BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 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 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 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 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) 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 5 Kapasitas chamber yang di rancang adalah maksimum enam orang pasien dan satu orang perawat. Tekanan internal maksimum chamber adalah 3 ATA (P gage = 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 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 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.