BAB II TINJAUAN PUSTAKA. untuk menyimpan 20 ampul yang berkapasitas 10ml/ampul insulin dengan

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu Dari peneliti Arliandra telah meneliti tentang desain kotak penyimpan untuk menyimpan 20 ampul yang berkapasitas 10ml/ampul insulin dengan menggunakan modul termoelektrik. Ampul tersebut diletakkan di dalam selongsong aluminium dan menggunakan media air untuk mendinginkan selongsong tersebut[5]. Alat ini dirancang supaya bisa menjaga temperature insulin dalam batasannya. Kotak insulin kemudian dibuat dan diuji sebagai langkah untuk merealisasikan desain tersebut. Pada proses pembuatan, terdapat beberapa modifikasi yang dilakukan karena permasalahan yang ditemui pada saat proses manufaktur maupun ketersediaan barang di pasaran. Pengujian dilakukan terhadap kotak pendingin untuk mengetahui kinerjanya. Terdapat empat jenis kondisi yang diberikan pada saat pengujian, yakni kotak berisi air saja berisi air dan selongsong kosong berisi air, selongsong, dan ampul kosong berisi air, selongsong, dan ampul berisi air. Pengujian dilakukan dengan mengukur temperature diukur pada dinding selongsong dan air. Temperature selongsong terendah yang bisa dicapai dengan pembebanan penuh mencapai 13 C dalam waktu 190 menit. Kekurangan dari penelitian ini adalah masih menggunakan media air sebagai percepat suhu dingin, dan kotak penyinpanan insulin hanya bisa menyimpan 20 ampul yang berkapasitas 10ml/ampul, sedangkan temperature maksimal yang tercapai adalah 13 C selama 190 menit. 5

2 6 2.2 Landasan Teori Insulin`. Hormon ini sendiri tersusun atas protein fungsional yang disintesis tubuh agar dapat menjalankan fungsi tertentu. Sebagaimana struktur protein pada umumnya, hormon insulin merupakan protein dengan berat molekul rendah yang terdiri dari dua untaian asam amino[8]. Masing-masing rantai kemudian dihubungkan oleh ikatan disulfida. Satu-satunya kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon insulin yakni organ pankreas. Lebih spesifik yakni pada sel-sel beta yang tergabung dalam Pulau Langerhans di pankreas. Mekanisme sintesis hormon insulin juga sama seperti penyusunan protein lain, yakni diawali dengan transkripsi Ribose Nueleic Acid (RNA) oleh Deoxyribose Nucleic Acid (DNA), kemudian ditranslasi oleh ribosom yang berada dalam sel-sel beta tersebut[9]. Tipe insulin bervariasi bergantung pada seberapa cepat insulin bekerja, waktu kerja maksimal, dan durasi kerja insulin dalam tubuh. Karena terapi insulin selalu membutuhkan peningkatan dosis dan tidak nyaman, banyak dokter merekomendasikan penggunaan insulin basal dengan insulin yang diberikan pada waktu makan saat dibutuhkan. Insulin basal ditujukan untuk menjaga kadar glukosa darah tetap terkendali selama periode puasa atau tidur. Terdapat dua jenis insulin basal, yaitu insulin intermediate-acting (kerja sedang) dan insulin longacting (kerja-panjang). Untuk menyerupai mekanisme tubuh pasien sehat dalam melepaskan insulin, insulin bolu s (insulin short-acting ((kerja singkat) atau rapid-acting (kerja-cepat)) harus diberikan untuk mencegah peningkatan kadar glukosa darah setelah makan[10].

3 7 Premixed insulin memiliki kombinasi insulin kerja-sedang dan kerja-cepat dalam jumlah yang spesifik dalam 1 botol atau pen insulin. Produk ini, seperti Humulin 70/30, Novolin 70/30, Novolog 70/30, Humulin 50/50, dan Humalog Mix 75/25, umumnya digunakan 2 atau 3 kali sehari sebelum waktu makan. Insulin tersedia dalam beberapa kekuatan, meskipun sebagian besar insulin dibuat dalam kekuatan U100, artinya terdapat 100 unit insulin dalam setiap 1mL cairan. Terdapat 3 ukuran spuit insulin U100, yaitu 1/3cc (dapat menampung 30 unit insulin),1/2cc (menampung 50 unit insulin), dan 1cc (menampung 100 unit in sulin). Jenis spuit yang digunakan bergantung seberapa banyak insulin yang dibutuhkan. Beberapa insulin baru dengan konsentrasi lebih besar dari U100 barubaru ini beredar di pasaran. Produk ini dikembangkan untuk pasien yang membutuhkan dosis insulin yang besar untuk mengurangi volume injeksi dan frekuensi injeksi. Toujeo (insulin glargine [rdna origin]), suatu insulin basal kerja panjang yang digunakan sehari sekali, mengandung 300 unit/ml (U300). Untuk pasien dengan resistensi insulin parah yang membutuhkan lebih dari 200 unit perhari, insulin dengan konsentrasi tinggi (U500) tersedia di pasaran[10] Thermoelectric Elemen peltier atau pendingin termoelektrik (thermoelectric cooler) adalah alat yang dapat menimbulkan perbedaan suhu antara kedua sisinya jika dialiri arus listrik searah pada kedua kutub materialnya, dalam hal ini elemen peltier bersiat semikonduktor[11].

4 8 Gambar 2.1 Elemen Peltier [11]. Peltier ini adalah modul Thermo-Electric, umumnya dibungkus oleh keramik tipis yang berisikan batang-batang Bismuth Telluride di dalamnya. Ketika disupply tegangan DC 12volt-15volt salah satu sisi akan menjadi panas dan sisi lainnya menjadi dingin. Elemen peltier memiliki dua bagian peltier yang berbeda, yakni : 1. Cool Side (Heat Absorbed) yang bekerja menyerap kalor (panas) sehingga bagian ini merupakan lempengan yang dingin. 2. Hot Side (Heat Released) yang bekerja melepas kalor (panas) sehingga bagian ini merupakan lempengan panas. Pendingin thermoelektrik merupakan, solid state technology yang bisa menjadi alternatif teknologi pendingin selain sistem vapor compression yang masih memanfaatkan refrijeran, dibandingakn dengan teknologi kompresi uap yang menggunakan uap sebagai konsep dasar dari sel peltier yaitu efek seebeck dan efek peltier, dimana sel peltier ini merupakan bahan semikondutor yang bertipe-p dan tipe-n. Semikonduktor merupakan bahan setengah penghantar listrik

5 9 yang di sebabkan perbedaan gaya ikat diantara atom-atom, ion-ion atau molekulmolekul[11]. Gambar 2.2. Aliran elektron dari tipe P ke tipe N. Ukuran elemen termoelektrik adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan termoelektrik = 0,00021 V/K 2. Koefisien termal dari couple = 0,015 W/cm.K 3. Tahanan listrik = 0,001 ohm/cm 4. Hubungan tahanan listrik = 0,0001 ohm/cm Thermocoupel Termokopel merupakan sistim pengukuran temperature. Elemen sensor temperature (measuring junction) menghasilkan beda tegangan atau electromotive force (emf), yang kemudian emf yang dihasilkan dibandingkan dengan skala konversi tertentu menjadi unit temperature[12].

6 10 Gambar 2.3 Blok diagram Termokopel Yang berbeda yang disebut termo-element, satu sama lain diisolasi kecuali pada ketika akurasi tinggi dibutuhkan, kawat termokopel harus dibuat lebih panjang hingga ke instrumen display temperature, hal ini akan mengeliminasi kesalahan yang mungkin ada akibat penggunaan kawat ekstensi yang tidak memiliki karakteristik temperature-emf identik dengan termokopel-nya. Jika koneksi langsung tidak dimungkinkan kawat ekstensi dapat digunakan. Kabel ekstensi harus mempunyai temperature-emf yang ekuivalen dengan range temperature yang akan diukur. Untuk kabel ekstensi termokopel W3Re25 pada tungku sinter dapat digunakan paduan logam dengan grade temperature C ( F)[12]. Semua saklar yang digunakan dengan termokopel harus memiliki kontruksi kuat (dalam hal koneksi) dan di desain untuk menghubungkan dua kawat termokopel ke rangkaian berikutnya. Saklar harus ditempatkan pada lokasi yang tidak dimungkinkan terjadinya fluktuasi temperature yang disebabkan oleh udara atau radiasi sumber panas. Analisa unjuk kerja termokopel dilakukan dengan mengukur emf (mv) yang dibangkitkan dan membandingkannya dengan

7 11 temperature yang ditunjukan oleh rekorder. Rekorder diasumsikan sudah memiliki factor konversi yang standar (oleh pabrik pembuat) yang diperuntukan untuk termokopel jenis W3Re25. Pengukuran emf dilakukan pada lead termokopel (titik sambung antara kawat termokopel dengan kabel ekstensi yang menghubungkannya dengan switching) Tungku 2 dengan menggunakan pengukur milivolt digital, pada setiap kenaikan temperature 100 C emf yang dibangkitkan dicatat beserta parameter arus dan tegangan autotrafo selanjutnya data tersebut di tabelkan. Rangkaian pengukuran emf pada lead termokopel tungku 2 diperlihatkan pada Gambar 2.3 pengukuran dilakukan pada dua kali proses penyinteraan dengan suhu puncak yang sama yaitu 1500 C saat penaikan temperature (increasing) dan pada saat penurunan temperature (decreasing). Hal ini dilakukan untuk mengetahui pola keduanyadan mencari lonjakan-lonjakan atau anomali yang terjadi pada pembangkitan emf oleh termokopel[13] MAX6675 K-Type Thermocouple Temperature Sensor MAX6675 dibentuk dari kompensasi cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal termokopel tipe-k. data output memiliki resolusi 12-bit dan mendukung komunikasi SPI mikrokontroller secara umum. Data dapat dibaca dengan mengkonversi hasil pembacaan 12-bit data. Fitur yang diggunakan yaitu : 1. Konversi digital langsung dari output termokopel tipe-k 2. Kompensasi cold-junction 3. Komunikasi kompatibel dengan protocol SPI dan 4. Open thermocouple detection[14].

8 12 Gambar 2.4 Modul MAX6675 Pada Modul MAX6675 memiliki 5 pin yang terdiri dari : 1. Vcc port ini menggunakan tegangan +5V 2. So port ini inputan untuk port MISO pada IC ATMega yang berfungsi sebagai jalur data untuk komunikasi. 3. Cs port ini inputan untuk port ss pada IC ATMega yang berfungsi untuk mendownload program atau data yang terbaca pada termokopel- K 4. Csk port ini inputan untuk port sck pada IC ATMega yang berfungsi sebagai clock data. 5. GND port ini berfungsi sebagai saluran ground atau pentanahan. Karakteristik dari MAX6675 K-Type Thermocouple Temperature Sensor dapat dilihat dari grafik datasheet pada gambar 2.4. Gambar 2.5 Gerafik datasheet MAX6675

9 13 Fungsi dari termokopel adalah untuk mengetahui perbedaan temperature di bagian ujung dari dua bagian metal yang berbeda dan disatukan. Termokopel tipe hot junction dapat mengukur mulai dari 0 C sampai +1023,75 C. MAX6675 memiliki bagian ujung cold end yang hanya dapat mengukur -20oC sampai +85 C. Pada saat bagian cold end MAX6675 mengalami fluktuasi suhu maka MAX6675 akan tetap dapat mengukur secara akurat perbedaan temperature pada bagian yang lain. MAX6675 dapat melakukan koreksi atas perubahan pada temperature ambient dengan kompensasi cold-junction. Device mengkonversi temperature ambient yang terjadi ke bentuk tegangan menggunakan sensor temperature diode. Untuk dapat melakukan pengukuran actual, MAX6675 mengukur tegangan dari output termokopel dan tegangan dari sensing diode. Performance optimal MAX6675 dapat tercapai pada waktu termokopel bagian cold-junction dan MAX6675 memiliki temperature yang sama. Hal ini untuk menghindari penempatan komponen lain yang menghasilkan panas didekat MAX6675[15]. Konversi Temperatur digunakan Untuk mendapatkan nilai suhu pada termokopel tipe-k, perubahan tegangan sebesar 41μV/ C dengan menggunakan pendekatan karakteristik dapat menggunakan rumus dibawah ini: VOUT = (41μV / C) 5 (TR TAMB) Dengan: 1. VOUT = Voutput termokopel (μv) 2. TR adalah termperatur remote junction (oc) 3. TAMB adalah temperature ambient (oc) [15].

10 Relay Gambar 2.6 Relay Relay adalah Kontraktor (saklar) listrik/elektrik yang bekerja berdasarkan elektromagnetik yang membuka atau menutup sirkuit/rangkaian lain dalam kondisi tertentu. Kontraktor akan tertutup (On) atau terbuka (Off) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Secara sederhana relay dapat diartikan sebagai sebuah sistem rangkaian elektronika dan rangkaian listrik untukk menggerakkan sebuah perangkat yang memerlukan arus besar tanpa terhubung langsung dengan perangkat pengendali yang berarus kecil. Dengan demikian relay berfungsi sebagai pengaman. Pada umumnya relay memiliki 4 terminal yaitu terminal 30 dan 87 yang berehubungan dengan kontak point dan juga terminal 85 dan 86 yang berhubungan dengan elektromagnetik [16] IC Microcontroller ATMega16 Microcontroller adalah sebuah computer kecil di dalam sebuah IC/chip dalam sebuah IC/chip microcontroller terdapat CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial dan paraleln port I/O, ADC, dll. Microcontroller digunakan

11 15 sebagai pengendali yang mengatur semua proses. Komponen yang sangat umum dalam sistem elektronik modern. AVR merupakan seri microcontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam system menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATMega16[17].

12 16 Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 2.1 Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data)[17] LCD 2X16 Modul LCD karakter dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroller seperti ATMega 16. LCD ini mempunyai lebar tampilan layar 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 2x16, dengan 16 pin konektor, yang didifinisikan sebagai berikut: Tabel 2. 1 Datasheet LCD 2X16 PIN Name Function 1 VSS Ground Voltage 2 VCC +5V 3 VEE Contrast voltage 4 RS Register Select 0 = Instruction Register 1 = Data Register 5 R/W Read/Write, to choose Read or Write mode 0 = Read mode 1 = Write mode 6 E Enabel 0 = Start to launch data to LCD character 1 = Disable 7 DB0 LSB 8 DB1-9 DB2-10 DB3-11 DB4-12 DB5-13 DB6-14 DB7 MSB 15 BPL Back Plane Light 16 GND Ground Voltage

13 17 Beberapa perintah dasar yang harus dipahami adalah inisialisasi LCD karakter adalah: 1. Display Data RAM (DDRAM) Memori DDRAM digunakan untuk menyimpan karakter yang akan ditampilkan. Semua teks yang dituliskan ke modul LCD disimpan di dalam memori, dan modul LCD secara berurutan membaca memory ini untuk menampilkan teks ke modul LCD itu sendiri. Gambar 2.8 Lokasi memory display LCD karakter. Pada peta memori tersebut, daerah yang berwarna kuning (00 s/d 0F dan 40 s/d 4F) adalah display yang tampak, jumlahnya sebanyak 16 karakter per baris dengan dua baris. Angka pada setiap kotak adalah alamat memori yang bersesuaian dengan posisi dari layar. Karakter pertama di sudut kiri atas menempati alamat 00h. Posisi karakter berikutnya mempunyai alamat 01h dan seterusnya [18]. Gambar 2.9 Modul LCD Karakter 2x16 [18].

14 Fan Fan adalah perangkat yang berfungsi untuk menciptakan aliran udara berkelanjutan secara mekanis. Pengaplikasianya bermacam-macam salah satu contohnya adalah sebagai penghantar dingin dan pembuang panas pada peltier[19]. Gambar 2.10 Fan [19] Komponen Elektronika Komponen elektronika berupa sebuah alat berupa benda yang menjadi bagian pendukung suatu rangkaian elektronik yang dapat bekerja sesuai dengan kegunaannya dan karakteristik masing-masing, mulai dari yang menempel langsung pada papan rangkaian baik berupa PCB, CCB, Protoboard maupun Veroboard dengan cara disolder atau tidak menempel langsung pada papan rangkaian (dengan alat penghubung lainnya, misalnya kabel). Komponen elektronika ini terdiri dari satu atau lebih bahan elektronika, yang terdiri dari satu atau beberapa unsur materi dan jika disatukan, untuk desain rangkaian yang diinginkan dapat berfungsi sesuai dengan fungsi masing-masing komponen, ada yang untuk mengatur arus dan tegangan, meratakan arus, menyekat arus, memperkuat sinyal arus dan masih banyak fungsi lainnya[20].