Metode Untuk Menentukan Kadar Air Kayu Dan Penerapannya dalam Konsep Monitoring

Ditulis oleh Natha Triforestcetta (21/474199/TK/52300)

  Kadar air kayu sangat mempengaruhi sifat fisik dan mekanik bangunan kayu serta risiko serangan serangga dan pembusukan jamur. Untuk memastikan keamanan bangunan kayu dalam jangka panjang, perlu mengamankan desain seperti dimensi, sifat kekuatan, kekakuan, dan kelas layanan. Perubahan kadar air kayu dapat mempengaruhi hampir semua sifat fisik dan mekanik kayu, seperti kekuatan, kekakuan, penyusutan atau pembengkakan material. Dengan kadar air kayu yang tinggi dapat menumbuhkan pembusukan atau pertumbuhan jamur. Kayu rentan terhadap kerusakan akibat kelembaban, penting untuk memperkirakan kadar air kayu dengan akurat dan mengambil langkah-langkah yang tepat selama perencanaan, pelaksanaan, dan pemeliharaan bangunan yang menggunakan kayu atau produk kayu. Kayu dapat menyerap dan menyimpan air dari udara karena sifat higroskopisnya. Hal ini dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu sekitar.

Adsorpsi uap air terjadi dalam dua tahap, dimana kelembaban dipindahkan ke dinding sel kayu pada kisaran 0-30%. Setelah itu, terjadi fiber-sat. Kadar air kayu berbeda-beda tergantung pada jenis kayu. Misalnya, kadar air oak dan abu sekitar 22-24%, sedangkan pine, larch, dan Douglas-fir sekitar 26-28%, dan cedar sekitar 30-34%. Perubahan kadar air di bawah titik jenuh serat mempengaruhi sifat fisik, mekanik, dan reologi kayu, seperti susut dan kembang, nilai kekuatan, modulus elastisitas, dan kekakuan. Perubahan dimensi kayu akibat perubahan kadar air (susut, kembang) berbeda pada ketiga sumbu material (longitudinal, tangensial dan radial). Penyusutan dan pembengkakan secara signifikan lebih terlihat pada arah radial dan tangensial daripada arah longitudinal.

Gradien kelembaban, tekanan internal yang sesuai dan terjadi pertumbuhan retak internal paling umum disebabkan karena terdapat perubahan iklim di lingkungan sekitar. Kayu yang disimpan pada iklim konstan dan kadar air mencapai kesetimbangan akan mempengaruhi kelembaban relatif, suhu, tekanan udara, komposisi kimia, dan struktur kayu.

Untuk mengukur kadar air kayu,terdapat beberapa metode. Metode yang dapat dilakukan yaitu dengan cara pengeringan oven dan ekstraksi air. Namun, kedua metode ini bersifat destruktif pada kayu di tempat. Selain itu, dapat juga menggunakan metode tidak langsung dengan memanfaatkan sifat fisik kayu yang berkorelasi dengan kadar air kayu.

Metode gravimetri adalah metode tertua dan paling banyak digunakan untuk menentukan kadar air kayu dengan cara ekstraksi spesimen dari elemen kayu. Spesimen diekstraksi, ditimbang, dan dikeringkan pada suhu $103°C\pm 2K$sampai massa konstan tercapai. Kadar air kayu ditentukan dari perbandingan massa air dalam. Metode pengeringan oven memberikan hasil yang sangat akurat, namun memerlukan ekstraksi spesimen dan penerapannya agak memakan waktu. Sehingga, metode ini tidak berlaku untuk konsep monitoring.

Metode Penyulingan/ Metode Ekstraksi untuk sampel kayu yang mengandung terpene, minyak atau bahan pengawet, metode pengeringan oven diganti dengan metode distilasi. Sampel kayu seberat 20-50 g dipotong, kemudian ditempatkan dalam labu yang dipanaskan dan ditambahkan lubang pelarut xilena atau toluena untuk menentukan kadar air. Air dalam keripik kayu akan menguap dan naik, kemudian dikondensasi dalam pendingin pada sisi labu dan diambil pembacaannya melalui pipa col. Metode ini tidak dapat digunakan untuk konsep pemantauan karena melibatkan pemotongan bahan kayu.

Terdapat beberapa metode tidak langsung untuk menentukan kadar air kayu, salah satunya adalah metode resistensi. Metode resistansi memanfaatkan hambatan listrik atau konduktivitas kayu. Kayu memiliki konduktivitas yang lebih rendah daripada air, hambatan listrik akan berkurang dengan meningkatnya kadar air. Sehingga akan ditemukannya kadar air dan kayu. Selain itu, hambatan memiliki korelasi dengan suhu, meningkatnya suhu maka hambatan akan menurun. Suhu dapat digunakan untuk menurunkan kadar air aktual. Pada metode ini kedua elektroda disarankan untuk tegak lurus terhadap serat yaitu pada $90°$, karena variasi nilai terukur akan kecil. Metode resistansi ini ditetapkan dan berlaku umum untuk konsep monitoring.

Metode lainnya adalah Metode Dielektrik/Kapasitatif, dimana kayu akan mengubah sifat dielektriknya sebanding dengan kadar airnya. Konstanta dielektrik akan meningkat dengan meningkatnya kadar air. Metode ini memberikan akurasi yang dapat diterima untuk kadar air kayu. Pengaruh utama pada Pengukuran yaitu kepadatan material, suhu material, dan frekuensi voltase. Metode Sorpsi merupakan metode yang menggambarkan hubungan antara kelembaban relatif sekitar dan kadar air kesetimbangan suatu bahan. Kelembaban relatif di dalam rongga dapat diukur dan dihubungkan dengan kadar air material melalui isotherm serapannya. Pada umumnya kelembaban relatif diukur dengan hygrometer capacitative yang mengukur perubahan konstanta dielektrik suatu bahan antara dua kondensator. Metode Radiometrik memanfaatkan neutron Ketika neutron mengalami perlambatan disaat menumbuk atom, salah satunya atom H pada air. Neutron yang “lambat” akan didata oleh penerima tertentu, yang hanya mencatat radiasi neutron. Pengukuran dihitung melalui bantuan tabung penghitung radiasi. Pengukuran akan bergantung pada kerapatan bahan, sehingga diperlukan tambahan kerapatan spesimen kayu. Metode Spektrometri, metode ini didasarkan kemampuan air menyerap cahaya. Kayu yang lembab akan menyerap cahaya yang lebih banyak dibandingkan kayu kering, yaitu kayu yang memiliki pantulan yang lebih tinggi dibandingkan kayu yang lembab. Tetapi, metode ini kurang dapat diterapkan untuk Pengukuran in situ pada kayu struktural. Metode yang terakhir adalah Metode Reaksi Warna, metode ini memanfaatkan kertas indikator yang telah direndam bahan kimia, misalnya kobalt klorida. Kertas indikator akan dimasukkan ke lubang bor pada kayu dan kertas indikator akan berubah warna sesuai kadar air kayu. Metode ini berlaku untuk kadar air $6\le u<20\%$ dan membutuhkan suhu antara $15°C\le T\ge 25°C$.

Dalam metode Pengukuran ada 3 syarat yang harus diterapkan

Pada pengukuran kadar air kayu secara berbeda diperlukan monitoring dengan interval waktu yang sama. Sistem Pengukuran diperlukan untuk melihat fungsi secara independen dan andal di iklim yang berbeda (dingin/panas, iklim kering/lembab).

Penentuan kadar air secara tidak langsung untuk memantau kadar air adalah dengan menerapkan hubungan antara temperatur (+) kelembaban relatif dan kadar air kayu. Pada proses ini pencatat data akan mengumpulkan sinyal pemancar.

Penentuan kada air dengan resistansi, memiliki akurasi yang dapat diterima dan pengukurannya tidak merusak objek. Oleh sebab itu, pemantauan kadar air dengan metode resistansi diterima secara luas dan canggih. Elektroda yang digunakan ada 2 tipe yaitu elektroda dengan geometri tipe paku dan tipe sekrup. Untuk menghindari interferensi antara titik Pengukuran yang berbeda, setiap pasang elektroda harus memiliki jarak yang cukup ke elektroda tetangga. Dalam pemasangannya elektroda ditempelkan di kayu dengan dilakukan pengeboran dengan diameter di bawah diameter elektroda dan mengebor ulang dengan Panjang yang dikurangi dengan diameter elektroda sebelum memasukkan dan menabrak elektroda. Untuk mendapatkan sistem Pengukuran yang kuat diperlukan pengurangan bagian penghubung, sakela perantara, dan bagian lain yang rentan terhadap interferensi atau kegagalan.

  Pencatatan data dengan jarak jauh memiliki keuntungan bahwa Pengukuran dapat digabungkan dengan Pengukuran referensi dengan Pengukuran kelembaban lain dan kontrol fungsi sistem serta kontrol titik Pengukuran dan struktur itu sendiri. Sedangkan pengambilan data Pengukuran secara nirkabel umumnya diwujudkan melalui modem GPRS. Dengan dilengkapi kartu SIM, sehingga data dikirimkan dan disimpan oleh email. Opsi lain yaitu melalui panggilan telepon ke sistem transmisi yang membutuhkan banyak daya listrik karena sistem harus dalam keadaan siaga konstan.

  Data yang diambil melalui Pengukuran akan dievaluasi dengan dikirimkan dan diteruskan ke program untuk diproses lebih lanjut. Pengukuran resistansi diubah menjadi nilai aktual kadar air kayu dengan mempertimbangkan pengaruh suhu. Data yang telah dianalisis akan menghasilkan ilustrasi grafis yang mudah dibaca. Misalnya, pada gambar 4, data iklim bangunan dapat digunakan untuk menghitung kadar air ekuilibrium untuk memungkinkan pemahaman yang lebih baik.

  Betapa pentingnya kadar air kayu dalam memastikan keamanan bangunan kayu, maka diperlukan metode-metode yang tepat dalam pengukuran kadar air. Metode-metode tersebut diantaranya metode hambatan listrik, merupakan metode yang paling umum dan dapat memberikan akurasi yang dapat diterima serta memungkinkan penerapan yang mudah selama Pengukuran tunggal serta monitoring jangka Panjang. Data terukur dapat disimpan secara local atau dapat dikirim langsung dalam sistem jarak jauh untuk dianalisis dan dapat diperkenalkan pembacaan data nya kemungkinan sistem peringatan dini untuk mendeteksi kemungkinan kerusakan. Dari alat-alat yang mendukung pada proses Pengukuran masih dapat ditingkatkan dalam hal ketahanan dan penanganan.

.

Daftar Pustaka

Dietsch, P., Franke, S., Franke, B., Gamper, A. and Winter, S., 2015. Methods to determine wood moisture content and their applicability in monitoring concepts. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 5, pp.115-127.