bersama aliran massa. Sejumlah unsur hara bergerak ke atas melalui aliran massa tergantung pada jumlah air yang bergerak ke atas dan konsentrasi unsur hara dalam air tersebut, proses ini disebut difusi (Henry D.Foth, 1988)
wilayah tropika. Dikenalnya urea secara luas disebabkan kandungan Nnya yang tinggi (46 %) dan ketersediaanya dipasaran. Penggunaan urea prill di tanah lembab dan berair akan mudah terhidrolisis oleh air menjadi ammonium karbamat dan berikutnya pada pH tanah lebih tinggi dari 7, ion NH4+ dapat diubah menjadi NH3 (gas ammonia) dan hilang dalam udara. NH2CONH2 + H2O CO2 METODE PENELITIAN Dalam pelaksanaan penelitian ini bahan yang digunakan adalah: 1. Urea Prill, mempunyai rumus kimia NH2-CO-NH2, pada suhu kamar berupa kristal putih, berat molekul 60,6 dengan titik lebur 133,7 oC, kelarutan dalam air 121 gr urea/ 100 gr air pada suhu 25 oC, density urea 1,335 gr/cm3, diameter butiran 0,2006 atau ukuran 10 mesh.
Hidrolisa Urea Urea adalah sumber nitrogen yang paling umum digunakan di
4 1
2
3
Gambar 1. Skema Peralatan Keterangan 1 = wadah air 2 = pompa
2NH3 +
3 = flow meter 4 = kolom kaca
3
Lukman Hakim dan Azhari, Tinjauan Difusivitas Pemakaian Urea Prill Di Tanah Persawahan
2. Aquades, mempunyai density 0,99615 gr/cm3, viscositas 0,008937 gr/cm dt 3. Tanah, tanah yang digunakan berasal dari tanah persawahan.
ln
Data-data yang diinginkan adalah perubahan konsentrasi urea setelah dilewati air dengan menvariasikan laju alir air (v), tinggi unggun, (L) dan perbandingan tanah dan air. Percobaan dimulai dengan mengisi lumpur (tanah : air = 2:1 ; 2,5:1 ; 3:1) dan urea dengan perbandingan tertentu dalam kolom kaca dengan variasi tinggi unggun (12 cm, 20 cm, 28 cm). Dialirkan melalui pipa plastik dari bagian bawah dengan bantuan pompa dan kecepatannya divariasikan (1,9 cm/dt ; 1,95 cm/dt ; 2,36 cm/dt). Sampel diambil dengan menggunakan erlenmeyer setelah keluar dari atas kolom kaca yang dihubungkan dengan pipa plastik dengan interval waktu 5 detik, dimulai saat pertama air mengalir keluar. Percobaan ini diulangi beberapa kali untuk mendapatkan hasil yang mendekati keadaan sebenarnya.
ln
CA 2. . A De.t C A0 k. .v
ln C A ln C A0 [
2. . A De]t k1 . .v
Dimana: De = Difusivitas efektif urea – air pada perbandingan tanah dengan air (m2/dt) CA = Konsentrasi urea fungsi waktu (gr/cm3) CAO= Konsentrasi urea mula-mula (gr/cm3) ε = Fraksi luas urea untuk ketinggian unggun tertentu v = Volume selinder untuk ketinggian unggun tertentu (ml) A = Luas selinder untuk ketinggian unggun tertentu (cm2) k1 = Faktor koreksi δ = Tinggi urea pada ketinggian unggun tertentu (cm) t = Waktu (dt)
HASIL DAN PEMBAHASAN Sampel yang diperoleh dari pengoperasian dianalisa dengan menggunakan konduktometer yang telah dikalibrasi terlebih dahulu, diperoleh konsentrasi urea yang larut dalam air setelah melewati unggun. Pada penelitian ini perubahan CA terhadap z dianggap sebagai perubahan CA terhadap t, dengan assumsi perubahan z diukur menurut perubahan konsentrasi pada selang waktu tertentu, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:
ln
C A 2. . A De.t C A0 k. .v
Plot data t vs CA dengan regresi linear akan didapat harga slope yaitu: 2. . A [ De] , maka harga De k1 . .v percobaan dapat dihitung Dari hasil pecobaan di atas diperoleh harga Dufisivitas efektif (De) sebagai berikut:
C AO 2. . A De.t CA k . .v
4
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 2 No.3, Juni 2004 ISSN 1693-248X
1. Perbandingan tanah dengan air 2 : 1 Tabel 6. Pada V= 2,36 cm/dt
Tabel 1. Pada V= 1,9 cm/dt
No 1 2 3 4
L No. (cm) 12 20 28 36
No. 1 2 3 4
De (cm2/dt) 3,670 x 10-5 6,804 x 10-5 7,099 x 10-5 8,904 x 10-5
L (cm) 12 20 28 36
De (cm2/dt) 5,63 x 10-5 6,11 x 10-5 7,35 x 10-5 7,87 x 10-5
3. Perbandingan tanah dengan air 3 : 1 Tabel 7. Pada V= 1,9 cm/dt
Tabel 2. Pada V= 1,95 cm/dt No 1 2 3 4
No. L (cm) 12 20 28 36
No.
De (cm2/dt)
1 2 3 4
3,27 x 10-5 6,54 x 10-5 6,79 x 10-5 8,52 x 10-5
L (cm) 12 20 28 36
De (cm2/dt) 4,07 x 10-5 5,83 x 10-5 6,57 x 10-5 6,96 x 10-5
Tabel 8. Pada V= 1,95 cm/dt Tabel 3. Pada V= 2,36 cm/dt No. No. 1 2 3 4
L (cm) 12 20 28 36
1 2 3 4
2
De (cm /dt) 3,49 x 10-5 6,05 x 10-5 7,14 x 10-5 8,24 x 10-5
L (cm) 12 20 28 36
De (cm2/dt) 3,97 x 10-5 4,29 x 10-5 5,22 x 10-5 6,06 x 10-5
Tabel 9. Pada V= 2,36 cm/dt 2. Perbandingan tanah dengan air 2,5 : 1 Tabel 4. Pada V= 1,9 cm/dt No. 1 2 3 4
L (cm) 12 20 28 36
No. 1 2 3 4
De (cm2/dt) 6,85 x 10-5 7,55 x 10-5 7,93 x 10-5 8,71 x 10-5
Tabel 5. Pada V= 1,95 cm/dt No. 1 2 3 4
L (cm) 12 20 28 36
De (cm2/dt) 6,36 x 10-5 6,95 x 10-5 8,16 x 10-5 8,27 x 10-5
5
L (cm) 12 20 28 36
De (cm2/dt) 3,58 x 10-5 4,12 x 10-5 4,75 x 10-5 5,77 x 10-5
Lukman Hakim dan Azhari, Tinjauan Difusivitas Pemakaian Urea Prill Di Tanah Persawahan
v=1,9 cm/dt
Difusivitas (De)
10 8
v=1,95 cm/dt
6 v=2,36 cm/dt
4 2 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
L (cm)
Gambar 2. Grafik hubungan De dengan L pada perbandingan tanah dan air 2 : 1
Difusivitas (De)
16
v=1,9 cm/dt
11
v=1,95 cm/dt
6 v=2,36 cm/dt 1 -4 0
5
10
15
20
25
30
35
L (cm)
Difusivitas (De)
Gambar 3. Grafik hubungan De dengan L pada perbandingan tanah dan air 2,5 : 1
16 14 12 10 8 6 4 2 0
v=1,9 cm/dt v=1,95 cm/dt v=2,36 cm/dt
0
5
10
15
20
25
30
35
L (cm)
Gambar 4. Grafik hubungan De dengan L pada perbandingan tanah dan air 3 : 1
6
40
40
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 2 No.3, Juni 2004 ISSN 1693-248X
1. Harga Difusivitas efektif (De) semakin besar dengan bertambahnya tinggi unggu. 2. Pada perbandingan tanah dengan air yang sama, Difusivitas efektif (De) menurun dengan kenaikan laju alir air.
Pada laju alir air yang sama, harga Difusivitas efektif (De) menunjukkan angka yang makin besar dengan bertambahnya tinggi unggun. Hal ini disebabkan dengan bertambahnya tinggi unggun kontak antara urea dengan larutan tanah makin lama sehingga konsentrasi urea pada output kecil, menyebabkan gradien konsentrasi makin besar yang merupakan gaya penggerak molekul untuk lebih aktif. Harga Difusivitas efektif (De) menunjukkan peningkatan dengan kenaikan perbandingan tanah dengan air pada laju alir yang sama. Hal ini terjadi karena pada perbandingan tanah dengan air yang besar kecendrungan terjadinya hidrolisa urea makin kecil, waktu kontak lebih lama karena kerapatannya lebih besar dan urea yang dapat diserap semakin besar, sehingga gaya penggerak akibat gradien konsentrasi yang besar menyebabkan Difusivitas efektif (De) meningkat. Perbandingan tanah dengan air yang tetap pada kenaikan laju mempunyai harga Difusivitas efektif (De) yang menurun, karena pada laju alir aquades yang meningkat waktu kontak hanya sebentar, urea yang dapat diserap sedikit, sehingga gradien konsentrasi kecil menyebabkan Difusivitas efektif (De) juga kecil
3. Semakin besar perbandingan tanah dengan air pada laju air yang sama, harga Difusivitas efektif (De) juga makin besar.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pengolahan data yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan difusivitas urea pada tanah persawahan.
7
Lukman Hakim dan Azhari, Tinjauan Difusivitas Pemakaian Urea Prill Di Tanah Persawahan
Penelitian, Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala. DAFTAR PUSTAKA A. Sanchez, Pedro, 1992, Sifat dan Pengolahan Tanah Tropika, Jilid 1, ITB Bandung.
Traybal, R.E. 1985, Mass Transfer Operation, 3 ed, McGraw Hill book Company, Singapore
Bird, RB., Stewart, W.E., Lightfood, W.N, 1960, Transport Phenomena, John Wiley & Sons, Inc., New York Didik S. 1991, Urea dan Manfaatnya, Gema Pupuk Iskandar Muda No. 17 Triwulan III/91, PT PIM. D. Foth, Henry, 1988, Dasar-Dasar Ilmu Tanah, Eds. 7, Gajah Mada University Press. Geankoplis, C.J., 1983, Transport Process and Unit Operation, 2 sd. Ally and Bacon, Inc Newton. N.K. Savant, E.T. Craswell and R.B. Diamond,1983, Use of Urea Supergranules for Wetland Rice, Internasional Fertiliser Development Center, Muscle Shoals, Alabama35660, USA. Rusydy, 1992, Koefisien Perpindahan Massa Antara Butiran Pupuk Urea dan Air Pada Aliran Laminar, Laporan
8
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 2 No.3, Juni 2004 ISSN 1693-248X
9
