Insulasi termal
Insulasi termal adalah material yang berguna untuk mengurangi laju perpindahan panas, atau metode atau proses untuk mengurangi laju perpindahan panas. Panas 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.
Jenis aliran panas
Radiasi termal dan pelindung radiasi
Radiasi termal terdiri dari seluruh jenis panjang gelombang cahaya, tetapi sebgian besar energi yang diradiasikan pada temperatur 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 bertemperatur 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 dari pada 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 dari pada yang dipantulkan (lihat benda hitam).
Konduksi termal dan pelindung konduktif
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 dan pelindung konvektif
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.
Aplikasi
Pakaian
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).
Bangunan
Mempertahankan temperatur bangunan pada tingkat kenyamanan umumnya menggunakan banyak energi karena konsumsi energi dipakai untuk pendinginan atau pemanasan ruangan. Ketika bangunan diinsulasi dengan baik, manfaat yang dapat diambil diantaranya:
- Lebih efisien dalam penggunaan energi.
- Menyediakan temperatur yang cenderung seragam di dalam ruang. Perbedaan temperatur secara horisontal maupun vertikal sangat kecil , menciptakan lingkungan yang nyaman untuk ditinggali meski temperatur udara di luar sedang dalam keadaan panas ataupun dingin.
- Tidak seperti alat pemanas atau pendingin, insulasi cenderung permanen dan hampir tidak membutuhkan perawatan, penyimpanan ataupun pengaturan.
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.
Perjalanan luar angkasa
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 objek lain. Insulasi berlapis, lempengan emas, umumnya menutupi satelit dan kendaraan luar angkasa, yang berguna untuk mengontrol radiasi termal. Peluncuran dan kembalinya wahana antariksa ke bumi mengakibatkan tekanan pada wahana antariksa, sehingga ketahanan insulator sangat dibutuhkan (lihat kasus Pesawat Ulang Alik Columbia). Proses kembalinya wahana antariksa ke bumi menghasilkan panas yang tinggi ketika menyentuh atmosfer sehingga membutuhkan insulator dengan sifat termal yang sangat baik, seperti karbon komposit di bagian hidung dan lapisan silika pada badan pesawat ulang alik.