1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pengembangan ilmu dan prinsip teknik dalam bidang medis saat ini telah
mendapat banyak perhatian pada kemajuan teknologi dewasa ini. Penggabungan
kemampuan desain dan pemecahan masalah keteknikan dalam bidang medis
digunakan dalam berbagai keperluan, seperti diagnosa, pengawasan, dan terapi.
Alat terapi oksigen hiperbarik merupakan salah satu peralatan medis yang dibuat
dengan mengaplikasikan prinsip-prinsip ilmu teknik mesin. Pengembangan alat ini
telah dilakukan pada skema penelitian Riset Andalan Perguruan Tinggi dan Industri
(RAPID) dalam durasi waktu tiga tahun.
Terapi oksigen hiperbarik atau hyperbaric oxygen therapy (HBOT) adalah
suatu terapi yang dilakukan dengan cara memberikan 100% oksigen bertekanan
kepada pasien (Mahdi, dkk., 1999). Terapi ini dilakukan di dalam suatu ruangan
hiperbarik (hyperbaric chamber) dengan tekanan yang lebih besar dari tekanan
atmosfir (hingga mencapai 3 ATA). Pada mulanya, HBOT digunakan untuk
menyembuhkan decompression sickness yang sering dialami oleh para penyelam.
Seiring dengan berjalannya waktu, HBOT juga efektif dalam menyembuhkan
berbagai penyakit yang berhubungan dengan restrukturisasi sel-sel dan jaringan
tubuh yang rusak.
Dewasa ini, penggunaan HBOT semakin populer karena dapat membantu
proses penyembuhan komplikasi diabetes melitus (Otaria, 2008). Hal tersebut
tentunya sesuai dengan kondisi masyarakat Indonesia yang mana jumlah
penderitanya menempati urutan ke-7 dunia (IDF, 2014). Lebih dari itu, HBOT juga
dipergunakan untuk menjaga kecantikan, kebugaran, awet muda, serta untuk
meningkatkan stamina. Akan tetapi, kesediaan alat HBOT di Indonesia sangatlah
terbatas. Hal ini menunjukkan bahwa perlu adanya upaya pengembangan alat
HBOT.
1
2
Hyperbaric chamber adalah salah satu komponen utama alat HBOT yang
merupakan ruangan bertekanan tempat pasien menjalani terapi. Chamber harus
memiliki kekuatan untuk mampu menahan tekanan terapi. Selain chamber, juga ada
komponen-komponen lainnya seperti sistem kontrol oksigen, sistem kontrol
tekanan chamber dan pengkondisian udaranya, serta peralatan monitoring untuk
keamanan. Chamber merupakan bagian fundamental sehingga perlu dirancang
terlebih dahulu yang mana kemudian menjadi acuan untuk perancangan komponenkomponen lainnya.
Perancangan awal hiperbarik chamber telah dilakukan sebelumnya oleh
Haryanto (2013) pada monoplace chamber dan Cahya (2013) pada multipalce
chamber. Rancangan multiplace chamber tersebut kemudian ditindaklanjuti
kembali Putro (2015) dan Wicaksono (2015) dalam penelitian RAPID pada tahun
pertama. Akan tetapi, ukuran ketebalan material dari pabrik pada umumnya
memiliki ketebalan toleransi sehingga dikhawatirkan material yang datang lebih
tipis (kriteria kurus) dari pada material yang dipesan. Oleh karena itu, diperlukan
tinjauan kembali pada kekuatan desain chamber Wicaksno dengan menggunakan
material kriteria kurus berdasarkan ukuran toleransi dari pabrik dengan
mempertahankan dimensi internalnya.
Sistem kontrol diperlukan pada temperatur udara masuk dengan laju aliran
konstan agar temperatur dan tekanan udara tetap terjaga pada setiap tahap terapi.
Terapi pada penyakit dekompresi memiliki tahap yang berbeda dari terapi penyakit
klinis lainnya. Terapi penyakit dekompresi terdiri dari 5 tahap yaitu: Tahap
Kompresi, Tahap Terapi 1, Tahap Dekompresi 1, Tahap Terapi 2, dan Tahap
Dekompresi 2 yang mana tekanan chamber diturunkan kembali menjadi tekanan
atmosfir. Namun terdapat heat source Oleh karena itu, diperlukan alat
pengkondisian udara untuk mengatasi beban pendinginan sehingga temperatur
dapat tetap terjaga. Namun, fenomena yang terjadi pada setiap tahap terapi juga
berbeda. Sebagai contoh, pada Tahap Kompresi yang dilakukan dalam waktu yang
relatif cepat dapat mengakibatkan terjadinya peningkatan temperatur sehingga
udara masuk harus lebih dingin dibandingkan dengan kondisi lainnya. Hal ini perlu
3
diprediksikan sehingga dapat memperoleh program kontrol temperatur aliran udara
agar tekanan dan temperatur pada setiap tahapan terapi dapat terjaga sesuai dengan
standar terapi serta kenyamanan pasien.
Dalam menganalisis desain yang sangat kompleks dan sulit untuk dilakukan
secara analitik, pendekatan secara numerik merupakan salah satu metode alternatif
untuk diterapkan dalam penelitian ini. Dengan berkembang pesatnya hardware dan
software komputer pada saat ini, metode numerik dapat diaplikasikan dengan
kemampuan komputasi yang cepat dan akurat. Selain itu, berbagai aplikasi
komputer
telah
dikembangkan
mampu
memberikan
kemudahan
dalam
memodelkan bentuk sehingga mempercepat dalam proses desain dan input data.
Dalam tesis ini, tinjauan kekuatan (stress review) chamber pada saat diberi
tekanan dilakukan dengan metode finite element analysis (FEA), sedangkan
simulasi aliran udara pada saat proses terapi dilakukan dengan computational fluid
dynamic (CFD). Dengan menggunakan metode numerik diharapkan dapat
memberikan hasil yang berupa informasi lebih detail yang mana sulit atau bahkan
tidak dapat diketahui baik secara analitik maupun melalui eksperimen.
Alat ini akan dioperasikan pada cooling load (kondisi lingkunagan, jumlah
pasien, serta peralatan di dalam chamber) yang berbeda-beda. Untuk itu, perlu
diprediksikan temperatur masuk pada kondisi yang berbeda-beda setiap tahap
dalam terapi. Selain itu, untuk memastikan keamanan chamber, kekuatan chamber
perlu ditinjau ulang dengan menggunakan material kriteria kurus. Oleh karena itu,
penelitian pada tesis ini menggunakan data dimensi, dan konfigurasi internal desain
chamber Wicaksono (2015) baik pada analisis aliran untuk prediksi sistem kontrol
maupun pada tinjauan kekuatan chamber. Adapun posisi penelitian pada tesis ini
dalam skema penelitian RAPID dengan judul Pengembangan Alat Terapi Oksigen
Hiperbarik Multiplace ditunjukkan pada Gambar 1.1.
4
1. Preliminary
2. Modifikasi
3. Real Material
Gambar 1.1 Skema penelitian RAPID
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Perlu dilakukan simulasi aliran udara pada semua tahap terapi penyakit
dekompresi dengan variasi beban pendinginan (cooling load).
2. Perlu adanya analisis kekuatan chamber dengan menggunakan ukuran
ketebalan material yang lebih tipis berdasarkan ukuran toleransi material
dari pabrik (material kriteria kurus).
1.3.
Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Ruang lingkup dan batasan masalah dalam penelitian yang dilakukan adalah
sebagai berikut:
•
Studi numerik dilakukan pada aliran saat terapi penyakit dekompresi serta
tinjauan kekuatan desain chamber dengan menggunakan ukuran ketebalan
material lebih tipis sesuai dengan toleransi material.
•
Ukuran chamber berdasarkan data dimensi internal pada desain modifikasi
2 yang dilakukan oleh Wicaksono (2015).
5
•
Kapasitas chamber yang di rancang adalah maksimum enam orang pasien
dan satu orang perawat.
•
Tekanan internal maksimum chamber adalah 3 ATA (𝑃𝑔𝑎𝑔𝑒 = 202650 Pa)
dengan faktor keamanan 2.
•
Simulasi aliran dengan transient dilakukan pada Tahap Kompresi, Tahap
Dekompresi 1, dan Tahap Dekompresi 2, sedangkan simulasi steady
dilakukan pada Tahap Terapi 1, dan Tahap Terapi 2.
•
Sistem terapi adalah tertutup sehingga ventilasi diabaikan pada perhitungan.
•
Efek kelembaban udara (RH dan beban pendinginan laten) tidak
perhitungkan dalam simulasi, sehingga diabaikan juga pada perhitungan.
•
Inisialisasi (kondisi awal, t = 0) pada all zone chamber adalah berada pada
tekanan atmosfer dan temperatur ambient.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memperoleh data untuk kontrol aliran udara yang representatif dalam
menjaga tekanan dan temperatur untuk SOP saat terapi penyakit
dekompresi.
2. Untuk memastikan kekuatan desain chamber masih aman dengan ketebalan
material kriteria kurus sesuai dengan ukuran toleransi dari pabrik.
1.5.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini untuk pengembangan alat
terapi oksigen hiperbarik dalam skema RAPID ini adalah memperoleh prediksi
SOP pada pengoperasian alat terapi pada saat terapi penyakit dekompresi. Selain
itu, manfaat penelitian ini juga untuk menjamin kekuatan chamber tetap aman
menggunakan material kriteria kurus.