Teori Penguapan Kelembaban Bebas di Dalam Kayu dan Penelitian Pengeringan Kayu dengan Tabung Pemanas Listrik Serat Karbon

Menurut cara air bercampur dengan bahan, ilmu pengeringan membagi bahan ke dalam tiga kategori. Kategori pertama adalah benda berpori kapiler, di mana perubahan dimensi minimal atau tidak ada sama sekali ketika kelembapan berubah, seperti kokas, arang, tanah, dan kerikil. Kategori kedua adalah koloid, di mana ukuran dan volume berubah seiring dengan perubahan kadar air, seperti gelatin. Kategori ketiga adalah koloid berpori kapiler, yang lebih umum dan menunjukkan karakteristik kedua kategori sebelumnya. Banyak benda yang kita jumpai sehari-hari, seperti kayu, kulit, biji-bijian, makanan, dan tanaman obat, termasuk dalam kategori ini.

Saat mengeringkan kayu Rignan, kayu ini rentan terhadap kerutan. Pada akhir tahun 1950-an, para peneliti percaya bahwa hal ini disebabkan oleh tekanan pengeringan, di mana penyusutan permukaan lebih besar daripada penyusutan internal pada tahap awal pengeringan, yang mengakibatkan tekanan di dalam kayu yang menyebabkan kerutan pada produk akhir. Namun, penelitian lebih lanjut mengungkapkan bahwa kerutan bukan disebabkan oleh tekanan pengeringan makroskopis tetapi lebih disebabkan oleh tegangan kapiler mikroskopis. Kerutan terjadi ketika tegangan kapiler melebihi kekuatan tekan melintang. Sebagai contoh, batas kuat tekan spesies kayu tertentu dalam keadaan hijau (keadaan basah) adalah 3,59 MPa. Kerutan dapat terjadi jika jari-jari pori kurang dari 0,04 μm. Oleh karena itu, memahami kemunculan tegangan kapiler yang tiba-tiba di dalam kayu akibat keluarnya air kapiler dalam jumlah besar selama pengeringan merupakan hal yang sangat penting.

Model penguapan uap air bebas di dalam kayu cukup membosankan, jadi saya tidak akan membahasnya di sini. Sebagai gantinya, mari kita bahas mekanisme kerutan selama pengeringan kayu. Selama pengusiran uap air bebas dari dalam kayu, perlu menggunakan suhu rendah pada tahap awal pengeringan. Hal ini menjelaskan mengapa kami biasanya membiarkan kayu mengering secara alami sampai batas tertentu sebelum menempatkannya di tungku pengeringan. Kayu basah tidak boleh langsung dimasukkan ke dalam tungku pengeringan karena dapat menyebabkan keretakan dan perubahan bentuk, yang mengakibatkan kerugian. Alasan keretakan dan deformasi adalah karena drainase dari kapiler besar terjadi lebih cepat pada suhu tinggi, yang menyebabkan tegangan kapiler tiba-tiba di dalam serat kayu melebihi kekuatan kompresi melintang, yang mengakibatkan deformasi dan keretakan yang terlihat pada kayu.

Menurut teori bahwa tegangan kapiler menyebabkan kerutan pada kayu, dapatkah mengganti air di dalam kayu dengan cairan yang memiliki tegangan permukaan yang lebih rendah dapat mengurangi kerutan kayu selama pengeringan? Para peneliti mencoba mengganti air di dalam kayu dengan metanol dan etanol, yang memiliki tegangan permukaan yang lebih rendah, dan mengamati peningkatan yang signifikan dalam fenomena kerutan selama pengeringan. Namun, pendekatan ini secara ekonomis tidak praktis untuk produksi harian. Namun demikian, hasil penelitian ini menegaskan bahwa kerutan kayu memang disebabkan oleh tegangan kapiler di dalam kayu, yang memberikan dasar teoritis untuk upaya penelitian selanjutnya.

Verifikasi eksperimental mengungkapkan pola migrasi kelembaban di dalam kayu sebagai berikut:

1. Air bebas di permukaan kayu dan air di dalam sel menguap sepenuhnya.
2. Air bebas dalam sel dalam bermigrasi ke permukaan melalui kapiler.
3. Air yang melekat di permukaan, yaitu air di pori-pori, juga menguap, mengurangi kelembapan permukaan di bawah titik jenuh serat.
4. Kelembaban di dalam kayu lebih tinggi di lapisan dalam daripada di permukaan, menciptakan gradien kadar air dari dalam ke luar.
5. Karena gradien kadar air, uap air di dalam kayu berpindah dari area yang lebih tinggi ke area dengan kadar air yang lebih rendah.

GlobalQT didedikasikan untuk memproduksi tabung pemanas listrik serat karbon dan melakukan penelitian. Untuk lebih jelasnya, silakan kunjungi halaman situs web atau hubungi melalui email di hubungi@globalquartztube.com.