BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Autoklaf -...
-
Upload
nguyentruc -
Category
Documents
-
view
229 -
download
11
Transcript of BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Autoklaf -...
II-1
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
1340C 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-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 komponen-
komponen autoklaf.
Gambar 2.2 Komponen Autoklaf[2]
Sensor Temperatur
Katup Uap
Clamping
Pembatas Ruangan
Elemen Pemanas
Sumber Arus
Pressure Gauge
Katup Pengaman
Ruangan Uap
Gelas Ukur
Ruangan Air
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)
I = arus (ampere)
P = daya (watt)
E = energi (joule)
t = waktu (detik)
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 Panas/Kalor Listrik
Potensial Beda temperatur (∆T) Voltase (V) Arus Laju perpindahan panas (q) Kuat arus (I) Tahanan Tahanan termal (R) Tahanan listrik (R)
2.2 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 = −kA∂T
∂x
.......................(5)
q = laju perpindahan panas konduksi
∂T/∂x = gradien temperatur ke arah perpindahan panas
k = 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∞) .....................(6)
q = laju perpindahan panas konveksi
h = koefisien perpindahan-kalor konveksi
II-12
A = luas permukaan yang mengalami perpindahan panas
Ts = temperatur permukaan benda solid yang dilalui fluida yang mengalir
T∞ = 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- Tsur
4) ....................(7)
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]
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 masing-
masing 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
proses perpindahan panas tersebut tidak stasioner.
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).
Gambar 2.11 Konduksi - Konveksi
Berdasarkan Gambar diatas, laju aliran panas secara konduksi-
konveksi yaitu:
Rtek = Rt1 + Rt2 + Rt3 + Rt4
Rtek =1
hca . A1+
lnr2
r1
2πKss L+
lnr3
r2
2πKgw L+
1
hcb . A3
Rtek =ΔT
q
...................(8)
2.4 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.
T1 T2 T3 TB TA T
Rt1
T
T1
q
1
T
Ta
q
2
q
T
Rt2
T
Rt3
T
T3
T
Tb
q
3
T
T2
q
4
T
Rt4
Rt1 Rt2 Rt3 Rt4
q
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
diperlukan. [8]
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]
2.5.2. Pengujian Tekanan Hidrostatik
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
Gambar 2.20 Pengujian Alat Autoklaf Industri[2]
2.6 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 + ṁa=
ṁu
ṁtot .......................(9)
Dimana: 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 = hf + xL .............................(10)
Dimana: hsat = enthalpi uap saturasi (kJ/kg)
hf = 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 .................(11)
Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air
Q = x.m.Lv .................(12)
m = massa (kg)
x = fraksi uap
∆T = Perubahan Suhu (0C)
Cp = panas jenis air (4,186 kJ/kg°C)
Lv = kalor laten air (kJ/kg)
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]
Jika𝐿𝑟
= 162
3 .............................(17)
𝑡 =0,885𝑃𝐿
𝑆𝐸 + 0,8𝑃
Jika𝐿𝑟
< 162
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