Thermal inertia of materials

Berbagai studi mengenai fire science and engineering utk material selalu berhubungan dengan thermal inertia material2 tsb. Thermal inertia adalah kelembaman material tsb thd thermal attack. Hal ini mirip dgn hukum kelembaman Newton ttg gerak. Thermal inertia digunakan utk memprediksi sbrp cepat suatu material utk mengalami peningkatan temperature thd suatu thermal attack.

Thermal inertia didefinisikan sbg hasil perkalian dr thermal conductivity, density, dan heat capacity. Dirumuskan sbb:

Bayangkan ada sebuah material dgn luas permukaan A m2 yg berhadapan dgn suatu sumber energi. Jumlah energi yg diterima material tsb per satuan permukaannya dpt dinyatakan dgn heat flux (kW/m2). Nah, temperature di permukaan material tsb akan meningkat dan perbedaan peningkatan temperature ini dgn material lainnya dpt diprediksi melalui perbedaan thermal inertia mereka.

Thermal conductivity (k) menyatakan seberapa besar energi yg bisa dipindahkan (dlm Watt) utk setiap ketebalan (m) material tsb, utk setiap perbedaan temperature (oC) di kedua sisinya. Nilai ini sgt tergantung dr jenis material tsb, apakah ia bisa cepat menghantarkan energi (cth: besi, baja) atau lambat (cth: kayu, mineral wool). Semakin besar nilai k, maka akan semakin cepat ia menghantarkan energi menuju daerah lain yg termperaturenya lbh rendah. Dalam hal ini, ke permukaan material yg tidak terpapar oleh sumber energi tsb. Dengan demikian temperature di permukaan yg terpapar oleh sumber energi tsb akan naik dgn perlahan jika material tsb dpt menghantarkan energi ke tempat lain.

Density menyatakan tingkat kerapatan molekul dlm material tsb (kg) dlm satu satuan volumenya (m3). Semakin tinggi density-nya, maka akan semakin rapat molekulnya. Akibatnya, utk sejumlah energi yg diterimanya, molekul2 tsb akan mengalami kesulitan utk bisa bergetar. Akibatnya lg, peningkatan temperature di permukaannya akan semakin perlahan krn terhambatnya pergetaran molekul2 di dalamnya. Di lain sisi, sejumlah energi tsb akan dihantarkan ke sejumlah massa yg lbh besar per satuan volume yg dikandung oleh material tsb, sehingga mengakibatkan kenaikan temperature yg perlahan.

Heat capacity menyatakan seberapa besar energi (kJ) yg mesti diterima oleh suatu material (dgn massa tertentu, kg) utk mengalami suatu kenaikan temperature (oC). Semakin besar nilai heat capacity-nya maka akan semakin besar pula energi yg diperlukan utk menaikkan temperature di permukaan material tsb (dan temperature keseluruhan material tsb). Jika ada dua material yg memiliki komposisi yg kurang lbh sama, dgn thermal conductivity yg sama, dan density yg kurang lbh sama, maka faktor penentu terakhir utk membedakan perilakunya thd heat flux tertentu adalah ketebalannya. Material2 dgn luas penampang yg sama tsb akan memiliki massa per satuan luas penampang yg berbeda utk ketebalan yg berbeda. Perbedaan massa per satuan luas penampang (kg/m2) inilah yg menentukan seberapa banyak energi yg mesti diterima oleh material dgn ketebalan tertentu. Sehingga, material yg lbh tebal akan memerlukan jumlah energi yg lbh besar utk bisa mengalami peningkatan temperature yg sama dgn material yg lbh tipis.

Pemahaman ttg thermal inertia ini akan memudahkan kita dlm mendesain material yg diharuskan utk memiliki suatu level performa dlm situasi thermal attack (cth: terpapar benda yg terbakar). Penentuan nilai thermal inertia suatu material merupakan salah satu topik yg cukup penting dlm studi fire and materials engineering.

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: