5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sifat Umum Kayu 2.1.1 Pengertian
advertisement
5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sifat Umum Kayu 2.1.1 Pengertian Kayu Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam, merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kebutuhan. Pengertian kayu disini adalah sesuatu bahan yang diperoleh dari hasil pemungutan pohon-pohon di hutan, yang merupakan bagian dari pohon tersebut, setelah diperhitungkn bagianbagian mana yang lebih banyak dapat dimanfaatkan untuk sesuatu tujuan penggunaan dalam bentuk kayu pertukangan, kayu industri maupun kayu bakar. 2.1.2 Bagian Kayu 1. Kulit Gambar 2.1. Bagian-bagian kayu (Dumandauw J.F, 1982) 6 Kulit terdapat pada bagian terluar. Ada dua bagian yaitu : Kulit bagian luar yang mati, mempunyai ketebalan yang bervariasi menurut jenis pohon. Kulit bagian dalam yang bersifat hidup dan tipis. Kulit berfungsi sebagai pelindung bagian-bagian yang terdalam, terhadap kemungkinan pengaruh dari luar yang bersifat merusak, misalnya iklim, serangan serangga, hama, kebakaran serta perusak-perusak kayu lainnya. Selain itu berfungsi sebagai jalan bahan makanan dari daun ke bagian-bagian tanaman. 2. Kambium Kambium merupakan jaringan yang lapisannya tipis dan bening. Pertumbuhan kambium mlingkari kayu, ke arah luar membentuk kulit baru menggantikan kulit lama yang telah rusak dan ke arah dalam membentuk kayu yang baru. Pertumbuhan kambium ke arah luar mengakibatkan pohon lambat laun bertambah besar. Gambar 2.2. Letak Kambium (Dumandauw J.F, 1982) 3. Kayu gubal Bagian kayu yang masih muda terdiri dari sel-sel yang masih hidup, terletak di sebelah dalam kambium dan berfungsi sebagai penyalur cairan dan tempat penimbunan zat-zat makanan. Tebal lapisan kayu gubal bervariasi menurut jenis pohon. Pohon yang tumbuh cepat mempunyai lapisan kayu gubal lebih tebal dibandingkan dengan kayu terasnya. Kayu gubal biasanya mempunyai warna terang. 7 4. Kayu Teras Kayu teras terdiri dari sel-sel yang dibentuk melalui perubahan-perubahan sel hidup pada lingkaran kayu gubal bagian dalam, disebabkan terhentinya fungsi sebagai penyalur cairan dan lain-lain proses kehidupan. Ruang dalam kayu teras dapat mengandung berbagai macam zat yang member warna lebih gelap. Pohon jenis tertentu kayu teras banyak mengandung bahan-bahan ekstraktif yang memberi keawetan dan membuat lebih berat pada kayu, tetapi tidak semua jenis kayu yang memiliki zat ekstraktif sudah dapat dipastikan keawetannya. 5. Hati Hati merupakan bagian kayu yang terletak pada pusat lingkaran tahun (tidak mutlak pada pusat bontos). Hati berasal dari kayu awal, yaitu bagian kayu yang pertama kali dibentuk oleh kambium. Hati mempunyai sifat rapuh atau sifat lunak. 6. Lingkaran tahun Lingkaran tahun tumbuh antara kayu yang terbentuk pada permulaan dan pada akhir suatu musim. Lingkaran-lingkaran tahun ini menunjukkan umur pohon, apabila pertumbuhan diameter membesar terganggu oleh musim kering karena penguuguran daun, ataupun serangan serangga/hama, maka lingkaran tahun dapat terdiri lebih dari satu lingkaran tahun (lingkaran tumbuh) dalam satu musim yang sama. Lingkaran tahun dapat mudah dilihat pada beberapa jenis kayu daun lebar. Pada pohon jenisjenis tertentu, lingkaran tahun ada kalanya sulit dibedakan terutama di daerah tropik, karena pertumbuhan praktis berlangsung sepanjang tahun. 7. Jari-jari Jari-jari dari luar ke dalam berpusat pada sumbu batang, berfungsi sebagai tempat saluran bahan makanan yang mudah diproses di daun guna pertumbuhan pohon. 2.1.3 Sifat Fisik Kayu Sifat fisik kayu tergolong dalam beberapa hal adalah : berat jenis, keawetan alami, warna, higroskopik, berat, kekerasan dan lain-lain : 8 1. Berat jenis Kayu memiliki berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara minimum 0,20 (ky. Balsa) hingga BJ 1,28 (ky. Nani) (Damandauw JF, 1982). Berat jenis merupakan petunjuk penting bagi aneka sifat kayu. Makin berat kayu itu, umumnya makin kuat pula kayunya, semakin ringan suatu jenis kayu, akan berkurang pula kekuatannya. Berat jenis ditentukan antara lain oleh tebal dinding sel, kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. Berat jenis diperoleh dari perbandingan antara berat suatu volume kayu tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standar. Berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu kering tanur atau kering udara dan volume kayu pada posisi kadar air tersebut. 2. Keawetan Alami Kayu Keawetan kayu alami ialah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti : jamur, rayap, bubuk, cacing laut dan makhluk lainnya yang diukur dengan jangka waktu tahunan. Keawetan kayu tersebut disebabkan oleh adanya suatu zat di dalam kayu (zat ekstraktif) yang merupakan sebagian unsur racun bagi perusak-perusak kayu, sehingga perusak itu tidak sampai masuk dan tinggal di dalamnya serta merusak kayu. Misalnya kayu jati memiliki tectoquinon, kayu ulin memiliki silica dan lain-lain. 3. Warna Kayu Warna kayu ada beraneka macam, antara lain warna kuning, keputih-putihan, coklat muda, coklat tua, kehitam-hitaman, kemerah-merahandan lain sebagainya. Warna kayu ini disebabkan oleh zat-zat pengisi warna dalam kayu yang berbedabeda. Warna suatu jenis kayu dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut : tempat di dalam batang, umur pohon, kelembaban udara. Kayu yang kering berbeda pula warnanya dari kayu yang basah. Kayu yang lama berada diluar dapat lebih gelap, dapat juga lebih pucat dari pada kayu yang segar dan kering udara. Warna sesuatu jenis kayu bukanlah warna yang murni, tetapi warna campuran beberapa jenis warnawarna lain yang sukar dipisahkan, contoh : kayu yang berwarna putih misalnya jelutung, yang berwarna merah misalnya kempas, renghas dan lain sebagainya. 9 4. Higroskopik Kayu mempunyai sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskan air atau kelembaban. Sifat higroskopik merupakan suatu petunjuk bahwa kelembaban kayu sangat dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu udara pada suatu saat, makin lembab udara disekitarnya akan makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya. Kandungan air pada kayu serupa ini dinamakan kandungan air keseimbangan (EMC = Equilibrium Moisture Content). Masuknya air kedalam kayu menyebabkan berat kayu akan bertambah. 5. Tekstur Tekstur ialah ukuran relative sel-sel kayu. Sel kayu ialah serat-serat kayu, sehingga dapat dikatakan tekstur ialah ukuran relatif serat-serat kayu. Kayu berdasarkan teksturnya dapat digolongklan ke dalam : a) Kayu bertekstur halus, contoh : giam, lara, kulim dan lain lain. b) Kayu bertekstur sedang, contoh : jati, sonokeling dan lain lain. c) Kayu bertekstur kasar, contoh : kempas, meranti dan lain lain. 6. Serat Serat kayu ini berhubungan dengan sifat kayu yang menunjukkan arah sel-sel kayu di dalam kayu terhadap sumbu batang pohon. Arah serat dapat ditentukan oleh arah alur-alur yang terdapat pada permukaan kayu. Kayu dikatakan berserat lurus, jika arah sel-sel kayunya sejajar dengan sumbu batang, sedangkan arah sel-sel itu menyimpang atau membentuk sudut terhadap sumbu panajang batang, dikatakan kayu itu berserat moncong. Serat moncong dapat dibagi lagi menjadi : a) Serat berpadu : bila batang kayu terdiri dari lapisan-lapisan yang berselangseling, menyimpang ke kiri kemudian ke kanan terhadap sumbu batang, contoh kayu : kulim, renghas, kapur. b) Serat berombak : serat-serat kayu yang membentuk gambaran berombak, contoh kayu : merbau dan lain lain. c) Serat terpilin : serat-serat kayu yang membuat gambaran terpilin (puntiran), seolah-olah batang kayu dipilin mengelilingi sumbu, contoh : bintangur, damar dan lain lain. 10 d) Serat diagonal : yaitu serat yang terdapat pada potongan kayu atau papan, yang digergaji sedemikian rupa sehingga tepinya tidak sejajar arah sumbu, tetapi membentuk sudut dengan sumbu. Gambar 2.3. Macam-macam Serat (Damandauw J.F, 1982) 7. Berat Kayu Berat suatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun, ronggarongga sel atau jumlah pori-pori, kadar air yang terkandung dan zat-zat ekstraktif di dalamnya. Berat suatu jenis kayu ditunjukkan dengan besarnya berat jenis kayu yang bersangkutan, dan dipakai sebagai standar berat kayu. Kayu berdasarkan berat jenisnya digolongkan kedalam kelas-kelas sebagai berikut : Tabel. 2.1. Penggolongan Berat Jenis Kayu Kelas Berat Kayu a. Sangat berat Berat Jenis Lebih besar dari 0,90 b. Berat 0,70 – 0,90 c. Agak berat 0,60 – 0,75 d. Ringan Lebih kecil dari 0,60 (Sumber : Damandauw J.F, 1982) Jenis kayu yang termasuk dalam kelas sangat berat adalah giam,balau dan lain-lain. Masuk kelas berat misalnya kulim, sedangkan agak berat misalnya bintangur dan yang termasuk ringan misalnya pinus dan balsa. 11 8. Kekerasan Kekerasan berhubungan langsung dengan kekerasan kayu dan serat kayu. Kayu-kayu yang keras juga termasuk kayu-kayu yang berat, sebaliknya kayu ringan adalah juga kayu yang lunak. Jenis-jenis kayu berdasarkan kekerasannya digolongkan sebagai berikut : a) Kayu sangat keras, contoh : balau, giam, dan lain-lain. b) Kayu keras, contoh : kulim, pilang dan lain-lain. c) Kayu sedang kekerasannya, contoh : mahoni, meranti, dan lain-lain. d) Kayu lunak, contoh : pinus, balsa, dan lain-lain. Cara menetapkan kekerasan kayu ialah dengan memotong kayu tersebut arah melintang dan mencatat atau menilai kesan perlawanan oleh kayu itu pada saatpemotongan dan kilapnya bidang potongan yang dihasilkan. Kayu yang sangat keras akan sulit dipotong melintang dengan pisau. Pisau tersebut akan meleset dan hasil potongannya akan memberi tanda kilauan pada kayu. Kayu yang lunak akan mudah rusak, dan hasil potongan melintangnya akan memberikan hasil yang kasar dan suram. 2.1.4 Sifat Mekanik Kayu Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar. Muatan dari luar ialah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda. Kekuatan kayu memegang peranan penting dalam penggunaanya. 2.1.5 Sifat Kimia Kayu Komponen kimia dalam kayu mempunyai arti yang paling penting, karena menentukan kegunaan suatu jenis kayu, dengan mengetahuinya kita dapat membedakan jenis-jenis kayu. Susunan kimia kayu digunakan sebagai pengenal ketahanan kayu terhadap serangan makhluk perusak kayu, selain itu dapat pula menentukan pengerjaan dan pengolahan kayu yang optimal. Komponen kimia kayu terdiri dari 3 unsur : a) Unsur karbohidrat terdiri dari selulosa dan hemiselulosa. b) Unsur non- karbohidrat terdiri dari lignin. 12 c) Unsur yang diendapkan dalam kayu selama proses pertumbuhan dinamakan zat ekstraktif. Distribusi komponen kimia tersebut dalam dinding sel kayu tidak merata. Kadar selulosa dan hemiselulosa banyak terdapat dalam dinding sekunder, sedangkan lignin banyak terdapat dalam dinding primer dan lamella tengah. Zat ekstraktif terdapat diluar dinding sel kayu. Komposisi unsur-unsur kimia dalam kayu adalah : a) Karbon 50% b) Hydrogen 6% c) Nitrogen 0,04 – 0,10% d) Abu 0,20 – 0,50% e) Sisanya adalah Oksigen. Komponen kimia kayu sangat bervariasi karena dipengaruhi oleh faktor tempat tumbuh, iklim dan letaknya di dalam batang atau cabang. Tabel .2.2. Komponen kimia pada kayu Komponen kimia Kanndungan dalam Selulosa 40 – 45 Lignin 18 – 33 Pentosan 21 – 24 Zat ekstraktif 1 – 12 Abu 0,22 – 6 (Sumber : Damandauw J.F, 1982) 1. Selulosa Selulosa adalah bahan kristalin untuk membangun dinding-dinding sel. Bahan dasar selulosa ialah glikosa, gula bermartabat enam, dengan rumus C6H12O6. Molekul-molekul glukosa disambung mejadi molekul-molekul besar, panjang dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi glukosa. Selulosa merupakan bahan dasar yang penting bagi industri-industri yang memakai selulosa sebagai bahan baku, missal : pabrik kertas, pabrik sutera, dan lain sebagainya. 13 2. Lignin Lignin merupakan bagian yang bukan karbohidrat, sebagai persenyawaan kimia yang jauh dari sederhana, tidak berstruktur, bentuknya amorf. Dinding sel tersusun oleh suatu rangka molekul selulosa, antara lain terdapat pula lignin. Kedua bagian ini merupakan suatu kesatuan yang erat, yang menyebabkan dinding sel menjadi kuat menyerupai beton bertulang besi. Selulosa laksana batang-batang besi dan lignin sebagai semen betonnya. Lignin terletak terutama dalam lamella tengah dan dinding primer. Kadar lignin dalam kayu gubal lebih tinggi dari pada dalam kayu teras (kadar selulosa sebaliknya). 3. Hemiselulosa Kayu masih mengandung zat lain sampai 15 – 25% (Damanauw J.F,1982), antara lain hemiselulosa yaitu semacam selulosa berupa persenyawaan dengan molekul-molekul besar yang bersifat karbohidrat. Hemiselulosa dapat tersusun oleh gula yang bermartabat lima dengan rumus C5H10O5 disebut pentosan atau gula bermartabat enam C6H12O6 disebut hexosan. Zat-zat ini terdapat sebagai bahan bangunan dinding sel dan juga sebagai bahan zat cadangan. 4. Zat ekstraktif Zat ekstraktif adalah zat yang mudah larut dalam pelarut seperti : eter, alcohol, bensin dan air. Jumlah zat ekstraktif rata-rata 3-8% (Damandauw J.F, 1982), dari berat kayu karing tanur. Termasuk di dalamnya minyak-minyakan, resin, lilin, lemak, tannin, gula, pati dan zat warna. Zat ekstraktif tidak merupakan bagian struktur dinding sel, tetapi terdapat dalam rongga sel. Zat ekstraktif memiliki arti yang penting dalam kayu karena : a) Dapat mempengaruhi sifat keawetan, warna, baud dan rasa suatu jenis kayu. b) Dapat digunakan untuk mengenal suatu jenis kayu. c) Dapat digunakan sebagai bahan industri. d) Dapat menyulitkan dalam pengerjaan dan mengakibatkan kerusakan pada alat-alat pertukangan. 14 5. Abu Abu merupakan persenyawaan-persenyawaan organik di dalam kayu, terdiri dari mineral pembentuk abu yang tertinggal setelah lignin dan selulosa habis terbakar. Kadar zat ini bervariasi antara 0,2 – 1% dari berat kayu (Damandauw J.F, 1982). 2.2 Sistem Pengering Kayu Konvensional Sistem pengering kayu konvensional paling banyak digunakan dalam industri kayu, karena system ini dinilai paling mudah dan murah dalam pengoperasiannya. Pengering kayu konvensional terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian oven (kiln drier) dan bagian pembangkit energi panas. Bagian-bagian oven konvensional antara lain : 2.2.1 Konstruksi Oven (Kiln Building) Konstruksi kerangka oven ini menggunakan plat baja sebagai kerangka dan atap, lantai serta dinding menggunakan plat aluminium. Konstruksi tidak harus menggunakan batu tahan api, yang penting mampu mengisolasi energi panas agar tidak cepat keluar, sehingga kayu akan mampu menyerap panas lebih banyak. 2.2.2 Plafon Antara (Sub Celling) Plafon antara digunakan untuk mengarahakan aliran sirkulasi udara dalam oven, sehingga dapat terbentuk suatu tekanan gerak udara yang terarah, merata dan tidak menyebar. Plafon ini biasanya terbuat dari aluminium dengan permukaan bagian atasnya yang licin, agar hambatan udara menjadi lebih kecil. 2.2.3 Cerobong Buang (Dumfer) Ceroboong ini digunakan untuk membuang udara lembab dari dalam oven, sehingga kelembaban udara di dalam oven dapat dikendalikan. Pembuangan udara ini terjadi apabila udara dan kayu telah mencapai kadar air yang seimbang atau pada batas-batas tertentu yang di tetapkan. 15 2.2.4 Bagian Pembangkit Panas Pembangkit panas terdiri dari ruang bakar yang akan di isi oleh kayu limbah produksi sebagai pembangkit panas. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada sistem pemasok bahan bakar : a) Kelangsungan pembakaran bergantung pada jumlah bahan bakar yang dimasukkan dan kelangsungan masukan itu sendiri. b) Perubahan jumlah bahan bakar yang dibakar dalam tungku akan mempengaruhi temperature tungku dan pada akhirnya akan mempengaruhi temperatur pengeringan. c) Perubahan-perubahan temperatur dalam tungku yang terlalu besar akan merusak atau mengurangi umur pakai dapur itu sendiri, diharapkan selalu ada pembakaran setiap hari. d) Sistem pengaman pada sistem pemasok bahan bakar harus bekerja sempurna. Penambahan air atau zat cair lain pada zat dinding sel akan menyebabkan jaringan mikrofibril mengembang, keadaan ini berlangsung sampai titik jenuh serat tercapai. Dalam proses ini kayu dikatakan mengembang atau memuai. Penambahan air seterusnya pada kayu tidak akan mempengaruhi perubahan volume dinding sel, sebab air yang ditambahkan di atas titik jenuh serat akan di tampung dalam rongga sel, sebaliknya jika air dalam kayu dengan kadar air maksimum dikurangi, maka pengurangan air pertama-tama akan terjadi pada air bebas dalam rongga sel sampai mencapai titik jenuh serat. Pengurangan air selanjutnya di bawah titik jenuh serat akan menyebabkan dinding sel kayu itu menyusut atau mengerut. Dalam hal ini dikatakan kayu itu mengalami penyusutan atau pengerutan. Perubahan dimensi dinyatakan dalam persen dari dimensi maksimum kayu itu. Dimensi maksimum adalah dimensi sebelum ada penyusutan. Maka pengembangan dan penyusutan umumnya dinyatakan dalam persen dari volume atau ukuran kayu dalam keadaan basah atau diatas titik jenuh serat. Penyusutan ( % ) = x 100 %.........................(2.1) Oleh karena itu besarnya perubahan dimensi yang mungkin terjadi pada sepotong kayu waktu dikeringkan dari kadaan basah perlu dipertimbangkan dalam 16 pengerjaan dan penggunaan kayu. Sebab banyak jenis kayu memiliki angka penyusutan yang tinggi, jika kayu tersebut menjadi kering. Dalam penggunaan kayu dituntut syarat kestabilan dimensi kayu. Perubahan dimensi kayu tidak sama dalam ketiga arah longitudinal, tangensial, dan radial. Dengan perkataan lain kayu memiliki sifat anistropi. Perubahan dimensi meliputi pengembangan dan penyusutan. Masingmasing sama pentingnya, tetapi umumnya perhatian lebih besar ditunjukkan kepada penyusutan dalam penggunaan kayu tersebut. Kayu menyusut lebih banyak dalam arah lingkaran tumbuh (tangensial), agak kurang kearah melintang lingkaran tumbuh (radial) dan sedikit sekali dalam arah sepanjang serat (longitudinal). Untuk perubahan dimensi dalam arah longitudinal berkisar 0,1 - 0,2 %, dalam arah radial angka penyusutan bervariasi antara 2,1 – 8,5 %, sedangkan dalam arah tangensial angka penyusutan lebih kurang 2 kali angka penyusutan radial bervariasi antara 4,3 – 14 %. (A. Dadong Budianto, hal 64). Salah satu usaha untuk mencegah dan membatasi penyusutan kayu ialah dengan membuat kadar air kayu sekecil mungkin, atau pada keadaan kadar air keseimbangan, dengan cara sebagai berikut : a) Menjamin kestabilan dimensi kayu. Sebab dibawah titik jenuh serat, perubahan kadar air dapat mengakibatkan kembang susut pada kayu. Sebaliknya bila kayu dikeringkan sampai mendekati kadar air lingkungan, maka sifat kembang susut ini akan dapat teratasi , bahkan dapat diabaikan. b) Menambah kekuatan kayu. Makin rendah kadar air kayu yang dikandung, akan semakin kuat kayu tersebut. c) Membuat kayu semakin ringan. Dengan demikian ongkos angkutan berkurang. d) Mencegah serangan jamur dan bubuk kayu. Sebab umumnya jasad renik perusak kayu atau jamur tak dapat hidup dibawah persentase kadar air ± 20 %. (A. Dodong Budianto. Hal 65). e) Memudahkan pengerjaan selanjutnya, antara lain : pengetaman, perekatan, finising, pengawetan serta proses-proses kelanjutan lainnya. 17 2.3 Kayu Sebagai Bahan Bakar Bahan bakar minyak merupakan sumber energi utama di dunia saat ini. Sifat- sifat bahan bakar minyak seperti kalor yang di hasilkan, dan kecepatan reaksinya menyebabkan bahan bakar ini memang sangat ideal sebagai sumber energi, namun karena ketersediaannya sangat terbatas maka bahan bakar ini menimbulkan potensi terjadinya krisis energi. Kayu merupakan salah satu bahan bakar alternative saat ini, penggunaan kayu sebagai bahan bakar sebenarnya sudah dimulai sejak dahulu. Gambar 2.4. Kayu sebagai bahan bakar 2.3.1 Properti Kayu Sebagai Bahan Bakar 1. Aspek Umum Kandunga zat di dalam kayu akan mempengaruhi karakteristik sifat kayu sebagai bahan bakar. Karakter sifat itu meliputi nilai pembakaran, komposisi kimia, elemen yang terkandung dalam kayu seperti chlorine (CI), carbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), dan sulphur (S), kandungan moisture, berat jenis, kekerasan, jumlah volatile matters, jumlah karbon padat, kandungan abu dan komposisinya, sifat lebur abu, sifat terak abu, jumlah kotoran, dan debu. Serpihan bahan bakar kayu dapat dibuat dari berbagai jenis kayu yang berbeda-beda dengan proporsi yang berbedabeda pula, mulai dari kayu, kulit, daun, ranting, pucuk dan yang lainnya. Proporsi yang berbeda-beda itu disebut variasi sifat bahan bakar. Kurang lebih setengah kandungan zat di dalam pohon yang masih segar adalah air, setengahnya lagi terdiri atas dry matter, dimana 85 % terdiri atas volatille 18 matters, 14,5 % adalah karbon padat, dan 0,5 % adalah abu (John Vos, 2004). Kandungan nitrogen dalam kayu rata-rata 0,75 %, tetapi antara pohon yang satu dengan yang lain memiliki kandungan yang berbeda. Gambar 2.5. Kandungan kimia rata-rata pada kayu Sumber: Wood Energy Brochure (www.Btgworld.com, 2004) Sifat pengeringan untuk bahan bakar akan berbeda tergantung proporsi elemenelemen yang terkandung di dalamnya. Karbon dan hydrogen meningkatkan nilai pembakaran, dimana tingginya sama dengan oksigen dalam kayu menurunkannya. Jika dibandingkan dengan kebanyakan bahan bakar yang lainnya, kayu memiliki kandungan karbon yang lebih rendah (50 % berat kering) dan kandungan oksigen tinggi (40%), nilai persamaan rendah per berat keringnya.kayu kering dan batangnya juga mengandung abu yang sedikit, 1 m3 bahan bakar kayu menghasilkan rata-rata hanya 3-5 kg abu bersih. Combustible bahan bakar padat dapat dikelompokkan dalam dua grup volatile matter dan komponen yang terbakar seperti karbon padat. Delapan puluh persen (80%) energi yang dihasilkan dari mpembakaran kayu berasal dari pembakaran volatile matter atau gas dan (20 %) dari pembakaran karbon padat. 2.3.2 Properti Rata-Rata Bahan Bakar Kayu Sifat-sifat bahan bakar kayu tersebut meliputi hal-hal dibawah ini : a) Kandungan moisture b) Density 19 c) Heating value d) Distribusi ukuran partikel e) Kandungan debu dan sifat f) Jumlah komposisi kimia volatile Sifat-sifat bahan bakar di atas perlu diketahui untuk menentukan karakteristik kayu seara lebih spesifik. Sifat-sifat itu lebih ditekankan untuk serpihan kayu. Kandungan moistur memiliki pengaruh yang sangat signifikan pada nilai lower heating saat membutuhkan energi untuk menguapkan air. Kandungan moisture kayu yang masih segar bervariasi dari 50 - 60 % dari berat total massa serpihan kayu, hal ini dipengaruhi beberapa hal diantaranya kondisi iklim, umur kayu, jenis kayu, waktu penyimpanan. Gambar 2.6. Pengaruh kandungan moisture terhadap heating value kayu Keterangan: garis merah = LHV, garis biru = HHV Sumber: Wood EnergyBrochure, (www.Btgworld.com, 2004) 2.4 Proses Pengeringan Kayu Secara Umum 2.4.1 Pemanasan Awal (Preheating) Kadar air kayu di atas titik jenuh serat mempunyai kandungan air lebih dari 30%. Atau kayu yang akan melalui proses pengeringan buatan mempunyai kadar air kira-kira 70% - 40%, sedangkan kadar air rata-rata berkisar antara 50% - 60%. Pada tahap pemanasan awal, kayu dibasahi terdahulu dengan jalan menyemprotkan air kedalam oven dan temperatur diatur agak panas, kira – kira 350 - 20 400 C. air akan menguap dan membentuk kabut uap air yang pekat sehingga udara akan menjadi berkelembaban tinggi. Permukaan kayu akan menjadi basah sehingga tegangan dalam kayu akan mengendur. Proses ini dapat menghilangkan perbedaan tegangan dalam kayu yang timbul pada saat pengeringan alami. Tujuan proses pemanasan awal adalah : a) Menyamakan kadar air awal kayu agar dapat diproses dalam tahapan proses yang sama. b) Menhilangkan tegangan – tegangan dalam kayu selama kayu ditimbun atau dikeringkan secara alami (air dryer). Lama proses pemanasan awal berkisar antara 2 sampai 12 jam, bergantung pada jenis kayu dan tebal kayu. Kayu yang berwarna terang dan mudah terserang jamur atau kayu yang mempunyai zat ekstraktif minyak, sebaiknya tidak disemprot dengan air, cukup dengan pengondisian temperatur awal yang rendah 300 C . 2.4.2 Tahap Pengeringan Sampai Titik Jenuh Serat Titik jenuh serat berkisar antara 21% - 30%, bergantung pada jenis kayu yang di keringkan. Kayu dikeringkan mulai dari kadar air 50% - 60% menjadi 21% - 30%. Dengan demikian, nilai gradien pengeringannya sangat tinggi dan mempunyai resiko terjadinya tegangan dalam kayu karena air inti kayu yang terblokir tidak dapat keluar. penggunaan temperature tinggi harus dihindarkan. Kipas-kipas udara untuk mensirkulasikan udara dalam oven harus dimanfaatkan. Temperature maksimal yang digunakan hendaknya berkisar 40 0 – 55 0 C. Tujuan proses ini adalah : a) Mengeluarkan kandungan air bebas dari dalam kayu sehingga kayu mencapai titik jenuh serat. b) Menghindarkan keluarnya zat ekstraktif yang dapat mengubah warna kayu. 2.4.3 Pengeringan Sampai Kadar Air Akhir Tahap pengeringan di bawah titik jenuh serat sangat riskan karena pada tahap ini, kayu mulai melepaskan kandungan air terikatnya. Bila kandungan air terikat dalam dinding sel mulai terevaporasi, kayu pun akan bergerak menyusut. 21 Saat kayu menyusut yang harus diwaspadai adalah perubahan bentuk. Proses evaporasi harus dikendlalikan agar tetap merata pada keseluruhan permukaan kayu sehingga tidak terjadi perbedaan ketegangan dalam kayu. Temperatur dan kelembaban relativ dikendalikan dengan gradien pengeringan yang tidak terlalu besar. Kadar air 21% - 31% harus dapat diturunkan lagi sampai kadar air akhir 6% - 8%, sesuai dengan kebutuhan. Temperatur yang digunakan untuk kayu yang mempunyai kandungan zat ekstraktif, sebaiknya antara 550-600, untuk menghindarkan noda-noda warna atau perubahan warna kayu. Pada kayu normal temperatur diprogramkan mulai dari 550 C sampai 700 atau 800 C. sedangkan pada kayu lunak (pinus, sengon) dapat diatur lebih tinggi lagi, 900 – 1200 C, untuk mempercepat proses pengeringan kayu (sistem pengeringan kayu temperature tinggi). Tujuan proses ini adalah : a) Mengeluarkan kandungan air terikat dalam dinding sel kayu sehingga kayu dapat dikeringkan sesuai dengan kebutuhan. b) Menhindarkan cacat-cacat akibat perubahan bentuk atau pecah-pecah. c) Menghindarkan keluarnya zat ekstraktif yang akan merusak warna kayu. 2.4.4 Tahap Pengkondisian Tahap ini adalah tahap penurunan sedikit persentase kadar air kayu di bawah target yang ditetapkan dengan cara sedikit menaikkan temperatur dan mengendalikan kelembaban relativ sedikit kering. Dengan demikian kadar air kayu maksimum adalah kadar air yang ditargetkan. Kayu yang kering akan mempunyai kadar air kayu lebih rendah dari target. 2.4.5 Penyamaan atau Pemerataan Kadar Air Kayu Tahap ini adalah penyemprotan air ke dalam oven sehingga permukaan kayu menjadi sedikit basah. Proses ini adalah untunk menghilangkan tegangan-tegangan dalam kayu akibat kurang meratanya kadar air dalam dan permukaan kayu. Pada akhir proses, kadar air permukaan kayu mencapai 5% - 6%, tetapi pada bagian inti kayu masih 8% . perbedaan 2% atau 1% dapat disamakan dengan cara 22 pembasahan (water spray) sehingga permukaan kayu juga mempunyai kadar air 8% . Tegangan dalam kayu akan terbebaskan. 2.4.6 Tahap Pendinginan Pendinginan adalah tahap penurunan temperatur perlahan-lahan dan penjagaan ketetapan sirkulasi udara dalam ruang oven. Kemudian pintu oven di buka sedikit sementara kipas sirkulasi tetap dijalankan. Kayu yang panas dapat pecah atau retak bila perubahan udara di sekelilingnya terlalu mendadak. Setelah proses pendinginan, sebaiknya kayu di diamkan ± 1 (satu) minggu sebelum proses produksi berikutnya. Tahap-tahap pengeringan kayu secara khusus harus menyesuaikan jenis kayu yang dikeringkan pada kelompok jenis kayu (drying group). Pengelompokan jenis kayu ini berbeda-beda menurut teknologi produsen alat control oven (electronic kiln controller). Jenis-jenis kayu dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga), 5 (lima) dan 7 (tujuh) kelompok proses pengeringan. Tetapi yang penting adalah gradient pengeringan dan jenis kayu itu sendiri. Makin tinggi nilai gradient pengeringan kayu, berarti kayu harus makin mudah dan cepat di keringkan. Bila nilai gradient kayu sangat rendah, berarti kayu tersebut tergolong sulit dan lama dikeringkan, berpori-pori kecil, serta mudah pecah. Contoh sistem pengering dengan pembagian 3 kelompok (dry group) : a) Kelompok I Kelompok ini meliputi jenis-jenis kayu yang sulit di keringkan dan harus menggunakan temperatur rendah serta nilai gradient pengeringan kecil, temperatur awal disarankan 400-500C dan temperatur maksimum adalah 600-650C, disesuaikan dengan jenis kayunya untuk menghindarkan cacat perubahan warna. Jenis kayu yang termasuk kelompok I adalah merbau, kruing, jati, eboni, meranti merah tua, dan meranti putih. b) Kelompok II Kelompok II mencakup jenis-jenis kayu yang sedikit mudah sampai mudah dikeringkan. Temperatur awal disarankan 500-550 C dan temperature maksimum akhir 650-700 C. jenis kayu yang termasuk kelompok ini adalah mahoni dan meranti merah muda. 23 c) Kelompok III Kelompok III adalah kelompok kayu yang mudah dikeringkan, dan memungkinkan penggunaan temperatur tinggi dan nilai gradien pengeringan lebih besar. Temperatur yang disarankan 550-650 C untuk awal dan akhir maksimum 700800 C. agar zat ekstraktif tidak keluar atau terjadi oksidasi, hindari penggunaan temperatur lebih dari 60 0 C pada awal proses. Jenis-jenis kayu yang termasuk kelompok ini, misalnya balsa, pinus, dan agathis. 2.5 Teori Dapur Pengering 2.5.1 Model Sistem Dapur Pengering 1. Teori dapur oven pengering kayu Tiap pembakaran kayu alam terbuka akan dihasilkan energy sebesar 90%. Tetapi hanya proporsi kecil, 10% sampai 40% (Baldwin and miniarski : 4). Energi yang dihasilkan kayu yang dapat diserap pada pembakaran dalam tungku atau dapur. Peningkatan efisiensi perapian diperlukan utuk mengurangi asap dan mengoptimalkan hasil pembakaran. Pengujian tungku yang seksama telah mengakibatkan pemahaman yang akurat bagaimana cara memperbaiki tungku. Tanpa percobaan dan pengujian, pengembangan tungku di dasarkan pada dugaan. Penyelidikan dengan seksama dapat cepat memisahkan kebenaran dari pendapat. 2. Mendesain suatu tungku yang meningkatkan perapian Mendesain tungku yang dapat meningkatkan perapian dapat diperoleh dengan cara : a) Meyakinkan bahwa ada pasokan udara yang baik dalam perapian. b) Batasi disekitar perapian untuk membantunya membakar lebih panas. c) Hindari penggunaan material yang dingin seperti tanah dan pasir disekitar rung perapian. d) Pastikan ada suplai udara pada bawah kayu yang terbakar. e) Suatu kelebihan jumlah tertentu udara adalah penting bagi perapian, karena akan membantu memelihara perapian yang bersih. 3. Meningkatkan efisiensi bahan bakar (mendapatkan panas lebih ke dalam ruang pengering) : 24 a) Tingkatkan temperatur gas yang menghubungkan dengan ruang pengering serta udara panas yang langsung mengenai kayu yang dikeringkan. b) Tingkatkan kecepatan aliran gas panas terhadap ruang pengering. Gas yang cepat menghantam melalui lapisan batas udara lebih lambat dari pada gas yang langsung mengenai permukaan ruang pengering (logam). Udara adalah suatu medium pemindahan kalor yang lemah. c) Gunakan logam untuk dasar ruang pengering karena logam adalah konduktor panas lebih baik dari pada tanah liat. d) Gunakan ruang pengering yang lebar dengan garis tengah yang besar. Penggunaan suatu ruang pengering yang lebar menciptakan lebih area permukaan untuk meningkatkan perppindahan panas. 4. Pembuatan tungku dapur yang aman Pembuatan tungku dapur yang aman adalah mencegah terjadinya kebakaran. Mencegah terjadinnya kebakaran adalah salah satu dari fungsi yang paling utama dari suatu peningkatanfungsi tungku disamping sebagai pemasok bahan bakar. Proses mengeringkan kayu sebelum diproduksi akan memberikan dampak positif akan hasil akhir dari pembuatan barang dari kayu tersebut. Tetapi tidak jarang kayu yang dikeringkan akan terbakar selama proses pengeringan berlangsung. Mengelilingi dapur perapian. Insulativ akan melindungi lidah api agar tidak masuk dalam ruang pengering. 2.5.2 Sepuluh Prinsip Desain Dapur Pendekatan kombinasi antara membersihkan pembakaran dan mengoptimalkan karakteristik perpindahan kalor akan dicoba dalam perancangan kali ini. 1. Prinsip satu : isolasi sekeliling dapur pembakaran menggunakan material penghalang penghantar. Jika mungkin, jangan menggunakan material berat seperti pasir dan tanah liat. 2. Prinsip dua : tempatkan suatu cerobong isolasi (jarak antara dasar tungku dan ruang pengering) pendek yang benar diatas api itu. Penempatan suatu cerobong pendek di atas api akan meningkatkan draft dan membantu api untuk membakar dan menghasilkan panas. 25 Gambar 2.7 Kontak api dengan ruang pengering Sumber : Principle design wood burner (Baldwin, S.F., 2005) 3. Prinsip tiga : panaskan dan bakar ujung kayu bakar seperti kita memasukkan api dalam tungku. Apabila kita memasukkan kayu bakar dengan rapi maka hanya sedikit asap yang akan di timbulkan. 4. Prinsip empat : panas tinggi dan rendah diciptakan oleh banyak kayu bakar yang di dorong ke dalam api. Lakukan penyesuaian jumlah as yang di buat dan api diciptakan untuk disesuaikan dengan kebutuhan temperature kayu mendapatkan panas dan melepaskan gas). 5. Prinsip lima : memelihara draft yang baik. Sama halnya meniup pada api dan arang dapat membuatnya lebih panas, membakar bahan bakar akan membantu kea rah temperature tinggi dalam draft karena api yang panas adalah api yang bersih. 6. Prinsip enam : terlalu lambat aliran udara panas ke dalam ruang pengering akna mengakibatkan asap dan arang berlebihan. Perbanyaklah aliran udara yang membantu pembakaran dari arah bawah kayu bakar, karena apabila terlalu banyak aliran udara yang masuk dari atas api pembakaran hanya akan mendinginkan api saja. 7. Prinsip tujuh : awal nyala api, ukuran ruang tungku atau dapur, kecukupan suplai udara, dan tinggi cerobong dapur menjadi ukuran yang sebanding. Hal ini akan memelihara secara konstan area pembakaran dan membantu mengalirkan panas yang optimal sepanjang tungku atau dapur. 8. Prinsip delapan : gunakan suatu gerakan di bawah api. Jangan meletakkan kayu bakar langsung kelantai dapur perapian. Aliran udara harus lewat di bawah kayu bakar yang terbakar, melalui arang, dan masuk dalam api. 26 Suatu rak di tungku atau dapur juga akan mengangkat kayu bakar maka udara dapat lewat di bawahnya. Kayu bakar yang terbakar menangkap panas api menguatkan yang lain untuk membakar dengan penuh. Gambar 2.8 Saluran udara pembakaran Sumber : Principle design wood burner (Baldwin, S.F., 2005) 9. Prinsip Sembilan : membatasi aliran panas yang hilang. Gunakan insulative material di dalam tungku untuk menangkap aliran gas panas sehingga api secara efektif memanaskan ruang pengering. Gambar 2.9 Dinding insulative Sumber : Principle design wood burner (Baldwin, S.F., 2005) 10. Prinsip sepuluh : maksimalkan perpindahan panas ke ruang bakar dengan ukuran saluran. Jadi panas ke dalam ruang pengering yang baik dilakukan dengan penggunaan saluran. 27 2.6 Rumus-rumus yang digunakan 2.6.1 Pengujian Kering Tanur Cara menghitung kadar air kayu awal pada sistem pengujian kering tanur adalah sebagai berikut : = ( ) 100%…………...…….…..……….(2.2) Keterangan : WMC = nilai kandungan air dalam kayu Mu = berat kayu basah Mo = berat kayu kering 2.6.2 Kalor yang Berguna Kalor yang berguna adalah kalor hasil pembakaran yang dimanfaatkan untuk mengeringkan kayu dalam ruang pengering dapat dihitung dengan persamaan : = . . – ………………...................(2.3) Keterangan : mud : laju aliran massa udara pengering (kg/dt) Cp : panas jenis udara (kJ/kg.0C) Tawal : temperatur awal ruang pengering (0C) Takhir : temperatur akhir ruang pengering (0C) 28 2.6.3 Pengujian Kekuatan Tekan Cara menghitung besarnya kekuatan tekan adalah sebagai berikut : ……..…………………………………(2.4) Keterangan : : kekuatan tekan sejajar serat maksimum (kg/cm2) : beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) : luas penampang (cm) 2.6.4 Pengujian Kekuatan Tarik Cara menghitung besarnya kekuatan tarik adalah sebagai berikut : ............................................................(2.5) Keterangan : : kekuatan tarik tegak lurus serat (kg/cm2) : beban tarik maksimum (kg) : luas penampang bidang tarikan (cm)
