Manfaat Pengeringan
Kayu
Pengeringan kayu adalah proses
penurunan kadar air kayu sampai mencapai kadar air lingkungan tertentu atau
kadar air yang sesuai dengan kondisi udara di mana kayu tersebut ditempatkan
(Tsoumis, 1991). Pada umumnya dalam penggunaannya, kayu harus dikeringkan
terlebih dahulu. Alasan dilakukannya pengeringan kayu antara lain :
1. Penyusutan pada produk yang
menggunakan kayu yang dikeringkan akan berkurang, pembengkokan dan
belah ujung
dapat dihindarkan.
2. Kayu terlindung dari serangan
jamur pembusuk dan jamur pewarna, sehingga kayu akan lebih awet.
Tingginya
temperatur pada pengeringan tanur membunuh jamur dan insekta yang bisa hidup
dalam kayu.
3. Pengeringan menghasilkan kekuatan
kayu yang lebih tinggi, dengan asumsi tidak terjadi cacat khususnya
belah
ujung. Selain itu, kuat pegang paku terhadap kayu akan meningkat.
4. Meningkatkan kualitas hasil
pengecatan dan proses pengerjaan akhir.
5. Berat kayu berkurang sehingga
biaya transportasi bisa lebih rendah.
Mekanisme Pengeringan
Kayu
Pengeringan kayu dapat dibagi menjadi
dua tahap, yaitu pergerakan air dari bagian dalam ke permukaan kayu dan
penguapan air dari permukaan kayu. Air dalam kayu umumnya bergerak dari
bagian dengan kandungan air tinggi ke bagian dengan kandungan air rendah.
Artinya permukaan kayu harus lebih kering dibandingkan dengan bagian dalamnya
jika ingin mengeluarkan air dari dalam kayu. Air bergerak pada bagian dalam kayu
ke bagian permukaan kayu sebagai cairan atau uap melalui saluran dalam struktur
selular kayu, dinding sel kayu dan rongga sel atau saluran kecil yang
menghubungkan rongga sel yang berdekatan. Uap air bergerak dalam saluran ini ke
semua arah, melewati atau melalui serat. Difusi
dari air terikat menggerakkan uap air dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Difusi pada arah longitudial
lebih cepat 10–15 kali dibandingkan dengan difusi pada arah radial maupun
tangensial. Difusi arah radial lebih cepat dibandingkan dengan difusi arah
tangensial. Hal inilah yang menjelaskan mengapa kayu gergajian flatsawn (papan tangensial) umumnya
mengering lebih cepat dibandingkan dengan kayu gergajian quartersawn (papan radial).
Kecepatan gerakan uap air dalam kayu
tergantung pada kelembaban relatif dari udara sekitar, kecuraman moisture gradient dan suhu kayu. Semakin
rendah kelembaban relatif udara sekitar, aliran uap air dalam kapiler menjadi
lebih cepat.
Kelembaban yang rendah juga
mempercepat difusi dengan menurunkan kadar air pada permukaan, sehingga
mempercuram moisture gradient.
Semakin tinggi suhu kayu, uap air akan lebih cepat bergerak dari bagian dalam
yang basah ke bagian luar yang kering. Jika kelembaban relatif terlalu rendah
pada tahap awal pengeringan, dapat terjadi penyusutan yang berlebihan, yang
menyebabkan retak permukaan dan retak ujung. Jika suhu terlalu tinggi, dapat
terjadi lengkung, honeycomb dan
penurunan kekuatan.
Selama proses pengeringan, sirkulasi
udara perlu diatur. Sirkulasi udara yang terlalu lambat menyebabkan waktu yang
dibutuhkan permukaan kayu untuk mencapai titik keseimbangan kadar air menjadi
lebih lama, selain itu memberikan kesempatan untuk tumbuhnya jamur.
Karena ekstraktif kimia dalam kayu
teras menghalangi saluran, umumnya moisture
bergerak lebih bebas dalam kayu gubal dibandingkan dalam kayu teras, yang
berarti kayu gubal lebih cepat mengering. Namun kayu teras pada kebanyakan
jenis kayu, mengandung kadar air yang lebih rendah dibandingkan dengan kayu
gubal sehingga pada akhirnya akan mencapai keseimbangan kadar air dengan
kecepatan yang sama.
Tahap
pengeringan kayu meliputi tahap proses evaporasi konstan, tahap transisi dan
tahap eksponental. Tahap proses evaporasi konstan adalah proses evaporasi air
bebas sel kayu yang tidak berpengaruh pada dimensi kayu. Tahap transisi adalah
proses pengeluaran air terikat dari dinding sel, yang berakibat pada perubahan
dimensi kayu. Tahap eksponental adalah tahap penyesuaian akhir kayu terhadap
lingkungannya.
Faktor-faktor yang
Mempengaruhi Pengeringan Kayu
Faktor yang mempengaruhi pengeringan
adalah panas, RH (kelembaban relatif), dan sirkulasi udara.
1. Panas, merupakan energi yang
diperlukan oleh molekul air untuk melepaskan diri dari ikatan antara molekul
pada air bebas dalam rongga sel atau melepaskan diri dari ikatan dengan tangan
hidroksil pada air terikat. Pada suhu tinggi, udara cenderung menghisap
kelembaban atau uap air dibandingkan dengan udara bersuhu rendah. Panas termal
udara sangat berpengaruh terhadap nilai kelembaban udara. Tetapi nilai
kelembaban udara tidak akan berubah walaupun dipanaskan atau didinginkan.
2. Kelembaban relatif ( air humidity), menentukan kapasitas pengeringan udara.Udara yang lebih kering (kelembaban
relatif lebih rendah) memiliki kapasitas pengeringan yang lebih tinggi dan
dapat menahan uap air lebih banyak.Kapasitas pengeringan dipengaruhi
oleh temperatur karena udara yang panas memiliki kapasitas pengeringan yang
lebih tinggi, karena peningkatan temperatur menyebabkan turunnya kelembaban
relatif.
3. Sirkulasi udara ( air velocity), berfungsi sebagai
pengantar panas ke kayu yang digunakan untuk menguapkan air dari dalam kayu dan
memindahkan uap air dari permukaan kayu ke udara sekitar. Sirkulasi udara yang
baik akan mempercepat perambatan gelombang panas pada udara sehingga mempercepat pengeringan.
Metode Pengeringan
Kayu
Metode pengeringan kayu yang biasa
digunakan antara lain:
Pengeringan
udara (alami)
A. Pemilihan tempat, kriteria dalam
memilih tempat untuk pengeringan udara adalah ukuran luas, permukaan datar,
terbuka (aerasi baik), kering, bersih dari sampah/limbah kayu, tidak ditumbuhi
rumput-rumputan atau vegetasi yang lain.
B.
Penumpukan, yang harus diperhatikan dalam penumpukan pada pengeringan adalah
pola penumpukan, dimensi penumpukan, fondasi, stiker, atap, perlindungan akhir
dan tingkat pengeringan. Pola penumpukan dimaksudkan untuk membentuk lorong-lorong yang mempermudah penanganan pengeringan. Dimensi penumpukan
berpengaruh terhadap kecepatan pengeringan. Fondasi dimaksudkan untuk
menghindari terjadinya aliran air hujan atau salju yang mengalir dibawah penumpukan
kayu. Sticker digunakan untuk membatasi antar kayu yang ditumpuk yang bertujuan
untuk sirkulasi udara pada setiap kayu yang dikeringkan. Atap dimaksudkan untuk
menghindari hujan, sinar matahari, dan salju. Atap bisa dibuat dari kayu,
asbes, metal. Perlindungan terakhir dimaksudkan untuk mencegah terjadinya pecah
pada kayu yang dikeringkan, dilakukan dengan cara melaburkan parafin
dipermukaan aksial dari kayu.
C. Kecepatan pengeringan, Kecepatan
pengeringan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain jenis kayu, ketebalan
kayu, pola lingkaran tahun, kayu teras/kayu gubal, cara penumpukan, kondisi
tempat, dan faktor iklim.
D. Pengendalian kadar air, Perubahan
kadar air kayu selama pengeringan udara dapat diketahui. Pengukuran dimaksudkan
untuk mempercepat atau memperlambat keluarnya air dari kayu sampai dengan
tingkat tertentu (dibawah 20%), pengeringan dengan penumpukan bisa dihentikan,
dan kemudian disimpan di gudang tanpa harus menggunakan stiker.
Pengeringan
dengan kiln pengering (konvensional)
Kiln drying biasanya menggunakan uap
panas, peralatan dilengkapi dengan pengendali suhu dan kelembaban, sirkulasi
udara, dan buangan uap air.
A. Tipe kiln, ada dua tipe kiln-kompartement dan progressive. Pada kiln kompartemen
pengeringan dilaksanakan secara tetap (kayu tidak bergerak).Kondisi pengeringan (suhu, RH)
ditetapkan pada interval tertentu, sampai dengan kondisi konstan tetap masih
berada dalam kiln tersebut. Pada kiln progressive
(kayu bergerak), kayu berjalan secara bertahap sampai dengan kering dan
langsung keluar. Kondisi pengeringannya tidak konstan didalam kiln, pada saat
masuk kondisinya rendah (suhu rendah dan RH tinggi) secara bertahap suhu
dinaikkan dan RH dikurangi.
B.
Konstruksi dan peralatan, kiln pengering biasanya dibuat dari tembok batu bata
dan lantainya terbuat dari beton. Dinding dalam kiln biasanya terbuat dari
metal aluminium, anti korosif.. RH dikendalikan oleh uap bebas yang ada di dalam kiln, dan sirkulasi udara dikendalikan oleh kipas
angin yang diletakkan diatas atau dibawah tumpukan kayu, bahkan kadang-kadang
di samping (dinding samping). Kiln juga dilengkapi miostermeter untuk mengukur
kadar air kayu.
C. Penumpukan, prinsip umum
penumpukan kayu pada kiln pengering sama dengan penumpukan pada pengeringan
alami (udara), dibutuhkan stiker (ganjal) diantara kayu yang berfungsi sebagai
sirkulasi udara.
D. Prosedur pengeringan, Penyususnan
jadwal pengeringan sangat penting untuk mengkondisikan suhu dan kelembaban
relatif dalam kiln. Jadwal pengeringan ini disusun dengan maksud untuk
mengefisiensikan waktu pengeringan dan meminimalkan kerusakan akibat
pengeringan. Jadwal pengeringan dikembangkan oleh FPL ( Forest Product Laboratory) secara trial and error. Jadwal ini disesuaikan dengan jenis
kayu dan kadar air kayu yang diinginkan. Tahap-tahap pengeringan meliputi preparatory (persiapan), actual drying (pengeringan), equaluzation of moisture content
(perhitungan kadar air). Tahap preparatory kayu dipanaskan
pada suhu 40-65 OC. Tahap actual drying yaitu mengeringkan kayu sesuai dengan
keinginan. Tahap terakhir mengambil sample dari kayu yang dikeringkan untuk
mengetahui kadar airnya.Kerusakan pada saat pengeringan dapat
diminimalkan dengan cara mengeringkan secara bertahap.
E. Durasi pengeringan, waktu
pengeringan kiln-drying lebih cepat
dibanding dengan pengeringan udara. Faktor yang mempengaruhi waktu pengeringan
adalah sifat anatomi kayu (kayu gubal/teras, hardwood/ softwood), ketebalan
kayu, jenis kayu, kecepatan sirkulasi udara dalam kiln, kualitas pengeringan
kayu, perbahan kadar air dari awal-akhir, dan cacat kayu setelah pengeringan.
F.Kadar air akhir, penentuan kadar air
kayu yang dikeringkan tergantung pada tujuan pengeringan dan tujuan penggunaan
kayu tersebut.
G.
Penyimpanan kayu gergajian, sifat higroskopis kayu tidak tergantung
pada metode pengeringan udara maupun pengeringan dengan kiln. Kayu kering bisa
menyerap air lagi. Untuk itu kayu yang sudah dikeringkan perlu disimpan pada
kondisi dimana tempat penyimpanan tersebut dapat menahan kayu untuk menyerap
air. Kayu kering disimpan tanpa menggunakan stiker (ganjal), dimana suhu dan kelembaban relatif terus dijaga
dimana kayu tidak akan lagi menyerap air dan diusahakan seimbang kadar air kayu
dengan kondisi di ruangan.
Metode
pengeringan yang lain
A. Pengeringan dengan energi
matahari, metode ini lebih cepat dibanding pengeringan udara. Ada 2 tipe : greenhouse dan solar collector. Solar collector dengan cara mengumpulkan panas
dari matahari yang ditransfer kedalam kiln pengering. Sedangkan pada greenhouse
pelaksanaannya lebih sederhana dibanding dengan kiln-drying, dan kadar air kayu
dapat direduksi sampai dengan KA 7% dibanding dengan pengeringan udara.
B. Pengeringan dengan dehumidifikasi,
Air yang dikeluarkan dari kayu tidak dipindahkan dari kiln dalam bentuk uap
air, seperti pada pengeringan kiln-konvensional, tetapi dikondensasikan dan
dipindahkan sebagai cairan.
C. Pengeringan temperatur tinggi,
pengeringan ini mempunyai keuntungan dapat mengeringkan secara cepat, tetapi
masih punya kelmahan antara lain membutuhkan kiln khusus (metal atau berlapis
aluminium), juga tidak efektif pada kayu yang mempunyai kadar air tinggi.
Pengeringan metode ini juga menyebabkan warna kayu menjadi gelap, keluarnya
resin ke permukaan kayu, dan lepasnya mata kayu. Kerugian yang lain dapat
menyebabkan menurunnya sifat kekuatan kayu (MOR,MOE, keuletan).
D. Pengeringan dengan peningkatan
temperatur secara kontinu, pengeringan dimulai pada suhu 60 oC dan perbedaan
bola basah dan bola kering tetap konstan, samapi dengan bola kering suhunya
menjadi 100 oC. Metode ini lebih cepat dibanding dengan metode temperatur
tinggi, lebih efektif, menghemat energi, dan meminimalkan cacat akibat
pengeringan.
E. Pengeringan kimia, metode ini
didasarkan pada penggunaan bahan kimia yang dapat mengikat air dan mengurangi
penyusustan. NaCl dan urea efektif digunakan untuk pengeringan, tetapi sangat
korosif terhadap metal. Metode ini memakan biaya besar, kayu yang sudah kering
dapat ”berkeringat” pada RH tinggi
(diatas 80 %), dan metode ini jarang digunakan. Metode menaburkan garam ( salt seasoning) untuk meningkatkan
permeabilitas kayu. Bahan kimia yang lain yang digunakan polyethylene glycol.
F. Pengeringan dengan penguapan,. Kayu ditempatkan pada
silinder tertutup (seperti pada pengawetan) pada suhu tinggi 100-200 oC dengan
dicampur uap organik dan terjadi kondensasi. Dua cairan ini tidak akan bisa
bercampur karena kerapatannya berbeda. Air dapat diukur dan dibuang, bahan
kimianya bisa dipakai kembali, terakhir dilakukan vakum untuk menghilangkan
bahan kimia yang diserap kayu. Keuntungan metode ini pengeringan cepat, tetapi
biaya tinggi dan membutuhkan energi besar.
G. Pengeringan dengan minyak
mendidih, metode ini biasanya dikombinasikan dengan perlakuan pengawetan pada
kayu yang mempunyai kadar air tinggi. Metode ini juga menggunakan suhu
tinggi dengan perlakuan vakum. Keuntungan dari metode ini adalah
perlakuan pengawetan dan pengeringan dapat bersamaan, sedangkan kerugiannya
adalah kayu bisa menjadi gelap, dan kadang-kadang pecah dan retak.
H. Pengeringan dengan pelarut, kayu
ditempatkan pada suatu ruangan kedap udara dan disemprotkan aseton panas (90
oC), setelah itu cairan (campuran aseton, air yang keluar dari kayu, dan zat
ekstraktif) dibuang, sementara udara bersirkulasi sampai dengan pengeringan
selesai. Setelah pengeringan selesai pelarut dapat didistilasi dan digunakan
kembali. Keuntungannya dapat mengeringkan kayu dengan cepat tetapi biaya
tinggi.
I. Pengeringan dengan elektrik
frekuensi tinggi, Kayu dipanaskan secara cepat dan merata. kayu diangkut dengan
conveyor dan melewati bidang listrik,
kayu kering secara bertahap. Keuntungan metode ini cepat, namun peralatannya
sangan mahal.
J. Metode lain, antara lain
menggunakan ruang hampa, tempat yang berputar (centrifuging), dan radiasi
ultraviolet. Vacuum-drying
mengeluarkan kadar air pada suhu dibawah mendekati 100 oC dan berlahan
dinaikkan sampai dengan suhu tinggi mancapai diatas 100 oC.metode ini
dikombinasikan dengan frekwensi tinggi tetapi tidak ekonomis. Pada
centrifuging, kayu diletakkkan pada tempat yang berputas dimana suhu dan RH
dikontrol. Metode ini cepat, ekonomis, tanpa cacat, tetapi hanya sebatas teori,
tanpa ada aplikasinya. Radiasi
ultraviolet sangat jarang diaplikasikan dan tidak ekonomis, pengeringan dengan
microwave juga sudah di applikasikan.
Steaming
Steam (uap) digunakan dalam kiln
pengeringan untuk mengendalikan kelembaban relatif dalam ruang pengering yang
bertujuan untuk mencegah cacat kayu. Steaming juga dimanfaatkan untuk hal yang
lain, seperti merubah warna alami kayu, atau persiapan untuk produksi veneer
dan steaming untuk membengkokkan kayu.
Cacat
Kayu Akibat Pengeringan
1. Kerusakan karena Penyusutan
Kayu yang menyusut jika dikeringkan
akan menyebabkan terjadinya beberapa kerusakan. Selama tahap awal pengeringan,
lapisan luar ( outer shell) kayu kehilangan air dan ketika
mencapai titik jenuh serat (TJS), lapisan permukaan mulai menyusut. Jika
lapisan dalam ( inner core) lebih
padat, dengan catatan masih di atas titik jenuh serat, maka core akan menahan penyusutan lapisan
luar. Laju penyusutan relatif terhadap ketebalan, menghasilkan gaya tarik ( tensile stress) pada bagian luar dan
berakibat pada gaya tekan ( compression
stress) pada bagian dalam. Gaya tarik lapisan luar, bisa sangat besar
sehingga melebihi batas elastis pada arah tegak lurus serat dan menjadi bentuk
yang permanen. Pada beberapa kasus, gaya bisa lebih besar dari kekuatan
maksimum dan menyebabkan retak.
Selama proses pengeringan, lapisan
dalam mulai mencapai keadaan di bawah titik jenuh serat dan menyusut,
mengakhiri tahap pengeringan yang kedua. Gaya tarik yang terbentuk selama tahap
pengeringan yang pertama, memberikan pengaruh besar karena menahan penyusutan
lapisan dalam. Hal ini menyebabkan kembalinya stress ( stress reversal),
yaitu lapisan luar mengalami gaya tekan dan lapisan dalam mengalami gaya tarik.
Gaya tekan pada permukaan biasanya
terjadi dekat pada retak permukaan sehingga mudah terlihat
selama tahap awal pengeringan, menimbulkan kesan bahwa kayu tersebut sudah
tidak dapat dipergunakan. Jika
gaya tarik pada lapisan dalam lebih besar dari gaya tarik pada arah tegak lurus
serat maka akan terjadi internal rupture,
namun tidak dapat terlihat pada permukaan.Ketika proses pengeringan selesai, papan masih dalam keadaan
tegangan yang belum konstan, lapisan
luar mengalami gaya tekan dan lapisan dalam mengalami gaya tarik. Kondisi ini
biasanya berakhir dengan terjadinya kekerasan. Pada beberapa kasus tidak
menimbulkan masalah, kecuali jika pada papan terjadi ketidakseimbangan tegangan
antara tebal dan lebar, yang dapat menyebabkan penyimpangan. Dengan kondisi
pengeringan kilang yang terkendali, kondisi stress
ini dapat dihilangkan.
Pada tahap akhir pengeringan, panas
diberikan pada waktu singkat dengan kondisi kelembaban relatif yang tinggi akan
mendorong terbentuknya gaya tekan pada lapisan luar. Jika gaya tekan akhir ini
sama dengan gaya tarik awal, semua tegangan dapat dihilangkan dan akhirnya kayu
gergajian bebas dari tegangan. Perlakuan ini disebut dengan conditioning. Namun jika waktu conditioning terlalu lama, stress dapat kembali dan kayu gergajian
secara permanen akan berada pada kondisi reverse-case-hardened
yang tidak diinginkan.
Jenis cacat karena penyusutan, adalah
sebagai berikut :
a. Retak ujung dan permukaan ( end and surface checks)
Hal ini terjadi
karena pada saat permukaan kayu mengering, bagian luar kayu mulai menyusut,
tetapi bagian dalam kayu masih basah. Akibatnya terjadi tegangan dan retak
pada permukaan dan ujung kayu. Cara pencegahannya adalah dengan
mengoleskan oli, resin, urea atau polyetilen glikol (PEG) pada ujung kayu. Pada
tahap awal pengeringan digunakan temperatur rendah, kemudian dinaikkan secara
perlahan.
b. Case hardening
Case
hardening disebabkan oleh tingginya kadar air dalam kayu sebelum mulai dikeringkan
dan sangat cepatnya proses pengeringan.Proses evaporasi dalam inti kayu
terhambat karena sel permukaan kayu yang kering menghalangi keluarnya air dari
sel bagian dalam kayu ke permukaan. Permukaan kayu akan mengeras dan kedap.
c. Retak dalam ( honey
combing)
Cacat retak dalam adalah cacat yang
diakibatkan oleh kesalahan pengendalian mesin pengering dan merupakan
kelanjutan dari cacat c ase hardening kayu.
d. Perubahan bentuk ( distorsi)
Perubahan bentuk yang mungkin terjadi
adalah melengkung
( bowing),
mencawan ( cupping), dan memuntir ( twisting). Perubahan bentuk ini
disebabkan oleh tidak meratanya persentase penyusutan bagian-bagian kayu.
2. Kerusakan karena kandungan
ekstraktif
Ekstraktif kayu dapat menyebabkan
warna yang tidak diharapkan ( discolouration)
pada permukaan kayu karena perubahan konsentrasi ekstraktif ataupun perubahan
kimiawi ekstraktif (polimerisasi ekstraktif) selama pengeringan. S ebagai
contoh warna gelap pada bagian kayu yang disanggah selama pengeringan.
3. Kerusakan karena Jamur
Blue
stain, decay dan mold dapat
berkembang pada kayu gergajian, selama menunggu proses pengeringan atau pada
kondisi pengeringan tertentu. Kayu gubal pada kebanyakan jenis kayu, lebih
mudah diserang jamur daripada kayu terasnya karena kandungan ekstraktifnya
lebih sedikit. Kerusakan
karena jamur terjadi sebelum pengeringan, ketika kayu dalam kondisi di atas
titik jenuh serat dan jamur mendapat makanan, air, oksigen dan suhu yang
sesuai. Kerusakan ini dapat dicegah dengan pengeringan kilang atau pengeringan
udara yang dipercepat, khususnya pengeringan pada permukaan, ataupun
menggunakan cairan kimia antifungal.