Sedangkan analisis proksimat dan ultimat untuk beberapa jenis kayu yang pernah diteliti di Indonesia disajikan pada Tabel 3 berikut ini :
Tabel 3 Analisis proksimat dan ultimat beberapa jenis kayu Indonesia No. Jenis Analisis
Kayu Borneo Kayu Asem Kayu Lamtorogung
1 Proximate
Kadar Air 9,25
7,78 12,98
Bahan Menguap 72,18
78,55 73,04
Karbon Tetap 18,31
12,06 12,96
2 Ultimate
Kandungan Abu 0,25
1,59 1,02
Karbon 47,87
43,86 42,85
Hidrogen 5,23
5,23 4,93
Nitrogen 1,43
0,25 0,15
Oksigen 35,98
41,29 38,07
4 Nilai Kalor kkalkg
4.513 4.113
3.945 Sumber : Gaos 2007
Menurut Haygreen et al. 2003, pembakaran melibatkan karbon dari kayu dengan oksigen dari CO
2
dan kombinasi hidrogen dari kayu dengan oksigen untuk membentuk uap air. Oksigen pada reaksi ini berasal sebagian dari kayu tetapi
sebagian besarnya dari udara. Kayu mengandung 6 hidrogen, 49 karbon dan 44 oksigen. Jumlah oksigen berasal dari udara yang dibutuhkan dalam proses
pembakaran secara teori dapat dihitung dengan analisis kimia yang dinamakan ultimate analysis
.
2.2. Sifat Kayu terhadap Perubahan Suhu
2.2.1 Konduktifitas Panas
Sifat konduktifitas panas merupakan kebalikan dari sifat insulasi panas dari kayu atau bahan lainnya. Kayu memiliki sifat konduktor yang jelek karena
bahannya yang berpori. Konduktifitas panas dinyatakan dalam koefisien konduktifitas panas k. Ini adalah ukuran jumlah panas dalam kalori yang
mengalir selama satu unit waktu melalui bahan setebal 1 cm dengan permukaan 1 cm
2
, jika perubahan suhu sebesar 1
o
C dikenakan diantara dua permukaan. Satuan koefisien konduktifitas panas adalah kal.cms.cm
2
.
o
C. Konduktifitas panas dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya adalah
struktur kayu, kerapatan, kelembaban, suhu, ekstraktif dan kerusakan kayu.
Konduktifitas panas arah axial 2 kali lebih besar daripada arah radial maupun tangensial. Koefisien dari konduktifitas panas pada beberapa kayu pada suhu
20
o
C, pada arah axial adalah 0,191 – 0,284 kkal.m.h.
o
C, radial 0,104 – 0,151 kkal.m.h.
o
C dan tangensial 0,090 – 0,140 kkal.m.h.
o
C. Besarnya konduktifitas pada arah aksial dipengaruhi oleh morfologi serat
dan susunan axial dari sel kayu. Antara arah radial dan tangensial tidak ada perbedaan yang berarti. Pada arah radial, konduktifitas panas lebih besar antara 5
sd 10, hal ini banyak dipengaruhi oleh jari-jari kayu. Bahkan pada beberapa penelitian, perbedaan konduktifitas juga dipengaruhi oleh perbedaan kerapatan
kayu awal dan kayu akhir. Akhirnya perbedaan konduktifitas antara axial dan tranversal radial dan tangensial ditemukan banyak disebabkan karena perbedaan
ultrastruktur dari kayu yaitu sudut mikrofibril. Semakin besar sudut mikrofirbril menunjukkan semakin kecil perbedaan konduktifitas antara axial dan tranversal.
Konduktifitas panas semakin meningkat dengan meningkatnya kerapatan kayu, kadar air dan suhu. Jika kadar air kayu dinaikkan atau diturunkan diatas titik
jenuh serat sebesar 1 , maka konduktifitas panas bertambah atau berkurang sebesar 0,7 sampai 1,18 . Pada umumnya, kayu yang memiliki kadar air diatas
40 memiliki 13 kali dari ukuran konduktifitas panas kayu kering. Konduktifitas panas juga dipengaruhi oleh ekstraktif. Kayu dengan kadar
ekstraktif tinggi biasanya memiliki warna kayu lebih gelap memiliki konduktifitas panas yang lebih besar contoh yang sama ditemukan pada kayu
pinus yang disebabkan karena oleoresin. 2.2.2
Panas Spesifik Panas spesifik dari suatu benda adalah banyaknya panas yang dibutuhkan
untuk menaikkan suhu satu bagian massa sebesar 1
o
C. Karena panas spesifik dari air adalah 1 dimana dibutuhkan 1 kal untuk menaikkan suhu dari 1 gram air dari
15
o
C ke 16
o
C, maka panas spesifik dari suatu benda termasuk kayu adalah perbandingan antara banyaknya kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya
1
o
C terhadap banyakkya kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu bagian air sebesar 1
o
C. Panas spesifik dari kayu lebih tinggi dari logam atau bahan yang lain, ini
berarti dibutuhkan lebih banyak kalori untuk menaikkan suhu tiap bagian kayu
dari pada logam atau bahan lainnya. Sifat ini sangat sejalan dengan sifat kayu yang sangat buruk dalam menghantarkan panas sifat konduktifitas panas,
sehinga kayu cocok sebagai bahan pegangan yang membutuhkan penghantar panas yang lama. Hal ini juga sangat penting dalam proses industri kayu seperti
pengeringan, penambahan pengawet dan perekatan. Panas spesifik tidak dipengaruhi oleh jenis dan kerapatan kayu tetapi meningkat jika suhu dan
kelembaban ditingkatkan. 2.2.3
Sifat Bakar Kayu Kayu dapat terbakar. Sifat ini sangat berguna bagi penggunaan yang
berhubungan dengan panas dan energi, tetapi harus diperhatikan jika digunakan sebagai material konstruksi. Kayu terbakar pada temperatur yang sangat tinggi,
menghasilkan dekomposisi kimia dan gas yang mudah terbakar. Secara umum, tahap-tahap perubahan kayu terhadap panas adalah sebagai berikut :
a. Penguapan air dalam kayu sampai 100
o
C. b.
Penguapan bahan volatil 95 – 150
o
C. c.
Perubahan struktur karbon dan mengeluarkan gas yang mudah terbakar secara perlahan 150 – 200
o
C. d.
Percepatan keluarnya gas yang mudah terbakar, diikuti dengan pengapian dan cahaya 200 – 300
o
C. e.
Seluruh bagian kayu terbakar dan terjadinya proses pembentukan arang 370 – 500
o
C. Kecepatan terbakarnya kayu dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya
adalah spesies, kelembaban, suhu, ukuran dan tipe struktur kayu. Faktor lain yang mempengaruhi antara lain adalah adanya zat ekstraktif seperti resin. Struktur kayu
yang mempengaruhi kecepatan terbakarnya kayu antara lain adalah kayu daun lebar dengan pembuluh terbuka dan tanpa tilosis lebih mudah terbakar.
Kecepatan terbakar lebih cepat 2 kali lipat arah axial dibandingkan dengan arah transversal. Kadar air kayu memperlambat proses pengapian dan proses
pembakaran. Dengan bertambahnya suhu, kayu lebih mudah terbakar. Tetapi pengecualian untuk kayu dengan dimensi cukup besar akan sulit terbakar, dan
kekuatannya menurun secara berangsur-angsur dibandingkan dengan logam yang langsung melengkung pada suhu tinggi diatas 100
o
C. Fenomena ini dipengaruhi
oleh rendahnya konduktifitas panas dan tingginya panas spesifik dari kayu sehingga memperlambat proses terbakar Tsoumis, 1991.
2.2.4 Nilai Kalor
Pada saat terbakar, kayu menghasilkan panas. Jumlah panas yang di timbulkan oleh 1 g atau 1 kg kayu sampai semuanya terbakar dinamakan nilai
kalor. Rata-rata nilai kalor pada kayu kering tanur adalah 4.500 kkalkg. Nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air, ekstraktif, susunan kimia kayu dan jenis kayu.
Kadar air kayu menurunkan nilai kalor. Nilai kalor kayu kering udara 15 lebih kecil daripada kayu kering tanur.
Nilai kalor kayu tertinggi dicapai jika kayu dalam kondisi kering tanur dan terus menurun dengan semakin tingginya kadar air di dalam kayu. Hal ini
disebabkan karena sebagaian besar kalor hilang untuk menghilangkan dan menguapkan air. Faktor lainnya adalah kandungan lignin dan adanya zat ekstraktif
seperti resin dan tannin Tabel 4 Haygreen et al., 2003. Tabel 4 Rata-rata nilai kalor kayu dibandingkan dengan kulit
Jenis bagian kayu Nilai kalor tertinggi
Kayu Kulit
MJkg Kkalkg
MJkg Kkalkg
Non Resin 19-20
4.538 – 4.776 17-23
4.060 – 5.493 Mengandung Resin
20-23 4.776 – 5.493
21-25 5.015 – 5.971
Sumber : Corder 1975 dalam Haygreen et al., 2003. Ekstraktif merupakan faktor penting dalam menentukan nilai kalor.
Sebagai contoh, oleoresin memiliki nilai kalor 8.500 kkalkg, sehingga kayu daun jarum yang memiliki resin memiliki nilai kalor yang tinggi. Pengaruh dari
komposisi kimia diturunkan dari nilai kalor lignin 6.100 kkalkg lebih besar daripada nilai kalor selulosa 4.150 – 4.350 kkalkg Tsoumis, 1991.
Nilai kalor pada kondisi kering tanur disebut nilai kalor tertinggi NKT, sedangkan nilai kalor pada kadar air tertentu disebut nilai kalor bersih NKB.
Hubungan antara nilai kalor tertinggi dan nilai kalor bersih dapat dihitung dengan rumus :
NKB = NKT [1 - kadar air 100]
keterangan : NKT = nilai kalor tertinggi
NKB = nilai kalor bersih Haygreen et al., 2003.
Nilai kalor kayu pada kondisi kering tanur berkisar antara 6.500 – 8.500 btulb 3.604 – 4.713 kkalkg. Sedangkan pada kadar air 60, nilai kalor kayu
hanya sebesar 2.000 – 3.500 btulb 1.108 – 1.940 kkalkg Gambar 1.
Gambar 1 Penurunan nilai kalor dari kayu pada berbagai kadar air. Sumber : Ince 1979 dalam Haygreen et al. 2003
Penggunaan nilai kalor dari kayu sangat tergantung dari bagaimana cara kayu tersebut dibakar. Pada tungku pembakaran sederhana, hanya sekitar 5 – 20
nilai kalor yang termanfaatkan. Sedangkan pada tungku yang lebih baik stoves, nilai kalor yang dimanfaatkan bisa mencapai 70. Proses-proses pemanfaatan
kayu lainnya dapat dilakukan dengan proses pyrolysis carbonization, destructive destilation
, liquification, gasification dan hydrolysis Tsoumis, 1991.
2.3. Jenis Kayu yang digunakan dalam Penelitian
