BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini menjelaskan mengenai dasar-dasar teori yang
berhubungan dengan tugas akhir yang akan dibuat.
2.1
Autoklaf Autoklaf adalah alat pemanas tertutup yang digunakan untuk
mensterilisasi suatu benda menggunakan uap dengan temperatur 1210C sampai 134 0C dan tekanan maksimum 2 bar(g) (3 bar(abs)) selama kurang lebih 45 menit waktu pemanasan dan 15 menit untuk proses sterilisasi. Penurunan tekanan pada
autoklaf tidak dimaksudkan untuk membunuh mikroorganisme, melainkan meningkatkan temperatur dalam autoklaf. Temperatur yang tinggi inilah yang akan membunuh mikroorganisme. Autoklaf terutama ditujukan untuk membunuh endospora, yaitu sel resisten yang diproduksi oleh bakteri, sel ini tahan terhadap pemanasan, kekeringan, dan antibiotik.[1] Autoklaf yang sederhana menggunakan sumber uap dari pemanasan air yang ditambahkan ke dalam autoklaf. Pemanasan air dapat menggunakan kompor atau api bunsen. Dengan autoklaf sederhana ini, tekanan dan temperatur diatur dengan jumlah panas dari api. 2.1.1 Prinsip Kerja Autoklaf Pada prinsipnya, sterilisasi autoklaf menggunakan panas dan tekanan dari uap air. Perhitungan waktu sterilisasi autoklaf dimulai ketika temperatur di dalam autoklaf mencapai 121 0C. Jika objek yang disterilisasi cukup tebal atau banyak, transfer panas pada bagian dalam autoklaf akan melambat sehingga terjadi perpanjangan waktu pemanasan total.[1] Biasanya untuk mesterilkan media digunakan temperatur 1210C dan tekanan 2 bar(a) selama 15 menit. Alasan digunakan temperatur 1210C adalah karena pada temperatur tersebut, tekanan akan menunjukan 2 bar(a) yang akan membantu membunuh mikroorganisme dalam suatu benda. Untuk tekanan atmosfer pada ketinggian di permukaan laut air mendidih pada temperatur 1000C, sedangkan untuk autoklaf yang diletakkan di ketinggian sama, menggunakan tekanan 2 bar(a) maka air akan mendidih pada temperatur 1210C.[1] Pada Gambar 2.1 merupakan deskripsi dari sistem kerja autoklaf. II-1
II-2
Gambar 2.1 Sistem Kerja Autoklaf[1]
Pada saat sumber panas dinyalakan, air dalam autoklaf lama kelamaan
akan mendidih dan uap air yang terbentuk mendesak udara yang mengisi autoklaf. Setelah semua udara dalam autoklaf diganti dengan uap air, katup uap/udara ditutup sehingga tekanan udara dalam autoklaf naik. Pada saat tercapai tekanan dan temperatur yang sesuai, maka proses sterilisasi dimulai dan timer mulai menghitung waktu mundur. Setelah proses sterilisasi selesai, sumber pemanas dimatikan dan tekanan dibiarkan turun perlahan hingga mencapai tekanan normal. Peringatan, autoklaf tidak boleh dibuka sebelum tekanan mencapai tekanan normal/tekanan atmosfer sehingga memerlukan alat pengaman. 2.1.2
Komponen Autoklaf Pada autoklaf terdapat beberapa fungsi komponen yang sering
dioperasikan. Berikut Gambar 2.2 yang menjelaskan mengenai komponenkomponen autoklaf. Sensor Temperatur
Pressure Gauge
Katup Uap
Katup Pengaman
Clamping
Ruangan Uap
Pembatas Ruangan
Gelas Ukur
Elemen Pemanas
Ruangan Air
Sumber Arus Gambar 2.2 Komponen Autoklaf[2]
II-3
Pada Gambar 2.2 diatas telah ditunjukkan komponen-komponen yang
terlibat pada alat sterilisasi tersebut. Untuk lebih jelasnya dibawah ini adalah
penjelasan dari beberapa fungsi komponen diatas.
1. Bejana Tekan
Tekanan dalam bejana melibatkan beberapa perhitungan yang
digunakan untuk menghitung ketebalan dinding yang dibutuhkan. Namun, desain
sistem penahanan tekanan yang kompleks melibatkan lebih dari penerapan perhitungan tersebut. Untuk hampir semua bejana tekan, standar ASME
menetapkan persyaratan untuk desain dan pengujian. Sebelum dioperasikan,
bejana tekan diuji pada tekanan yang dinilai di bawah pengawasan standar ASME.
Hal ini untuk memeriksa kebocoran serta bukti kelemahan atau kekurangan dalam pengelasan tersebut. 2. Ruang Air Ruangan ini merupakan tempat air yang akan diuapkan/direbus sehingga mendidih dan menjadi uap. Pada ruangan air ini juga terdapat heater yang harus terendam air sehingga tidak terjadi ledakan atau proses superheated. 3. Ruang Uap Ruangan ini berada diatas ruangan air, berguna untuk menampung uap air yang terbentuk akibat proses pemanasan. Ruangan ini pula yang menjadi tempat penyimpanan peralatan yang akan di sterilkan. 4. Elemen Pemanas Elemen pemanas merupakan lempengan yang dapat memberikan panas sehingga dapat mendidihkan air sampai menjadi uap dengan merubah energi listrik menjadi kalor. 5. Katup Uap Katup ini digunakan untuk mengeluarkan uap/udara yang terjebak di dalam autoklaf sehingga saat dioperasikan hanya terdapat uap air didalamnya dan dapat digunakan untuk pendinginan autoklaf dengan cara mengeluarkan tekanan uap yang berada dalam ruang uap.
II-4
6. Katup Pengaman
Katup pengaman (safety relief valve) merupakan katup yang berfungsi
sebagai pengaman autoklaf apabila terjadi suatu hal yang tidak sesuai atau melebihi batas tekanan yang telah ditentukan dengan membuang uap air berlebih.
7. Sensor Temperatur Termometer digunakan sebagai sensor untuk mengukur temperatur
didalam autoklaf sehingga besarnya temperatur tersebut dapat terbaca. 8. Pressure Gauge
Pressure gauge digunakan sebagai display untuk mengetahui besarnya
tekanan yang terjadi di dalam autoklaf. 2.1.3
Klasifikasi Autoklaf Tipe autoklaf yang dapat digunakan untuk sterilisasi ada bermacam-
macam, mulai dari yang sederhana sampai digital (terprogram). Dibawah ini klasifikasi autoklaf yang digunakan di industri maupun di masyarakat umum. 2.1.3.1 Autoklaf Berdasarkan Sumber Pemanasan Dilihat berdasarkan sumber pemanasan, autoklaf dapat dioperasikan menggunakan pemanas gas dan pemanas listrik. Berikut penjelasan singkat mengenai keduanya. [1] 1.
Pemanas Gas Autoklaf yang sederhana menggunakan sumber uap dari pemanasan
air yang ditambahkan ke dalam autoklaf (Gambar 2.3). Pemanasan air dapat menggunakan kompor atau api bunsen. Dengan autoklaf sederhana ini, tekanan dan temperatur diatur dengan jumlah panas dari api.
II-5
Gambar 2.3 Autoklaf Gas
[2]
Kelemahan autoklaf ini adalah bahwa perlu penjagaan dan pengaturan
panas secara manual selama masa sterilisasi dilakukan. Tetapi autoklaf ini
mempunyai keuntungan, diantaranya sederhana, harga relatif murah, tidak tergantung dari aliran listrik yang sering merupakan masalah untuk negara-negara yang sedang berkembang, serta lebih cepat dari autoklaf listrik yang seukuran dan setara. 2.
Pemanas Listrik Autoklaf yang lebih bagus menggunakan sumber energi listrik
(Gambar 2.4). Alatnya dilengkapi dengan timer dan thermostat. Bila pengatur otomatis ini berjalan dengan baik, maka autoklaf dapat dijalankan sambil mengerjakan pekerjaan lain. Kelemahannya adalah bila salah satu pengatur tidak bekerja, maka pekerjaan persiapan media menjadi sia-sia dan kemungkinan menyebabkan kerusakan total pada autoklaf. Sumber uap juga berasal dari air yang ditambahkan ke dalam autoklaf dan didihkan.
Gambar 2.4 Autoklaf Listrik[2]
2.1.3.2 Autoklaf Berdasarkan Sistem Kerja Terdapat tiga jenis autoklaf, yaitu gravity displacement, prevacuum atau high vacuum, dan steam-flush pressure-pulse. Perbedaan ketiga jenis
II-6
autoklaf ini terletak pada bagaimana udara dihilangkan dari dalam autoklaf selama
proses sterilisasi.
1. Gravity Displacement Autoclave
Udara dalam ruang autoklaf dipindahkan hanya berdasarkan gravitasi.
Prinsipnya adalah memanfaatkan keringanan uap dibandingkan dengan udara,
sehingga udara terletak di bawah uap, cara kerjanya dimulai dengan memasukan uap melalui bagian atas autoklaf sehingga udara tertekan ke bawah. Secara perlahan, uap mulai semakin banyak sehingga menekan udara semakin turun dan keluar melalui saluran di bagian bawah autoklaf, selanjutnya temperatur
meningkat dan terjadi sterilisasi (Gambar 2.5). Autoklaf ini dapat bekerja dengan
cakupan temperatur antara 121-134 °C dengan waktu 10-30 menit.
Gambar 2.5 Gravity Displacement Autoclave[1]
2. Prevacuum atau High Vacuum Autoclave Autoklaf ini dilengkapi pompa yang mengevakuasi hampir semua udara dari dalam autoklaf. Cara kerjanya dimulai dengan pengeluaran udara. Proses ini berlangsung selama 8-10 menit. Ketika keadaan vakum tercipta, uap dimasukkan ke dalam autoklaf. Akibat kevakuman udara, uap segera berhubungan dengan seluruh permukaan benda, kemudian terjadi peningkatan temperatur sehingga proses sterilisasi berlangsung (Gambar 2.6). Autoklaf ini bekerja dengan temperatur 132-135 °C dengan waktu 3-4 menit.
II-7
Gambar 2.6 High Vacuum Autoclave[1]
3. Steam-Flush Pressure-Pulse Autoclave
Autoklaf ini menggunakan aliran uap dan dorongan tekanan di atas
tekanan atmosfer dengan rangkaian berulang (Gambar 2.7). Waktu siklus pada
autoklaf ini tergantung pada benda yang disterilisasi.
Gambar 2.7 Steam Flush Autoclave[1]
2.1.4. Sumber Pemanasan Listrik Sumber pemanas dari autoklaf ini ada beberapa jenis, yakni pemanas dengan menggunakan gas, listrik, bahkan keduanya (gas dan listrik) digabungkan menjadi satu agar waktu yang diperlukan untuk mensterilkan suatu benda dapat berjalan cepat. Ketel jenis ini untuk memproduksi uapnya diperoleh dengan memberikan sejumlah kalor terhadap air dengan menggunakan elemen pemanas (heater) atau dengan kata lain mengkonversikan energi listrik dari elemen pemanas menjadi energi panas (uap) yang selanjutnya dapat digunakan untuk kepentingan pada proses ataupun sterilisasi. Prinsip hukum ohm: V
= I.R
...................(1)
II-8
Daya listrik: P
= V.I
...................(2)
E
= P.t
...................(3)
E
= V.I.t
...................(4)
Dimana:
V = tegangan
(volt)
E = energi
(joule)
I = arus
(ampere)
t
= waktu
(detik)
P = daya
(watt)
R = hambatan
(ohm)
Analogi panas dan listrik Jika dibandingkan antara panas dan listrik maka dapat diperoleh
informasi hubungan antara panas dengan listrik seperti yang terlihat pada Tabel 2.1 berikut ini. Tabel 2.1 Analogi Hubungan Panas-Listrik
Kualitas
2.2
Panas/Kalor
Listrik
Potensial
Beda temperatur (∆T)
Voltase (V)
Arus
Laju perpindahan panas (q)
Kuat arus (I)
Tahanan
Tahanan termal (R)
Tahanan listrik (R)
Sterilisasi Sterilisasi yaitu proses atau kegiatan membebaskan suatu bahan atau
benda dari semua bentuk kehidupan. Lamanya sterilisasi tergantung dari volume dan jenis. Alat-alat dan air disterilkan selama 1 jam, tetapi media antara 20-40 menit tergantung dari volume bahan yang disterilkan.[3] Sterilisasi media yang terlalu lama menyebabkan: 1) Penguraian gula 2) Degradasi vitamin dan asam-asam amino 3) Inaktifasi sitokinin zeatin riboside 4) Perubahan pH yang mengakibatkan depolimerisasi agar (jelly) Perebusan bukanlah metoda sterilisasi, sterilisasi umumnya dilakukan menggunakan autoklaf yang menggunakan panas bertekanan. Bukan pula dekontaminasi, dekontaminasi adalah langkah pertama dalam menangani peralatan, perlengkapan, sarung tangan dan benda-benda lainnya yang terkontaminasi. Sebenarnya pencucian merupakan sebuah cara yang efektif untuk
II-9
melemahkan sebagian besar mikroorganisme pada peralatan dan instrumen yang
kotor atau sudah digunakan tetapi masih banyak kekurangan dari metode ini.
2.2.1 Macam-Macam Sterilisasi
Menurut Prof. Dr. D. Dwidjoseputra (1989)[3], cara sterilisasi yang
digunakan tergantung pada macam bahan dan sifat bahan yang akan disterilkan.
Untuk itu ada beberapa jenis sterilisasi seperti : 1) Cara pemanasan
2) Cara mekanik 3) Cara sterilsiasi dengan desinfektan
2.2.1.1 Cara Pemanasan 1. Pemijaran (dengan api langsung) yaitu membakar alat pada api secara langsung (jarum inokulum, pinset, batang L). 2. Penyinaran dengan UV adalah penyinaran menggunakan sinar ultra violet yang dapat digunakan untuk proses sterilisasi, misalnya untuk membunuh mikroba yang menempel pada permukaan interior safety cabinet. 3. Panas kering adalah sterilisasi dengan oven kira-kira 60-1800C. Sterilisasi panas kering cocok untuk alat yang terbuat dari kaca. 4. Konsep uap air panas ini mirip dengan mengukus, bahan yang mengandung air lebih tepat menggunakan metoda ini supaya tidak terjadi dehidrasi. 5. Uap air panas bertekanan dimana metode dengan menggunakan autoklaf yang telah banyak digunakan di pasaran. 2.2.1.2 Cara Mekanik Sterilisasi secara mekanik (filtrasi) menggunakan suatu Saringan yang berpori sangat kecil (0.22 mikron atau 0.45 mikron) sehingga mikroba tertahan pada Saringan tersebut. Proses ini ditujukan untuk sterilisasi bahan yang peka panas, misalnya larutan enzim dan antibiotik. 2.2.1.3 Cara Sterilisasi dengan Desinfektan Sterilisasi
menggunakan
desinfektan
merupakan
cara
untuk
membunuh mikroorganisme penyebab penyakit dengan bahan kimia atau secara fisik, hal ini dapat mengurangi kemungkinan terjadi infeksi dengan cara
II-10
membunuh mikroorganisme patogen (Irwanto, 2009). Sedangkan desinfektan
didefinisikan sebagai bahan kimia atau pengaruh fisika yang digunakan untuk
mencegah terjadinya infeksi atau pencemaran jasad renik seperti virus dan bakteri.
2.2.2 Cairan Kimia Sterilisasi
Dalam kimia organik, klorin adalah senyawa aromatik heterosiklik
yang terdiri dari tiga pirola dan satu pirolina yang bergandengan melalui empat
tautan metina. Tidak seperti porfirin, klorin tidaklah senyawa aromatik pada keseluruhan walaupun memiliki komponen pirola yang aromatik. Klorin yang
berkompleks dengan magnesium disebut klorofil dan merupakan pusat pigmen
fotosensitif kloroplas. Senyawa terkait dengan dua pirola yang tereduksi disebut
bakterioklorin. Oleh karena fotosensitivitasnya, klorin digunakan sebagai agen fotosensitif pada terapi percobaan laser kanker. Mensterikan peralatan dengan menggunakan bahan kimia seperti alkohol, klorin, sublimat, uap formalin, khususnya untuk peralatan yang cepat rusak bila terkena panas. Misalnya sarung tangan, kater, dan lain-lain. 2.3
Teori Perpindahan Kalor Perpindahan panas merupakan ilmu untuk memprediksi perpindahan
energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk memprediksi laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.[4][5][6] 2.3.1
Konduksi Konduksi merupakan perpindahan panas dari partikel yang lebih
berenergi ke partikel yang kurang berenergi yang saling berdekatan dari sebuah bahan karena interaksi antara partikel tersebut (Gambar 2.8). Contoh: semakin panasnya (hangat) sendok yang tercelup dalam secangkir kopi panas. Persamaan laju perpindahan panas secara konduksi adalah:
II-11
q
.......................(5)
∂T/∂x = gradien temperatur ke arah perpindahan panas k
∂T ∂x = laju perpindahan panas konduksi q = −kA
= konduktivitas atau kehantaran termal benda dengan tanda minus
menunjukkan aliran kalor ke tempat yang bertemperatur lebih rendah
A
= sebagai luas permukaan yang mengalami perpindahan panas tersebut.
Gambar 2.8 Perpindahan panas konduksi[7]
2.3.2
Konveksi Konveksi merupakan perpindahan panas antara permukaan solid yang
berdekatan dengan fluida yang bergerak atau mengalir dan itu melibatkan pengaruh konduksi dan aliran fluida (Gambar 2.9). Contoh, sebuah plat besi panas akan lebih cepat dingin jika diletakkan di depan kipas angin dibandingkan dengan jika diletakkan begitu saja di udara terbuka. Holman merumuskan persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara konveksi adalah[6]: q = hA(Ts-T∞)
q
= laju perpindahan panas konveksi
h
= koefisien perpindahan-kalor konveksi
.....................(6)
II-12
A Ts
T∞
= luas permukaan yang mengalami perpindahan panas = temperatur permukaan benda solid yang dilalui fluida yang mengalir = temperatur fluida yang mengalir berdekatan dengan permukaan benda
solid.
Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konveksi[7]
2.3.3
Radiasi Radiasi, merupakan perpindahan energi karena emisi gelombang
elektromagnet (Gambar 2.10). Contoh, kehangatan sewaktu berada di dekat api unggun. Holman persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara radiasi adalah:[5] q = εAσ(Ts4- Tsur4) q
= laju perpindahan panas radiasi
ε
= sifat radiasi pada permukaan (emisivitas)
A
= luas permukaan
σ
= konstanta Stefan-Boltzmann (5.67 x 10-8 W/m2K4),
Ts
= temperatur absolute permukaan
Tsur
= temperatur sekitar
Gambar 2.10 Perpindahan panas dengan radiasi[7]
....................(7)
II-13
2.3.4 Konduksi-Konveksi
Dalam keadaan sebenarnya ketiga jenis mekanisme tersebut terjadi
secara serentak (bersamaan) di dalam sistem, hanya saja peranan dari masingmasing mekanisme tersebut tidak sama besar. Perpindahan panas radiasi menjadi lebih dominan apabila benda mempunyai temperatur yang relatif tinggi karena
laju panasnya sebanding dengan fungsi temperatur pangkat empat. Bila temperatur tersebut konstan, maka proses perpindahan panas tersebut dikatakan stasioner (tidak dipengaruhi oleh waktu) dan bila temperatur berubah-ubah, maka perpindahan panas tersebut tidak stasioner. proses
Kalor yang dihantarkan melalui benda sering harus dibuang atau
diserahkan melalui proses konveksi. Umpamanya, rugi kalor karena konduksi melalui dinding tanur harus dilepas ke lingkungan melalui konveksi (Gambar 2.11). q
T Rt2 q T Rtq3 T Rt4q T
Rt1 Ta
1
TA
T1
2
T1 Rt1
q
Tb 3 T3 T2 4 T T2 T T3 T TB
Rt2
Rt3
Rt4
Gambar 2.11 Konduksi - Konveksi
Berdasarkan Gambar diatas, laju aliran panas secara konduksikonveksi yaitu: Rtek = Rt1 + Rt2 + Rt3 + Rt4 r r ln r2 ln r3 1 1 1 2 Rtek = + + + hca . A1 2πK ss L 2πK gw L hcb . A3 Rtek = 2.4
ΔT q
...................(8)
Material Komponen Autoklaf Material komponen autoklaf ini terdiri dari material bejana tekan,
material isolator panas dan material seal. Dibawah ini merupakan penjelasan material komponen autoklaf.
q T T
II-14
2.4.1 Material Bejana Tekan
Pemilihan material untuk bejana tekan ini dibuat dengan kualitas food
grade. Untuk autoklaf uap digunakan baja karbon tetapi presentase campurannya sedikit karena agar mengurangi dampak terjadinya korosi.
Dalam ilmu metalurgi, baja stainless juga dikenal sebagai inox baja
atau inox dari Perancis "inoxydable" yang didefinisikan sebagai baja paduan dengan minimal 10,5% atau 11% kromium konten dengan massa. Stainless steel digunakan di mana kedua sifat-sifat baja dan ketahanan terhadap korosi yang [8] diperlukan.
Stainless steel berbeda dari baja karbon dengan jumlah kromium yang
ada. Karbon baja yang tidak dilindungi akan mudah berkarat bila terkena udara dan kelembaban. Oksida besi karat aktif ini mempercepat korosi dengan membentuk oksida besi lebih. Baja tahan karat mengandung kromium yang cukup untuk membentuk lapisan pasif oksida kromium yang berfungsi untuk mencegah korosi permukaan lebih lanjut dan menyebar ke struktur internal logam. Gambar 2.12 merupakan objek yang terbuat dari material stainless steel.
Gambar 2.12 Stainless steel[8]
Ada berbagai jenis baja tahan karat yang dapat digunakan, berikut klasifikasi baja tahan karat dilihat berdasarkan struktur kristalnya.[8] 1. Austenitik atau seri 300, baja tahan karat mengandung lebih dari 70% dari total produksi baja stainless. Baja tersebut berisi karbon maksimal 0,15%, minimal 16% kromium dan nikel yang cukup dan mangan untuk mempertahankan struktur Austenitik pada semua temperatur dari kriogenik wilayah ke titik leleh paduan. Komposisi khas dari 18% kromium dan nikel 10%, umumnya dikenal sebagai 18/10 steel, sering digunakan dalam sendok garpu 18/0 dan 18/8 juga tersedia.
II-15
2. Feritik baja stainless umumnya memiliki sifat teknis lebih baik daripada
nilai Austenitik tetapi telah mengurangi ketahanan korosi karena kromium yang lebih rendah dari kandungan nikel. Baja campuran ini berisi 10,5%
kromium dan 27% nikel tetapi terdapat beberapa jenis yang mengandung timbal.
3. Martensit baja tahan karat yang tidak tahan korosi sebagai kelas kedua tetapi sangat kuat dan tangguh serta sangat machinable dan dapat
dikeraskan dengan perlakuan panas. Martensit Stainless steel mengandung kromium (12-14%), molibdenum (0,2-1%), nikel (kurang dari 2%), dan karbon (sekitar 0,1-1%). Hal tersebut memberikan efek kekerasan lebih
tetapi membuat bahan yang sedikit lebih rapuh.
2.4.2
Material Isolator Panas dan Casing Pada material isolator
panas ada beberapa jenis yang dapat
digunakan, diantaranya glass wool dan fiber glass. Sedangkan untuk casing yang dapat digunakan yaitu material jenis alumunium. Berikut ini adalah penjelasan tentang material isolator panas dan casing. Alumunium[9][10] Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, namun merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga (Gambar 2.13). Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik, dan kembang api.
Gambar 2.13 Alumunium[10]
II-16
Alumunium merupakan konduktor listrik yang baik sehingga disebut
konduktor yang baik juga untuk perpindahan panas. Alumunium juga dapat
ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang yang tahan terhadap korosi. Sifat-sifat alumunium antara lain:
1. Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan untuk alat rumah tangga seperti panci, wajan dan lain-lain. 2. Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat, dan rokok.
3. Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan sebagai
kabel tiang listrik. 4. Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium (campuran Al, Cu, mg) untuk pembuatan badan peswat. 5. Alumunium sebagai zat reduktor untuk oksida MnO2 dan Cr2O3. Glass Wool[11] Glass wool adalah bahan isolasi yang terbuat dari fiberglass, disusun menjadi sebuah tekstur yang mirip dengan wol. Glass wool (Gambar 2.14) diproduksi dalam gulungan atau lembaran dengan sifat mekanik dan termal yang berbeda.
Gambar 2.14 Glass Wool[12]
Glass wool adalah isolasi termal yang terdiri dari serat kaca yang saling terkait dan fleksibel. Glass wool ini bisa menjadi bahan untuk mengisi kelonggaran dan dapat digunakan juga untuk melindungi permukaan datar seperti insulasi dinding rongga, ubin langit-langit, dinding tirai serta sebagai ducting. Hal
II-17
ini juga digunakan untuk melindungi pipa agar tidak ada pengaruh apapun dari
luar.
Fiber Glass[11] Fiber glass adalah salah satu bahan isolasi yang ringan, sangat kuat,
dan kuat. Meskipun sifat kekuatan yang agak lebih rendah dari serat karbon dan
kurang kaku, bahan yang biasanya jauh lebih sedikit rapuh, dan bahan baku jauh
lebih murah (Gambar 2.15). Kekuatan curah dan sifat berat badan juga sangat menguntungkan bila dibandingkan dengan logam, dan dapat dengan mudah
dibentuk menggunakan proses molding.
Penggunaan umum dari fiber glass diperuntukan isolasi di perahu,
mobil, mandi, kolam air panas, tangki air, atap, pipa, cladding, gips dan kulit pintu eksternal.
Gambar 2.15 Fiber glass[11]
2.4.3
Material Seal Material seal yang dapat digunakan untuk mencegah kebocoran uap
panas pada celah antara tutup dan bejana tekan yaitu silikon rubber, polyuretan, teflon dan lainnya. Berikut adalah penjelas mengenai material seal. Silikon Rubber[12] Silikon rubber adalah elastomer (seperti bahan karet) yang terdiri dari silikon murni yang merupakan polimer yang mengandung silikon yang dikombinasikan dengan karbon, hidrogen, dan oksigen (Gambar 2.16). Karet silikon umumnya tidak reaktif, stabil dan tahan terhadap lingkungan yang ekstrim dan temperatur dari -55 °C hingga lebih dari 300 °C sambil tetap mempertahankan sifat manfaatnya. Pada temperatur ekstrim, kekuatan, elongasi tarik, kekuatan
II-18
sobek dan set kompresi bisa jauh lebih unggul karet konvensional meskipun
relatif masih rendah untuk bahan lainnya. Gambar 2.16 Silicon Rubber[12]
Poliuretan[12] Poliuretan adalah jenis polimer yang sangat unik dan luas
pemakaiannya. Poliuretan ditemukan pada tahun 1937 oleh Prof. Otto Bayer
sebagai pembentuk serat yang didesain untuk menandingi serat nilon (Gambar 2.17). Tetapi penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa poliuretan bukan saja bisa digunakan sebagai serat, tapi dapat juga digunakan untuk membuat busa (foam), bahan elastomer (karet/plastik), lem, pelapis (coating), dan lain-lain.[5]
Gambar 2.17 Poliuretan[12]
Aplikasi poliuretan paling banyak (sekitar 70%) adalah sebagai bahan busa, kemudian diikuti dengan elastomer, baru kemudian sebagai lem dan pelapis. Pembuatan busa dari poliuretan dimungkinkan dengan menggunakan agen pengembang (blowing agent), yang akan menghasilkan gas pada saat terjadi reaksi sehingga poliuretan dapat membentuk busa. Jika poliuretan yang digunakan bersifat lunak, maka yang dihasilkan adalah busa lunak seperti pada kasur busa, alas kursi dan jok mobil. Ada juga jenis busa kaku (rigid foam), seperti pada insulasi dinding, insulasi lemari es, atau insulasi kedap suara. Busa poliuretan bersifat ulet dan tidak mudah putus.
II-19
2.5
Pengujian Autoklaf
Pada saat merancang sebuah alat atau produk sebaiknya dilakukan
pengujian alat tersebut untuk memastikan bahwa alat tersebut aman untuk digunakan. Dalam hal ini, ketika merancang sebuah autoklaf maka autoklaf tersebut haruslah di uji menggunakan pengujian yang berkaitan dengan metode
pengujian yang digunakan. 2.5.1. Non Destructive Test
NDT merupakan salah satu teknik pengujian material tanpa merusak
benda ujinya. Pengujian dapat mendeteksi secara awal timbulnya crack pada
material tanpa menunggu material tersebut gagal di tengah operasi.
Beberapa metoda inspeksi NDT yang umum digunakan anatara lain: Pengamatan visual (Visual Inspection) Partikel magnetik (Magnetic Particle Inspection) Liquid penetrasi (Dye Penetrant Testing) Ulrasonic Inspection Sinar X (Radio Graphy X-Ray dan Gama Ray) Arus Eddy (Eddy Current Inspection) Dalam pembahasan ini, metode yang digunakan adalah metode Visual Test dan Liquid Penetrant test. Metoda pertama kali untuk mengetahui cacat permukaan melalui indra pengelihatan yakni pengamatan secara visual. Dalam hal ini pengamatan visual sangatlah penting dalam menentukan material yang akan digunakan. Sebelum menggunakan metoda lain untuk mengetahui cacat permukaan atau cacat las pengamatan visual terlebih dahulu digunakan. Metoda Liquid Penetrant test digunakan untuk mengamati retak permukaan, porositas atau cacat-cacat lain yang tidak bisa diamati dengan mata (invisible). Pengujian ini menggunakan cairan berwarna yang dilengkapi dengan bubuk absorbsen berwarna putih. Cairan penetrasi mempunyai viskositas rendah agar memiliki daya alir yang baik sehingga dapat masuk kedalam retakan yang halus dan kecil. Pada Gambar 2.18 diperlihatkan kinerja dari penetrant test.
II-20
Gambar 2.18 Penetran Test
Hampir semua material dengan permukaan yang halus atau tidak
berpori dapat diinspeksi dengan liquid penetrasi, sehingga akan ditemukan diskontinuitas dipermukaannya.[14][15]
Pengujian Tekanan Hidrostatik 2.5.2.
Tekanan hidrostatik adalah berat kolom air yang biasa diukur dalam atmosfir (atm). Anikouchine dan Sternberg (1981) mengatakan bahwa tekanan air pada setiap arah pada suatu badan air memiliki besaran yang sama, air akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan lebih rendah. Tekanan hidrostatik bertambah secara konstan seiring dengan bertambahnya kedalaman air. Setiap kedalaman 10 m tekanan hidrostatik bertambah sebesar 1 atm. Dengan demikian pada kedalaman 100 m ikan akan mengalami tekanan sebesar 10 atm atau setara dengan 10,03 kg pada setiap luasan 1 cm2 dari tubuhnya yang berlaku secara proporsional, artinya tekanan hidrostatik yang dialami ikan tersebut sama pada seluruh bagian tubuhnya (Helfmanet al, 1997).[4][16][17] Definisi dari pengujian tekanan menggunakan metode hidrostatik yaitu pengujian terhadap suatu benda/alat dengan menggunakan air sebagai media penekannya dan pompa sederhana yang dapat dilihat pada Gambar 2.19 sebagai alat penekanannya. [18]
Gambar 2.19 Hand Pump
II-21
Pompa penekan air ini dilengkapi dengan pressure gauge, bak
penampung air dan pengungkit air, pressure gauge disini berfungsi sebagai
indikator tekanan yang diberikan oleh pompa terhadap sampel yang akan di uji dengan air sebagai medianya, selanjutnya yaitu bak penampung air yang berfungsi sebagai tempat menyimpan air yang akan di pomapakan kedalam sampel yang
akan di uji, dan yang terakhir yaitu pengungkit yang berfungsi memompakan air dari dalam bak penampung air ke dalam sampel yang akan di uji hingga tekanannya sesuai dengan yang ditentukan.
Detail dari pengujian tekanan menggunakan metode hidrosatik yaitu
untuk setiap sampel yang akan diuji biasanya diberikan tekanan hingga dua kali
tekanan kerja sampel tersebut. Untuk setiap pengujian hidrostatik biasanya dilakukan dilembaga resmi, ini ditujukan agar prosedur pengujian sesuai dengan standar dan apabila pengujian tersebut berhasil biasanya lembaga tempat dilakukannya pengujian mengeluarkan surat resmi yang menyatakan alat aman digunanakan pada tekanan tertentu. Salah satu lembaga yang menyediakan pengujian tekanan menggunakan metode hidrostatik yaitu B4T yang berlokasi di Jl. Sangkuriang No. 14 Bandung.[18] 2.5.3. Pengujian Fungsi Alat Pengujian fungsi alat (Gambar 2.20)
ini merupakan pengujian
terakhir setelah pengujian-pengujian lain dilakukan. Hal ini perlu diadakan untuk mengetahui kinerja sebuah alat tercapai atau tidaknya sebelum dioperasikan terus menerus agar mengurangi dampak kerusakan alat. Untuk pengujian alat ini sendiri dilakukan setelah alat selesai sempurna karena berpengaruh terhadap performa kinerja alat.
II-22
2.6
Gambar 2.20 Pengujian Alat Autoklaf Industri[2]
Rumus Perhitungan Uap, Daya dan Bejana Tekan Keberhasilan suatu alat sangat dipengaruhi oleh cara menghitung dan
menganalisis suatu sistem kerjanya. Berikut perhitungan yang digunakan dalam pengerjaan rancang bangun autoklaf ini. 2.6.1
Perhitungan Uap Uap terbentuk menjadi tiga jenis yaitu uap basah, uap kering dan uap
super panas. Dibawah ini menjelaskan mengenai perhitungan uap. [16][17] Uap basah dan uap kering Uap basah adalah uap yang mengandung air. Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa kadar uap (x) tersebut adalah: x=
ṁu ṁu = ṁu + ṁa ṁtot
Dimana:
.......................(9)
x
= fraksi uap
mu
= massa uap
(kg)
ma
= massa air
(kg)
Untuk uap saturasi basah: x < 1 sedangkan untuk uap saturasi kering x=1, maka enthalpi saturasi (hsat) : hsat Dimana: hsat hf
= hf + xL
.............................(10)
= enthalpi uap saturasi
(kJ/kg)
= enthalpi air permulaan
(kJ/kg)
L = hfg = panas laten
(kJ/kg)
II-23
2.6.2 Perhitungan Daya
Dalam menentukan kalor dan daya diperlukan adanya analisis
mengenai perhitungan daya efisiensi seperti penjelasan dibawah ini. [16][17]
Kalor Kalor yang dibutuhkan untuk pemanasan awal baik bahan ataupun air Q = m.Cp.∆T
Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air
.................(11)
Q = x.m.Lv m
= massa (kg)
x
= fraksi uap
.................(12)
Cp = panas jenis air (4,186 kJ/kg°C) Lv = kalor laten air (kJ/kg)
∆T = Perubahan Suhu (0C)
Q = panas yang dihasilkan (Joule)
Daya (P) P=
Qin t .................(13)
P = Daya (watt) Qin = Kalor Masuk (kJ) T = Waktu (detik) 2.6.3. Perhitungan Bejana Tekan Menurut ASME Section IV Rules For The Construction of Heating Boilers pembuatan bejana tekan umumnya berbentuk silinder atau bulat seperti Gambar 2.21. [19][20]
Gambar 2.21 Dinding Bejana Tekan[20]
II-24
Proses fabrikasi bejana bulat sangat sulit sehingga bejana silinder
lebih banyak digunakan pada dunia industri. Badan bejana harus dilengkapi
dengan penegak untuk mencegah terjadinya tegangan lebih atau distorsi yang berasal dari beban eksternal yang besar.
2.6.4. Perhitungan Tutup Tabung
Pada tekanan internal yang tinggi, silinder dan tutup cenderung
memuai. Ujung material akan mengalami penambahan panjang. Deformasi yang tidak sama akan mengakibatkan tegangan lentur dan geser pada sambungan.
Antara ujung dari silinder dan penutup harus terdapat kontinuitas fisis. Karena
pertimbangan ini ujung bejana dibuat melengkung. [19][20]
1. Tipe Sphere dan Hemi Sphere (Gambar 2.22)
Gambar 2.22 Tutup Bejana tipe Sphare[20]
𝑡=
𝑃𝑅 2𝑆𝐸 + 0,8𝑃 ...................(14)
2. Tipe Ellipsoidal (Gambar 2.23)
Gambar 2.23 Tutup Bejana Tipe Ellipsoidal[20]
𝑡=
𝑃𝐷 2𝑆𝐸 + 1,8𝑃 ...................(15)
II-25
3. Tipe Cone dan Conical (Gambar 2.24)
Gambar 2.24 Tutup Bejana Tipe Cone[20]
𝑡=
𝑃𝐷 2𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑆𝐸 + 0,4𝑃)
................... (16)
4. Tipe Torispherical (ASME Flanged dan Dished Head) (Gambar 2.25)
Gambar 2.25 Tutup Bejana Tipe Torisphereical[20] 𝐿
2
Jika𝑟 = 16 3
.............................(17) 𝑡=
𝐿
0,885𝑃𝐿 𝑆𝐸 + 0,8𝑃
2
Jika𝑟 < 16 3
.............................(18) 𝑡=
𝑃𝐿𝑀 2𝑆𝐸 + 𝑃(𝑀 − 0,2)
α ≤ 30°, jika lebih dari 30° maka ada perhitungan khusus.
P
= desain tekanan atau tekanan maksimal yang bekerja pada ketel uap
S
= nilai tegangan dari material (Psi atau Pa)
E
= efisiensi dari pengelasan
R
= jari-jari bagian dalam ketel uap (inchi atau mm)
D
= diameter bagian dalam ketel uap (inchi atau mm)
α
= sudut puncak tutup ketel uap ( º )
L
= diameter bagian dalam dari tutup tipe Torishperical (inchi atau mm)
r
= jari-jari knuckle bagian dalam V (inchi atau mm)
t
= ketebalan tutup V (inchi atau mm)
M
= faktor M dicari dari L/r
