Insulasi termal
Insulasi termal (isolasi termal, isolasi panas) adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas/kalor. Panas atau energi panas (kalor) bisa dipindahkan dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi atau ketika terjadi perubahan wujud. Mengenai insulasi termal, hanya dibicarakan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Aliran panas dapat
dikendalikan dengan proses ini, tergantung pada sifat material yang dipergunakan. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas itu disebut isolator atau insulator. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tetapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut.
Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya dingin dan keluarnya panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Insulator digunakan untuk memperkecil perpindahan energi panas.
Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi termal atau) yang tinggi. Dalam, sifat-sifat lain suatu bahan insulator atau isolator adalah densitas () dan kapasitas panas spesifik (c).
Bahan dengan konduktivitas termal ("k") rendah menurunkan laju aliran panas. Jika nilai "k" lebih kecil, value, maka nilai resistansi termal yang berkaitan ("R") akan lebih besar. Konduktivitas termal diukur dengan satuan watt-per-meter per Kelvin (WmK), dilambangkan dengan "k". Semakin tebal bahan insulator, semakin tinggi pula resistansi termal atau bahan itu.
Untuk suatu tabung, resistansi termal konvektif berbanding terbalik dengan luas permukaan dan karenanya juga berbanding terbalik dengan jari-jari (radius) tabung, sedangkan (lapisan insulasi) tergantung dari rasio jari-jari luar dan dalam, bukan pada jari-jari itu sendiri. Misalnya jari-jari luar tabung dilipat gandakan dengan menambah lapisan insulator, berarti ditambahkan sejumlah tertentu
resistansi konduktif (sama dengan ln (2)/(2kL)) tetapi pada saat yang sama resistansi konvektif dikurangi setengahnya. Karena resistansi konvektif cenderung mendekati nilai tak terhingga jika jari-jari mendekati nol, maka pada jari-jari yang kecil, penurunan resistansi konventif akan lebih besar daripada penambahan resistansi konduktif, sehingga menghasilkan total resistansi
yang lebih rendah. Dengan demikian tersirat bahwa ada nilai jari-jari kritikal ("r critical"; "critical radius") dimana transfer kalor mencapai maksimum. Di atas jari-jari kritikal ini, penambahan insulasi menurunkan transfer kalor. Untuk tabung terinsulasi, jari-jari kritikal dihitung dengan persamaan berikut:
Persamaan ini menunjukkan bahwa jari-jari kritikal tergantung hanya pada koefisien transfer panas dan konduktivitas termal dari insulasi. Jika jari-jari tabung yang tidak terinsulasi lebih besar dari jari-jari kritikal insulator, penambahan insulator dalam jumlah apapun akan menurutnkan transfer panas.
Aliran panas dapat dikurangi dengan menangani satu atau lebih dari tiga mekanisme transfer panas (perpindahan kalor) dan tergantung pada sifat fisik bahan yang digunakan untuk melakukan hal ini. Radiasi termal terdiri dari seluruh jenis panjang gelombang cahaya, tetapi sebagian besar energi yang diradiasikan pada suhu ruangan berbentuk gelombang inframerah. Radiasi tidak membutuhkan medium untuk
mengalirkan kalor karena panas diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Besarnya energi yang diradiasikan berbanding lurus dengan luas permukaan dan emisivitas. Setiap objek bersuhu di atas nol mutlak pasti meradiasikan energi. Pelindung radiasi menunjuk pada sifat emisivitas dan penyerapan yang rendah, dan reflektivitas yang tinggi. Pada jenis benda
tersebut, energi yang diserap jauh lebih kecil daripada energi yang dipantulkan. Logam yang disemir dengan sangat baik memiliki sifat pelindung radiasi yang baik. Kebalikannya, benda gelap akan memiliki emisivitas dan penyerapan yang tinggi, serta reflektivitas yang rendah. Pada material jenis ini, energi yang diserap akan lebih tinggi daripada yang dipantulkan (lihat benda hitam).
Konduksi termal terjadi jika panas mengalir melalui medium dan tidak disertai perpindahan molekul penyusun material tersebut. Laju kalor yang mengalir berbanding lurus dengan ketebalan, perbedaan temperatur, dan konduktivitas termal. Sebagian besar gas, termasuk udara, adalah konduktor yang buruk, insulator yang baik. Pelindung konduktif pada umumnya adalah lapisan material yang mampu menahan laju transfer panas. Sebagai contoh, styrofoam yang memiliki banyak rongga yang diisi udara.
Konveksi termal terjadi ketika panas mengalir melalui medium dan disertai perpindahan molekul penyusun material tersebut. Perpindahan molekul tersebut terjadi karena perbedan massa jenis akibat pemuaian akibat panas sehingga terjadi suatu aliran. Konveksi bisa diredam dengan cara membagi medium konvektif menjadi beberapa bagian untuk mencegah terbentuknya aliran.
Pakaian dipergunakan untuk mempertahankan temperatur tubuh manusia. Untuk memungkinkan dipergunakannya pakaian di lingkungan yang panas, bahan pakaian harus memungkinkan bagi keringat untuk menguap. Antisipasi yang baik ketika cuaca panas adalah dengan menyediakan aliran udara dalam pakaian sehingga udara dapat masuk dan pendinginan oleh keringat dapat terjadi. Keringat menguap
karena menyerap panas tubuh, sehingga jika uap jenuh di dalam pakaian, tubuh akan semakin panas. Untuk melawan dingin, mengaplikasikan beberapa lapis pakaian mungkin berguna untuk mempertahankan panas tubuh. Dalam cuaca yang dingin, panas tubuh dapat menghilang dari pakaian karena angin, perbedaan temperatur, dan radiasi. Hal ini juga berlaku untuk aksesoris pakaian lainnya (sepatu, topi, dan sebagainya).
Mempertahankan temperatur bangunan pada tingkat kenyamanan umumnya menggunakan banyak energi karena konsumsi energi dipakai untuk pendinginan atau pemanasan ruangan. Beberapa bangunan yang sering dipakaikan peredam panas yaitu rumah, pabrik, gedung olahraga, gedung pertemuan. Ketika bangunan diinsulasi dengan baik, manfaat yang dapat diambil diantaranya: Beberapa jenis insulasi termal juga menyerap
kebisingan dan getaran yang datang dari dalam dan luar ruangan sehingga menciptakan kenyamanan dalam bertempat tinggal. Insulasi pipa juga bermanfaat dalam bangunan untuk pipa yang menyalurkan fluida panas ataupun dingin.
Sistem pemanasan dan pendinginan ruangan menyalurkan panas ke seluruh bangunan melalui jaringan pipa atau saluran. Insulasi pipa dapat mengurangi pemborosan energi ke ruangan yang tidak perlu dipanasi dan mencegah pengembunan atau kondensasi pada jaringan pipa yang beku atau terekspos pada suhu rendah. Insulasi pipa juga digunakan pada jaringan pipa air minum untuk menghindari pembekuan pipa untuk periode yang diinginkan.
menghasilkan panas dalam jumlah besar selama siklus pembakaran ("combustion"). Hal ini memberi efek negatif bila mencapa sejumlah komponen yang peka terhadap panas, seperti sensor, aki, dan motor starter. Akibatnya, insulasi termal sangat diperlukan untuk mencegah panas dari exhaust mencapai komponen-komponen ini.
Wahana antariksa memiliki banyak kebutuhan insulasi. Insulasi yang dibutuhkan harus ringan, karena penambahan massa berarti penambahan biaya peluncuran. Di luar angkasa tidak ada atmosfer yang melindungi dari sinar matahari sehingga setiap objek akan dipanaskan oleh matahari dalam sekejap. Di luar angkasa, panas tidak bisa dikonveksikan ataupun dikonduksikan ke