Studi Eksperimen Pengaruh Pengeringan Konveksi Terhadap Kecepatan Pengeringan Kayu

Studi Eksperimen Pengaruh Pengeringan Konveksi Terhadap Kecepatan Pengeringan Kayu. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menggambarkan distibusi kadar air dan kecepatan pengeringan selama proses pengeringan dengan konveksi paksa pada susunan potongan kayu. Variasi dari variabel pada penelitian ini adalah kecepatan udara, tebal potongan kayu dan tebal ganjal. Potongan kayu mahoni digunakan sebagai sampel uji dalam penelitian ini. Potongan kayu diisolasi pada keempat sisinya sehingga didapatkan model 1-D dan difusi terjadi hanya pada arah radial. Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa pada tiga macam ketebalan kayu yang berbeda berlangsung pada tahap pengeringan yang sama, yaitu pada tahap kecepatan pengeringan menurun kedua (second period of decreasing drying rate). Harga kecepatan pengeringan tertinggi terjadi pada tingkat kecepatan 1,5 m/s dan stacking factor berkisar 0,5 – 2,0.

Kata Kunci : pengeringan konveksi, kadar air kayu, distribusi kadar air, kecepatan pengeringan

LATAR BELAKANG

Sistem pengeringan kayu (Timber Drying) merupakan proses terpenting dalam proses produksi mebel pada industri furnitur, yang tujuan utamanya adalah meningkatkan mutu kayu dan mempermudah pengerjaan berikutnya. Pengeringan dilakukan untuk menurunkan kadar air kayu hingga mencapai 10%, karena produk furnitur menuntut kemutlakan pengeringan kayu dengan kadar air maksimum berkisar antara 8% - 12%.

Pengeringan kayu merupakan
salah satu mata rantai proses pengolahan kayu yang sangat penting dan tidak dapat dipisahkan dari serangkaian proses pengolahan kayu untuk mendapatkan produk berkualitas tinggi. Ada empat macam alasan yang mendasari peningkatan kualitas kayu melalui proses pengeringan, yaitu : meningkatkan stabilitas dimensi kayu, menghindarkan serangan yang diakibatkan oleh penodaan dan pembusukan, membuat kayu menjadi ringan sehingga menekan biaya transportasi dan memudahkan pengerjaan selanjutnya seperti pengetaman, perekatan, finishing, pengawetan dan proses-proses selanjutnya.

Secara umum faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan kayu (Budianto, 1996) adalah : faktor kayu meliputi jenis kayu dan struktur pori-pori kayu, ketebalan kayu, kadar air kayu awal (initial moisture content), kadar air akhir kesetimbangan (equilibrium moisture content) dan kadar air akhir (final moisture content), faktor penyusunan kayu (Stacking) sehubungan dengan ukuran tebal ganjal dan cara penyusunan dalam oven dan faktor ruang oven meliputi sirkulasi udara dalam ruang, panas energi yang dipasok dan kelembaban relatif.

Pengeringan kayu secara alami atau pengeringan tradisional banyak dilakukan di Indonesia terutama pada pertukangan kayu kecil, karena energi matahari sangat murah dan mudah didapat. Kondisi di Indonesia yang lembab karena terletak di daerah tropis dengan temperatur 18^o – 35^o C dan kelembaban relatif berkisar 60% - 80%, sangat tidak menguntungkan dilakukannya sistem pengeringan kayu secara alami. Karena untuk mencapai kadar air kayu 12% sangat sulit dan dibutuhkan waktu yang relatif panjang. Sehingga keberadaan mesin pengering buatan (Kiln Dryer) diperlukan untuk menggantikan sistem pengeringan secara alami atau tradisonal.

Pengeringan konveksi (convective drying) sering digunakan sebagai salah satu alternatif untuk mengeringkan kayu pada industri furnitur kecil dan menengah, karena pengeringan ini relatif mudah dibuat dan murah Sistem pegeringan ini disebut juga dengan sistem pengeringan konvensional (Conventional Kiln Dryer). Atas dasar pemikiran untuk mendapatkan suatu model pengeringan konveksi dan pengaruhnya terhadap kecepatan pengeringan kayu, maka perlu diadakan penelitian secara eksperimental dengan beberapa variasi variabel-variabel yang mempengaruhinya.

LANDASAN TEORI

Tahap dan Kecepatan Pengeringan

Pada gambar 1 dapat dijelaskan karakteristik kurva pengeringan. Garis AB dan A’B menunjukkan tahap initial adjusment terhadap kayu. Kurva BC menunjukkan tahap kecepatan pengeringan tetap. Sedang titik C menunjukkan kadar air kritis (critical moisture content) yang pada tingkat kadar air tersebut akan mulai terjadi penurunan kecepatan pengeringan yang semula mempunyai harga konstan. Titik D menunjukkan keadaan yang berhubungan dengan mulai terjadinya ketidakjenuhan pada seluruh permukaan kayu dan merupakan permulaan tahap pengeringan yang ditentukan oleh gerakan air di dalam kayu. Kurva CD merupakan tahap kecepatan pengeringan menurun pertama (first period of decreasing drying rate) dan kurva DE sebagai tahap kecepatan menurun kedua (second period of decreasing drying rate).

Gbr. 1 Karakteristik kurva kadar air dan kecepatan pengeringan.

a. Tahap Kecepatan Pengeringan Tetap (Period of Constant Drying Rate/PCDR)

Dalam kurva karakteristik tahap pengeringan tetap terjadi pada garis BC. Pada tahap ini gerakan air di dalam kayu cukup cepat untuk membuat kondisi jenuh pada permukaan kayu. Kecepatan pengeringan ditentukan oleh kecepatan transfer panas pada permukaan kayu. Kecepatan transfer massa mengimbangi kecepatan transfer panas dan suhu permukaan kayu tetap tak berubah. Dalam keadaan mantap (steady state) dicapai keseimbangan antara kecepatan transfer massa dan transfer panas.

b. Tahap Kecepatan Pengeringan Menurun Pertama (First Period of Decreasing Drying Rate)

Pada tahap ini berhubungan dengan bagian pengeringan yang terjadi pada permukaan kayu yang tidak seluruhnya basah (unsaturated surface drying) dan permukaan yang masih jenuh dengan air makin berkurang sampai mencapai akhir tahap pertama, yaitu pada saat seluruh permukaan menjadi kering.

c. Tahap Kecepatan Pengeringan Menurun Kedua (Second Period of Decreasing Drying Rate)

Transfer massa secara difusi biasanya dapat dianggap sebagai proses transfer yang terjadi pada tahap kecepatan menurun kedua, yaitu bila gerakan air internal merupakan faktor penentu kecepatan pengeringan. Hukum kedua Fick tentang difusi satu dimensi digunakan sebagai model matematika transfer massa (Welty, 1982).

d. Metode Numerik

Diskritasi persamaan diferensial Hukum Fick kedua tentang difusi dengan menggunakan metode FTCS (forward time/central space) adalah sebagai berikut :

KESIMPULAN

Tipe kecepatan pengeringan yang terjadi selama berlangsungnya proses pengeringan adalah pada tahap kecepatan pengeringan menurun yang kedua (second period of decreasing drying rate). Parameter non dimensional stacking factor dan tingkat kecepatan udara secara signifikan berpengaruh terhadap besarnya harga kecepatan pengeringan. Harga kecepatan pengeringan tertinggi terjadi pada tingkat kecepatan 1,5 m/s dan stacking factor berkisar 0,5 – 2,0.