PENGERINGAN KAYU

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.