Transfer panas secara konduksi dan perannya terhadap kebakaran

Transfer panas merupakan faktor penting dalam semua proses terjadinya api dan juga untuk mempertahankan proses tersebut. Ketika melakukan review desain suatu pengendalian resiko kebakaran, konsep transfer panas harus sudah dipahami sehingga pemilihan strategi pengendaliannya tepat sasaran.

Konduksi atau keterhantaran termal merupakan salah satu dari empat metode dalam transfer panas. Gambaran umum contohnya bisa kita lihat disekitar kita, seperti panci air yang sedang dipanaskan, maka ketika kita memegang bagian metal dari panci tersebut maka akan terasa panas.

Secara konsep, konduksi merupakan perpindahan energi panas dari sisi panas ke sisi dingin melalui suatu medium benda padat dengan cara transfer energi dari molekul ke molekul terdekat atau dari atom ke atom. 

Perpindahan panas ini dapat diilustrasikan ketika kita memanaskan suatu batang logam di sisi ujung yang satu dan mengukur suhu di ujung lainnya. Perpindahan panas melalui batang menyebabkan kenaikan suhu di ujung lainnya. Besarnya energi yang pindah melalui batang logam sebanding dengan waktu, luas penampang dan perbedaan suhu antar ujung logam dan berbanding terbalik dengan panjang.

Laju panas yang dipindahkan melalui suatu material melalui konduksi diukur sebagai konduktivitas termal k dengan satuannya Watt per meter Kelvin (W/(m.K)). Untuk menggambarkan relasi dalam konduktivitias, maka bisa dilihat hubungannya dari persamaan berikut ini

k = qL/A (T2 - T1) atau q = kA(T2 - T1)/L

Dimana k adalah konduktivitas termal, L adalah panjang atau jarak dari suatu material dimana panas di konduksikan, A adalah luas penampang area, T2 dan T1 adalah perbedaan suhu antara area panas dan area dingin. Jika kita masukkan suatu parameter yang berbeda beda di persamaan di atas, dapat kita lihat bahwa konduktivitas termal akan lebih cepat jika T2 lebih besar dari T1, Area lebih besar atau jarak konduktiviats pendek.

Ilustrasi lainnya yang menggambarkan pentingya pengetahuan tentang konduksi dapat dilihat dari perbandingan antara logam dengan kayu di api yang sama. Penyebaran panas di logam sangat cepat, sehingga ketika logam dipanaskan maka area lain yang tidak terpanaskan oleh sumber panas secara langsung akan menjadi panas. Ketika suhu panas yang terjadi melewati suhu penyalaan (ignition temperature) suatu bahan bakar maka bahan bakar yang kontak langsung dengan logam tersebut akan memulai proses terbentuknya api dan terbakar, oleh karena itu terkadang kebakaran dapat terjadi jauh dari sumber awal panas. Berbeda dengan kayu, memang kayu jika dipanasan akan cepat terbakar dan bisa terbakar sangat hebat, tetapi lokasi kebakaran hanya disekitar area tersebut saja karena kayu merupakan konduktor yang buruk sehingga panas tidak menyebar ke area lain yang tidak terpanaskan. Jadi jika bakar di satu sisi papan kayu maka papan kayu tersebut akan terbakar dan menunjukkan sisa pembakaran di satu sisi saja, tetapi di sisi lainnya masih terlihat normal saja dan tidak terbakar.

Pengetahuan dan pemahaman tentang konduktivitas termal juga sangat penting terkait dengan tahap perkembangan api dan juga konsekuensi yang besar dari konduktivitas termal tersebut. Konduktivitas termal untuk beberapa bahan bakar mudah terbakar seperti kayu, plastik foam ataupun kertas sangat rendah, sehingga ketika panas di paparkan pada permukaan bahan bakar tersebut maka panas akan berkumpul di satu area tersebut saja dan tidak menyebar sehingga dengan berkumpulnya panas di satu area tersebut maka akumulasi panas yang ditimbulkan akan melebih suhu penyalaan. Berbeda dengan logam, konduktivitas termal nya tinggi sehingga penyebaran panas sangat cepat sehingga panas yang terpapar di logam tersebut akan memudar cepat apalagi jika terdapat banyak logam di area tersebut. Karena cepat menyebar dan panasnya memudar cepat, maka susah untuk menghasilkan suhu yang berada di atas suhu penyalaan.

Tembaga mempunyai konduksi termal 2000 kali lebih efisiensi di banding kayu. Jika kita lihat setelah kebakaran, maka copper tidak terdampak signifikan kerusakannya jika dibandingkan dengan kayu. Biasanyan bahan isolasi kabel copper akan rusak tidak terlalu jauh dari sumber panas. Dampak kayu setelah kebakaran akan sangat masif, kayu yang terpapar panas langsung akan rusak berat tetapi biasanya kerusakan hanya akan di area tersebut saja, area lain yang tidak terpapar panas langsung bisa saja tidak rusak sama sekali. Tapi perlu diingat dari gambaran diatas adalah hanya contoh gambaran penyebaran panas 'hanya' melalui konduksi saja.

Konduksi termal tidak bisa sepenuhnya dicegah dengan bahan isolasi panas. Pindahnya panas tidak seperti air mengalir yang bisa ditahan oleh pembatas. Seberapa pun tebalnya bahan isolasi panas, tetap masih tidak cukup untuk mecegah penyalaan. Jika kecepatan penyebaran panas lebih besar dibanding dengan penguapan panas maka pada akhirnya akan menyentuh suhu penyalaan. Minimal ada jarak pemisah secara fisik sehingga panas yang terkonduksi akan berpindah ke panas konveksi melalui udara, cara ini lebih baik dari pada hanya menggunakan bahan isolasi panas dalam rangka pengendalian potensi kebakaran akibat konduksi panas. Memang secara praktek metode pencegahan ini tidak bisa diaplikasikan di beberapa proses sistem, tetapi setidaknya konsep sudah dipahami sehingga kita bisa menentukan pengendalian yang tepat   

Ilustrasi Hot Work

Biasanya, konduksi yang terkait logam akan menjadi masalah ketika aktivitas hot work (seperti mengelas). Paparan panas yang terus menerus akan menyebar ke area lainnya, sehingga terkadang jika ada pekerjaan hot work pada material logam (contohnya pipa), maka harus dipastikan apakah ada bahan bakar yang dilalui oleh logam tersebut atau tidak, sehingga potensi kebakaran tidak terjadi di area lain.

Referensi:

• DeHaan, John D. 2007. Kirks's Fire Investigation sixth edition. Pearson Prentice Hall
• Cote P.E., Arthur. 2003. Fire Protection Handbook Nineteenth Edition Volume I & II. NFPA
• Ladwig,, Thomas H. 1990. Industrial Fire Prevention and Protection. Van Nostrand Reinhold