95501336 proposal penelitian metpen
TRANSCRIPT
PROPOSAL PENELITIAN
STUDI KENYAMANAN DAN DISTRIBUSI TERMAL PADA NEONATES
CAPSULE INCUBATOR SEBAGAI ALAT BANTU TERMOREGULASI
YANG OPTIMAL BAGI BAYI BERAT LAHIR RENDAH
(STUDY OF THERMAL COMFORT AND THERMAL DISTRIBUTION IN
NEONATES’ CAPSULE INCUBATOR AS THERMOREGULATION SUPPORTING
DEVICE FOR VERY LOW BIRTH WEIGHT INFANT)
BIDANG PENELITIAN:
TEKNOLOGI DAN KESEHATAN
Diusulkan oleh :
Ruri Agung Wahyuono NRP. 2408100014
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2010
Studi Kenyamanan dan Distribusi Termal Pada Neonates’ Capsule Incubator
Sebagai Alat Bantu Termorugulasi yang Optimal Bagi Bayi Berat Lahir
Rendah
(Study of Thermal Comfort and Thermal Distribution on Neonates’ Capsule
Incubator as Termoregulation Supporting Device for Very Low Birth Weight
Infant)
Abstrak
Inkubator merupakan alat bantu termoregulasi bagi bayi, khususnya bayi berat lahir rendah, untuk menghindari risiko menderita gangguan termal hipotermia dan hipertermia. Inkubator yang banyak digunakan umumnya memiliki masalah dalam distribusi dan kenyamanan termal ruang sehingga kondisi lingkungan temperatur netral yang dibutuhkan bayi tidak terpenuhi dan termoregulasi pun menjadi tidak seimbang. Pada penelitian ini dilakukan modifikasi model geometri inkubator konvensional yang berbentuk kubus menjadi berbentuk kapsul (neonates’ capsule incubator) dengan harapan didapatkan kenyamanan dan distribusi termal yang lebih optimal. Penelitian yang dilakukan menggunakan alternatif desain the static group comparison untuk penelitian preeksperimental. Pengujian karakteristik kenyamanan termal dilakukan dengan pengukuran langsung sedangkan pengujian distribusi termal dilakukan dengan simulasi menggunakan perangkat lunak CFD.
Kata Kunci: Neonates capsule incubator, kenyamanan termal, distribusi termal, the static group comparison design, simulasi CFD
Abstract
Incubator is thermoregulation supporting device for baby, especially babies with low birth weight, to avoid the risk of body thermal dysfunction such as hypothermia and hyperthermia. Usually, many used incubator have a problem in distribution and comfortable thermal space, it makes the condition of neutral temperature environment which needed for the baby cannot to be fulfill and the thermoregulation cannot be balance. In this research conducted a modification of conventional incubator modeling geometry which has cubic shape changed become to capsule shape (neonates’ capsule incubator) with expectation get more the optimization of comfortable and thermal distribution. This research use alternative design the static group comparison for research pre-experimental. The examination characteristic of thermal comfortable will be do with direct measurement and the examination of thermal distribution will be do with simulation used software CFD.
Keyword: Neonates capsule incubator, thermal comfort, thermal distribution, the static group comparison design, CFD simulation
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Permasalahan kesehatan pada bayi baru lahir (postnatal) selalu menjadi
kekhawatiran bagi seluruh orang tua sebab angka kematian pada bayi prematur atau
berat lahir rendah cukup tinggi di negara berkembang seperti Indonesia yaitu sekitar
26% dari seluruh bayi prematur yang lahir. Sedangkan menurut data dunia, kelahiran
prematur mencapai 75 - 80% dari seluruh bayi yang meninggal pada usia kurang dari
28 hari (Efar, 2008). Hipotermia dan hipertermia merupakan salah satu gangguan
kesehatan dan penyebab kematian (Indrasanto, 2010) pada bayi berat lahir rendah
(BBLR) yang diakibatkan oleh ketidakseimbangan termal pada tubuh bayi. Hal ini
terjadi karena mekanisme produksi panas dan kehilangan panas (termoregulasi) pada
bayi tidak seimbang akibat lingkungan sekitar bayi baru lahir yang kurang optimal.
Padahal hipotermia ataupun hipertermia yang diderita oleh bayi tersebut berisiko
menyebabkan terjadinya ketidakseimbangan metabolisme, gangguan pertumbuhan
organ-organ tubuh bayi (Indrasanto, 2010), trauma dingin, dan bahkan kematian
(McCall, 2006).
Menurut Sauer dkk. (1984) perawatan pada bayi khususnya BBLR
membutuhkan kondisi lingkungan temperatur netral (neutral temperature
environment, NTE). Permasalahan hipotermia dan hipertermia yang diakibatkan oleh
tidak tercapainya kondisi NTE dapat disebabkan oleh metode perawatan dan ruang
perawatan yang kurang mendukung. Selama ini, metode perawatan yang dianggap
baik untuk kesehatan dan psikologis bayi (Efar, 2008) adalah skin to skin care
(metode kanguru). Metode dengan cara mendekap bayi pada ibu ini dinilai dapat
mempertahankan temperatur tubuh bayi dalam rentang normal (Johnston, 2003),
namun penelitian lain (Sullivan et al, 2004) menerangkan bahwa metode ini
menimbulkan risiko terjadinya hipertermia yang lebih besar dibandingkan perawatan
dengan inkubator.
Inkubator merupakan ruang perawatan BBLR dimana bayi menghabiskan
waktunya hingga kondisi tubuh normal seperti bayi cukup bulan. Permasalahannya,
inkubator bayi ini selain harganya yang sangat mahal, seringkali distribusi panas
pada inkubator juga kurang baik karena tertimbun pada matras bayi (Yudiyana,
2009). Distribusi panas yang tidak seimbang ini berujung pada kenyamanan termal
bagi bayi yang juga akan mengakibatkan gangguan termoregulasi bayi. Belum lagi
penggunaan alat-alat elektronik dalam inkubator yang telah diteliti dapat
memperburuk kualitas dan kuantitas detak jantung bayi (Saroji, 2010). Berdasarkan
keterangan-keterangan tersebut di atas, dapat dikerucutkan bahwa peran inkubator
adalah sangat vital dalam upaya awal perawatan pada bayi berat lahir rendah
khususnya dalam pencegahan dan pengurangan risiko hipotermia dan hipertermia.
Selama ini modifikasi model inkubator hingga berteknologi tinggi cukup
banyak namun studi mengenai distribusi dan kenyamanan termal dalam inkubator
bayi sangat jarang dilakukan. Mengingat cukup tingginya angka kelahiran bayi berat
lahir rendah dan besarnya risiko kesehatan akibat masalah termal pada bayi maka
penting dilakukan penilitian tentang masalah termal pada modifikasi inkubator
sebelum diterapkan pada perawatan bayi. Pada penelitian ini, dirancang model
pengembangan inkubator bayi dengan mengubah geometri ruang inkubator menjadi
berbentuk setengah kapsul (neonates’ capsul incubator). Sedangkan peralatan dan
perlengkapan inkubator dibuat sama dengan inkubator pada umumnya.
Pemilihan modifikasi inkubator berbentuk kapsul adalah dikarenakan
peralatan termal yang berbentuk spheris (lengkung) pada umumnya memiliki
distribusi tekanan dan temperatur yang merata. Dengan adanya modifikasi geometri
inkubator yang diusulkan dalam penelitian ini diharapkan dapat memperbaiki
kualitas distribusi dan kenyamanan termal pada inkubator bayi sehingga mereduksi
risiko bayi, khususnya bayi berat lahir rendah, menderita hipotermia dan hipertermia
yang berakibat fatal bagi kesehatan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan penjelasan pada latar belakang di atas, maka permasalahan yang
dikaji pada penelitian ini adalah:
1. Bagaimana kriteria distribusi dan kenyamanan termal yang optimal pada
inkubator untuk perawatan bayi berat lahir rendah?
2. Bagaimana mekanisme regulasi panas pada bayi dan perekayasaan termal
lingkungan untuk pengondisian ruang inkubator bayi?
3. Bagaimana model geometri kapsul yang diterapkan untuk optimalisasi
distribusi dan kenyamanan termal ruang inkubator?
4. Bagaimana distribusi dan kenyamanan termal pada neonates capsule
incubator?
1.3 Tujuan
Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi kenyamanan
dan distribusi termal pada neonates capsule incubator dan merekomendasikan upaya
optimalisasi hasil penelitian. Secara khusus, tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengidentifikasi kriteria kenyamanan dan distribusi termal yang optimal pada
inkubator untuk perawatan bayi berat lahir rendah.
2. Menerapkan konsep mekanisme regulasi panas (termoregulasi) pada bayi dan
perekayasaan termal lingkungan khususnya pengondisian ruang inkubator.
3. Membuat model inkubator berbentuk kapsul (neonates capsule incubator)
untuk optimalisasi distribusi dan kenyamanan termal ruang inkubator.
4. Mengetahui distribusi dan kenyamanan termal pada neonates capsule
incubator.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bayi Berat Lahir Rendah
Bayi berat lahir rendah (BBLR) merupakan bayi yang lahir dengan berat
badan kurang dari atau sama dengan 2500 gram. Secara umum, BBLR dapat
dikelompokkan menjadi prematuritas dan dismaturitas. Prematuritas adalah bayi
dengan masa kehamilan kurang dari 37 minggu dan berat badan sesuai dengan berat
badan untuk usia kehamilannya, Sedangkan dismaturitas adalah bayi dengan berat
badan kurang dari berat badan yang seharusnya untuk usia kehamilannya (Samosir,
2009).
2.2 Termoregulasi dan Gangguan Termal Pada Kesehatan Bayi
Termoregulasi merupakan suatu pengaturan fisiologis tubuh manusia
mengenai keseimbangan produksi panas dan kehilangan panas sehingga temperatur
tubuh dapat bertahan konstan. Tujuannya adalah mengendalikan lingkungan untuk
mempertahankan lingkungan temperatur netral dan meminimalkan pengeluaran
energi (Indrasanto, 2010).
Gambar 1. Produksi panas oleh bayi pada lingkungan yang hangat selama satu
minggu usia pasca kelahiran. Sumber: Hey & Katz (1970)
Pada saat lahir, kehilangan panas pada BBLR sangat besar melebihi
kemampuan produksi panas yang minimal (gambar 1), sehingga menyebabkan tidak
tercapainya keseimbangan termal tubuh bayi. Mekanisme kehilangan panas pada
BBLR mencakup konduksi, konveksi, evaporasi, dan radiasi. Semua proses tersebut
dapat menjadi masalah pada perawatan bayi (Hey & Katz, 1970). Penjelasan
mengenai sumber-sumber kehilangan panas pada bayi dijelaskan sebagai berikut
(Dollberg, 2001).
Konduksi
Konduksi didefinisikan sebagai perpindahan energi dari molekul-molekul
dari tubuh ke molekul-molekul dari objek solid yang kontak langsung dengan
tubuh. Bayi yang dibaringkan di atas matras diperkirakan 10% permukaan
tubuhnya berkontak langsung dengan matras. Oleh karena itu, kehilangan panas
akibat konduksi dianggap sangat minimal pada berbagai kondisi perwatan bayi.
Aliran panas melalui matras oleh konduksi termal diberikan pada persamaan
berikut,
H cond=kAdT
dx (1)
dengan: Hcond : aliran panas konduksi,
k : konstanta konduktivitas termal,
A : luas permukaan konduktif yang dilalui aliran panas,
dTdx : perubahan temperatur per unit jarak pada matras.
Konveksi
Konveksi adalah perpindahan energi termal dari molekul-molekul tubuh
bayi ke molekul-molekul dari udara yang berdekatan dan disebabkan beberapa
variabel meliputi posisi bayi (tertekuk atau lurus), luas permukaan tubuh, berat
badan, temperatur dan arus udara pada inkubator, serta keadaan kulit epidermis
bayi. Berbagai kombinasi variabel-variabel inilah yang menyebabkan perbedaan
besarnya kehilangan panas konvektif antar bayi. Kehilangan panas konveksi ini
dapat dirumuskan:
H conv=h A ΔT(2)
dengan: Hconv : aliran panas konveksi,
h : konstanta konveksi termal,
A : luas permukaan konduktif yang dilalui aliran panas,
T : perubahan temperatur.
Evaporasi
Evaporasi merupakan perpindahan panas total oleh energi terbawa pada
molekul-molekul air dari permukaan kulit dan saluran respirasi ke udara
lingkungan yang lebih kering. Besarnya evaporasi dipengaruhi umur kehamilan
bayi serta umur postnatal dan perbedaan antara tekanan parsial uap air sekitar
permukaan kulit bayi dan udara lingkungan. Kulit bayi yang baru lahir prematur
mengalami kehilangan panas evaporasi tinggi karena pembentukan stratum
korneum belum sempurna . Selain epidermis kulit yang belum sempurna,
kecepatan udara di sekitar kulit memiliki efek yang besar pada kehilangan panas
evaporatif pada bayi sehingga pada hari-hari pertama pascakelahiran besarnya
evaporasi dapat melebihi sumber-sumber kehilangan panas lainnya dan sering
melebihi produksi panas total bayi.
Radiasi
Kehilangan panas akibat radiasi didefinisikan sebagai laju total
kehilangan panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik antara tubuh dan
permukaan lingkungan yang tidak bersentuhan dengan tubuh misalnya dinding
inkubator. Kehilangan panas akibat radiasi tergantung pada beberapa faktor,
termasuk temperatur kulit, permukaan relatif dan geometri bagian tubuh terkena
radiasi, jarak dan sudut ke objek iradiasi, emisivitas kulit bayi, dan emisivitas
objek iradiasi. Berikut ini gambaran kehilangan panas evaporasi dan radiasi pada
temperatur lingkungan tertentu.
Gambar 2. Panas yang hilang akibat radiasi dan konveksi pada temperatur
lingkungan tertentu. Sumber: Hey & Katz (1970)
Termoregulasi yang tidak baik dapat mengganggu kesehatan bayi seperti
hipotermia dan hipertermia. Hipotermia terjadi ketika temperatur sentral tubuh bayi <
36,5oC karena lingkungan yang dingin, prosedur penghangatan bayi yang tidak
memadai, serta bayi yang sakit dan stres. Hipotermia pada bayi berisiko tinggi
menyebabkan hipoglikemia, asidosis metabolik, sesak napas, dan pembekuan
abnormal intraventrikel dan paru (Indrsasanto, 2010). Berdasarkan kondisi
temperatur sentral tubuh dan temperatur kulit, oleh WHO pada 1997 hipotermia
dikelompokkan menjadi tiga tingkatan (McCall, 2006). Hipotermia ringan (mild
hypothermia) ditandai dengan temperatur sentral tubuh 36 – 36,4oC dan temperatur
kulit 35,5 – 35,9oC, hipotermia sedang/serius (moderate hypothermia) ditandai
temperatur sentral tubuh 32 – 35,9oC dan temperatur kulit 31,5 – 35,4oC, serta
hipotermia akut (severe hypothermia): temperatur sentral tubuh < 32oC dan
temperatur kulit < 31,5oC. Sedangkan hipertermia terjadi ketika temperatur tubuh
bayi di atas 37.5ºC karena temperatur lingkungan yang terlalu tinggi (McCall, 2006),
dehidrasi, pendarahan intracranial, dan infeksi. Bayi penderita hipertermia berisiko
terserang heat stroke bahkan kematian.
2.3 Perawatan Bayi Pasca Lahir dengan Inkubator Konvensional
Inkubator adalah alat bantu termoregulasi bagi bayi untuk menyesuaikan
temperatur lingkungan dipertahankan pada lingkungan temperatur netral (NTE).
Kriteria bayi yang dirawat dalam inkubator adalah bayi yang kekurangan oksigen
(afiksia kelahiran), bayi cacat lahir atau cedera, dan bayi berat lahir rendah. Kondisi
NTE dicapai ketika temperatur lingkungan yang mampu menjaga temperatur tubuh
normal dengan pengeluaran kalori dan konsumsi oksigen yang minimal. Malin &
Baumgart (1987) menyatakan bahwa selain inkubator, perawatan dengan matras
yang dilengkapi penghangat radiasi juga efektif mengurangi laju metabolism pada
bayi. Namun ketika temperatur matras lebih tinggi dari lingkungan, maka bayi juga
berisiko terkena hipertermia. Inkubator yang dikembangkan saat ini memiliki
berbagai macam bentuk geometri mulai dari bentuk kubik hingga prisma trapesium
terpancung [gambar 3(c)].
(a) (b) (c)
Gambar 3. Model-model inkubator yang telah dikembangkan: (a) conventional
cubic incubator, (b) inkubator U.S. patent, (c) inkubator otomatis hemat energi.
Sumber: ahttp://www.alatkedokteran.tk, bDonelly (2002), c
http://engineeringtown.com
Berbagai macam model inkubator tersebut dapat menimbulkan beberapa
masaah ketika digunakan merawat bayi diantaranya.
1. Gangguan pada pertukaran gas yang berhubungan dengan kurangnya surfactant.
2. Asupan nutrisi yang kurang dari kebutuhan tubuh bayi yaitu lebih kecil dari
kebutuhan kalori (Silvermann, 1979).
3. Gangguan integritas kulit berhubungan dengan peralatan dan material abrasif
yang digunakan sebagai alat-alat pemonitoran dan stress dingin akibat
pengaturan panas (Samosir, 2009).
4. Melemahkan kecepatan detak jantung bayi oleh radiasi gelombang
elektromagnetik dari mesin penggerak dan motor pada inkubator (Saroji, 2010).
5. Resiko infeksi, potensial terjadi berhubungan dengan sistem kekebalan bayi
berat lahir rendah.
2.4 Distribusi dan Kenyamanan Termal Bagi Bayi Pada Inkubator
Secara umum, Peter Hoppe (dalam Sugini, 2004) memaknai kenyamanan
termal dengan tiga pendekatan yaitu pendekatan thermophysiological, pendekatan
heat balance (keseimbangan panas), dan pendekatan psikologis. Kenyamanan termal
sebagai proses thermophisiological menganggap bahwa nyaman dan tidaknya
lingkungan termal tergantung pada bereaksi dan tidaknya sinyal syaraf reseptor
termal yang terdapat di kulit dan otak. Pada pendekatan heat balance (keseimbangan
panas), kenyaman termal dicapai apabila aliran panas ke dan dari badan manusia
seimbang dan temperatur kulit serta tingkat berkeringat badan ada dalam rentang
nyaman. Sedangkan pada pendekatan psikologis, kenyamanan termal merupakan
kondisi pikiran yang mengekspresikan tingkat kepuasaan seseorang terhadap
lingkungan termalnya.
Berdasarkan teori persamaan Fangern dan persaman Gagge (dalam Sugini,
2004) variable-variabel yang menentukan kenyamanan termal adalah sebagai berikut.
1. Variabel personal yang meliputi variabel: (1) laju metabolisme yang
diwujudkan dalam variabel aktivitas; (2) laju insulasi pakaian yang
diwujudkan dalam variabel cara berpakaian;
2. Variabel iklim ruang meliputi: (1) temperatur udara; (2) temperatur radiasi
rata-rata; (3) kelembaban udara relatif; dan (4) pergerakan udara atau
kecepatan angin.
Berdasarkan keterangan di atas, maka pemaknaan tentang kualitas kenyamanan
termal pada inkubator bayi juga akan berkaitan dengan empat variabel tersebut.
Menurut Setyaningsih (2010) untuk kelembaban relatif yang diijinkan dalam
inkubator bayi adalah 50 – 60 %. Sedangkan untuk nilai-nilai temperatur untuk
perkembangan bayi dalam inkubator telah di standarkan oleh WHO seperti pada
tabel 1 berikut.
Tabel 1. Rekomendasi temperatur pada inkubator sesuai usia bayi
Berat Badan BayiTemperatur Inkubator Sesuai Usia Pasca Kelahiran
35oC 34oC 33oC 32oCKurang dari 1,5 kg Usia 1-10 hari Usia 11 hari - 3
mingguUsia 3 - 5 minggu
Usia lebih dari 5 minggu
1,5 - 2,0 kg Usia 1 - 20 hari Usia 11 hari - 4 minggu
Usia lebih dari 4 minggu
2,1 - 2,5 kg Usia 1 - 2 bulan Usia 3 hari - 3 minggu
Usia lebih dari 3 minggu
Lebih dari 2,5 kg Usia 1 - 2 hari Usia lebih dari 2 hari
Jika inkubator berdinding tunggal, temperatur inkubator ditingkatkan 1oC setiap perbedaan
temperatur 7oC antara ruangan dan inkubator (WHO 2008)
Sumber: Samosir (2009)
2.5 Simulasi Fisika Termal dengan CFD (Computational Fluid Dynamics)
Secara istilah Computational Fluid Dynamics, CFD, dapat diartikan sebagai
suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari
benda-benda atau zat-zat yang mengalir (Tuakia, 2008). Secara definisi, CFD adalah
ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi
kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan
matematika (model matematika). Pada dasarnya, persamaan-persamaan pada fluida
dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan-persamaan diferensial parsial yang
merepresentasikan CFD memprediksi aliran berdasarkan:
1. model matematis (persamaan diferensial parsial), khususnya memecahkan
persamaan Navier-Stokes,
2. metode numerik (teknik solusi dan diskritisasi),serta
3. perangkat lunak, tools, (solvers, tools pre dan post processing).
Sebuah perangkat lunak CFD memberikan penggunanya kekuatan untuk
mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda
bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur, dan sistem
akustik hanya dengan pemodelan dalam computer. Pada umumnya terdapat tiga
tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan simulasi CFD, yaitu:
1. Preprocessing
Preprocessing adalah langkah awal untuk membangun dan menganalisis
sebuah model pada CFD. Teknis yang dilakukan adalah membuat model
dalam perangkat lunak CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang
cocok /sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.
2. Solving
Solvers adalah program inti pencari solusi pada CFD untuk menghitung
kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.
3. Postprocessing
Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Teknis yang
dilakukan adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi
CFD baik berupa gambar, kurva, maupun animasi. Dimulai dengan
pendefinisian model fisiknya, misalnya: persamaan-persamaan gerak, entalpi,
konservasi species, dilanjutkan pendefinisian kondisi-kondisi batas, termasuk
didalamnya sifat-sifat dan perilaku dari batas-batas model. Persamaan-
persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iteratif,
bisa dalam kondisi tunak (steady state) atau transien. Langkah terakhir adalah
menganalisis dan memvisualisasikan dari solusi CFD
III. METODE PENELITIAN
3.1 Asumsi dan Keterbatasan Penelitian
Pada penelitian kenyamanan dan distribusi termal pada neonates capsule
incubator sebagai alat bantu termoregulasi yang optimal untuk bayi berat lahir
rendah (BBLR) ini dapat diasumsikan bahwa:
1. terdapat hubungan antara model geometri inkubator kapsul terhadap kualitas
kenyamanan dan distribusi termal dalam ruang inkubator, dan
2. dengan adanya pemodifikasian model inkubator menjadi bentuk kapsul ini
maka distribusi termal dan kenyamanan termal ruang menjadi lebih baik dan
optimal dibandingkan inkubator bayi konvensional.
Untuk menghindari melebarnya permasalahan yang akan dikaji, maka
batasan-batasan dalam penelitian ini adalah.
1. Kriteria kenyamanan termal yang menjadi rujukan penelitian ini adalah
kenyamanan termal bagi bayi berat lahir rendah usia 1 hari – 3 minggu
dengan berat badan pasca kelahiran 1,5 – 2,5 kg
2. Variabel kenyamanan termal yang diteliti meliputi temperatur udara ruang,
kelembaban relatif, dan pergerakan udara sedangkan temperatur radiasi
diabaikan.
3. Objek pembanding penelitian neonates capsule incubator terbatas pada
inkubator bayi konvensional dengan geometri berbentuk kubus (conventional
cubic incubator)
3.2 Variabel penelitian
Variabel yang diteliti dibedakan menjadi dua kategori: (1) variabel bebas atau
independent variable (variabel berpengaruh) yaitu neonates capsule incubator dan
(2) Variabel terikat atau dependent variable yaitu kenyamanan dan distribusi termal
ruang inkubator. Adapun indikator dari masing-masing variabel sebagai berikut.
a. Variabel bebas (independent): neonates capsule incubator
Pemodelan bentuk geometri kapsul
Pembuatan inkubator kapsul (material penyusun inkubator)
Titik-titik pengukuran temperatur dan kelembaban udara relatif
Ketinggian pemotongan geometri inkubator (data distribusi termal)
b. Variabel terikat (dependent): kenyamanan dan distribusi termal ruang
inkubator.
Temperatur ruang
Kelembaban udara relatif (RH)
Pergerakan udara
Sebaran/gradien temperatur pada beberapa lapisan ketinggian inkubator
3.3 Desain Penelitian
Pada penelitian ini digunakan metode eksperimental laboratoris dan simulasi
dengan pendekatan desain karakter pengendalian yaitu preexperiments. Pada desain
preexprimental ini dipilih alternatif desain “The Static-Group Comparison.”
Penelitian dengan desain ini menggunakan data yang dibedakan atas dua kelompok,
yaitu kelompok pertama (X) yang diberi treatment (perlakuan) dan kelompok kedua (
) yang merupakan kelompok pembanding (control), tidak diberikan perlakuan.
Perbedaan kondisi yang terjadi pada kedua kelompok dipandang sebagai pengaruh
dari perlakuan yang diberikan pada salah satu kelompok tersebut (Ali, 2006).
(X) treatment (O1)( ) (O2)
Gambar 4. Diagram desain preexperimental jenis the static group comparison
3.4 Rancangan Penelitian
Langkah-langkah pengerjaan penelitian tentang kenyamanan dan distribusi
termal pada neonates capsule incubator adalah sebagai berikut.
Studi literatur
Mempelajari materi-materi yang berhubungan dengan masalah yang akan
diteliti serta hasil-hasil penelitian terdahulu yang meliputi bayi berat lahir rendah
(BBLR) dan mekanisme termoregulasinya, hipotermia dan hipertermia,
permasalahan pada inkubator konvensional, criteria distribusi dan kenyamanan
termal inkubator bayi, serta CFD (meliputi GAMBIT dan FLUENT). Literatur-
literatur ini diperoleh dari internet, jurnal ilmiah, dan buku-buku pengetahuan
yang menunjang penelitian.
Perancangan model dan pembuatan neonates capsule incubator
Inkubator dibuat dari bahan kaca dengan papan penahan terbuat dari kayu.
Model neonates capsule incubator (Neo-Captor) yang akan diteliti tingkat
kenyamanan termal dan distribusi termalnya adalah:
Keterangan: : cubic incubator : capsule incubator
Gambar 5. Rancangan model dan dimensi neonates capsule incubator
Pengujian tingkat kenyamanan termal
Pada pengujian tingkat kenyamanan termal dilakukan cara eksperimen
langsung dengan mengukur besarnya variabel-variabel kenyamanan termal
dengan menggunakan instrument pengukuran yang meliputi:
1. termometer ruangan,
2. termometer udara, dan
3. humiditimeter (termometer udara dan humiditimeter terintegrasi dalam
satu instrumen).
Rencana titik-titik pengambilan data/pengukuran dilakukan di sembilan titik
yang tersebar di dalam inkubator dan dipusatkan di dekat matras bayi. Titik
pengukuran juga diusahakan mencakup sebagian besar ruang inkubator sehingga
dapat menjadi gambaran kasar distribusi termal secara eksperimen langsung.
Adapun titik-titik pengukuran temperatur udara ruang dan kelembaban relatif
ditunjukkan pada gambar berikut.
1 2 3 matras 4 bayi 5 6
7 8 9
Gambar 6. Posisi titik pengukuran temperatur dan kelembaban relatif pada
inkubator
Pengujian kenyamanan termal ini tanpa melakukan pengambilan data
untuk variabel pergerakan udara karena sulit melakukan pengukuran kecepatan
udara ataupun profil pergerakan udara pada ruang neonates capsule incubator.
Oleh karena itu variabel profil pergerakan udara dapat diketahui dengan
pendekatan simulasi dengan perangkat lunak.
Pengujian distribusi termal
Pengujian distribusi termal dilakukan dengan menggunakan metode
komputasi dengan menggunakan perangkat lunak CFD, Computational Fluid
Dynamics. Dengan menggunakan simulasi secara komputasi ini dapat diketahui
gambaran detil distribusi termal pada ruangan inkubator serta profil pergerakan
udara yang sulit dilakukan dengan eksperimen langsung. Adapun instrument
penelitian yang dibutuhkan dalam pengujian distribusi termal di dalam inkubator
antara lain.
1. Sebuah komputer (PC) atau laptop dengan sistem operasi Window XP
dan dilengkapi dengan RAM 2 Gigabyte serta memori hardisk minimal
256 Gigabyte.
2. Installer perangkat lunak GAMBIT.
Perangkat lunak GAMBIT merupakan salah satu preprocessor
yang didesain untuk membantu membuat model dan melakukan
diskritisasi pada model untuk analisis CFD. Karena menggunakan
graphical user interface (GUI) saat penerimaan input, GAMBIT
mempermudah dalam pembuatan model dan proses meshing. GAMBIT
dapat mengakomodasi berbagai macam aplikasi pemodelan dan meng-
import dari berbagai format, seperti ACIS, STEP, Parasolid, IGES, dan
lain-lain, sehingga membuat pemodelan yang akan dilakukan lebih
fleksibel (dapat digabungkan dengan berbagai format dari software
pemodelan lain).
3. Installer perangkat lunak FLUENT.
FLUENT merupakan salah satu jenis program CFD yang
menggunakan metode volume hingga. FLUENT menyediakan
fleksibilitas mesh yang lengkap sehingga dapat menyelesaikan kasus
aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terstruktur sekalipun dengan
cara yang relatif lebih mudah.
4. Installer perangkat lunak EXCEED.
Pada pengujian distribusi termal dengan CFD terdapat tiga langkah dasar
yaitu pre-processing, solver, dan post-processing. Ketiga langkah tersebut
dijelaskan sebagai berikut.
1. Pre-processing
Pada tahapan ini dilakukan identifikasi masalah dan langkah-langkah
pre-processing meliputi penentuan tujuan pemodelan, mengidentifikasi
domain yang akan dimodelkan, serta membuat desain dan grid atau mesh.
Penjelasan umum tahapan ini adalah sebagai berikut.
a. Pembuatan geometri pada GAMBIT
Dari hasil studi literatur terhadap beberapa desain inkubator
konvensional didapatkan sketsa dimensi dari neonates capsule incubator
seperti pada rancangan model yang telah ditetapkan pada penjelasan
sebelumnya. Dimensi tersebut dibuat pada program GAMBIT dengan
beberapa penyederhanaan untuk memudahkan proses simulasi dan
pemodelan.
b. Meshing
Setelah geometri selesai dibuat kemudian dilakukan proses
meshing. Untuk mempermudah proses meshing maka geometri dapat
dibagi menjadi beberapa volume yang lebih kecil. Metode meshing yang
dilakukan pada tiap volume diusahakan sejenis agar diperoleh
kemudahan pada saat iterasi. Elemen meshing yang digunakan adalah
Tet/Hybrid dengan type TGrid. Setelah proses meshing dilakukan,
geometri akan terbagi menjadi bagian-bagian kecil.
c. Penentuan kondisi batas dan continuum
Setelah geometri selesai dibuat kemudian dilakukan proses
meshing. Untuk mempermudah proses meshing maka geometri dapat
dibagi menjadi beberapa.
2. Eksekusi solver
Tahapan eksekusi solver meliputi pengesetan model numerik serta
perhitungan dan pengamatan solusi. Pada tahapan ini, hasil mesh dari gambit
diberikan beberapa perlakuan untuk kemudian dilakukan proses simulasi pada
FLUENT. Berikut adalah perlakuan-perlakuan yang diberikan pada model.
Fluent Version > 3ddp
Define > Models > Solver > Segregated
.... > Energy > Energy Equation (centang)
.... > Viscous > K-epsilon
Pada bagian ini ditentukan jenis persamaan yang akan digunakan
dalam proses iterasi.
Define > Boundary Conditions
Pada boundary conditions ini, dimasukkan nilai-nilai yang menjadi
variabel simulasi. Pada pemodelan ini, variabel yang dimasukkan
adalah nilai kecepatan udara dan temperatur input dari heater atau
sumber panas.
Solve > Initialize > Init
Initialize digunakan untuk memasukkan nilai awal pada proses
perhitungan/ iterasi yang akan dilakukan oleh FLUENT.
Solve > Monitors > Residual > Plot > OK
Monitor residual digunakan untuk menampilkan grafik residual
selama proses iterasi.
3. Post-processing
Post-processing meliputi pengujian hasil pemodelan dan pertimbangan
revisi pada model.
Secara umum, diagram alir proses pemodelan dengan menggunakan CFD
disajikan dalam gambar 7 berikut.
Gambar 7. Diagram alir simulasi dengan CFD (FLUENT Manual)
Metode pengumpulan data
Pengumpulan data dilakukan melalui metode dokumenter untuk literature
penelitian dengan membagi dokumen tersebut menjadi sumber dokumen primer
dan sekunder (Ali, 2006). Dalam hal ini digunakan sumber-sumber dokumenter
baik yang berupa dokumen-dokumen yang diterbitkan maupun yang tidak
diterbitkan, seperti laporan-laporan (reports), statistik, jurnal, buku elektronik
(e-book), dan lain-lainnya. Data hasil penelitian didapatkan dari pengukuran dan
observasi terhadap parameter kenymanan termal. Data distribusi termal
didapatkan dengan memotong geometri inkubator secara horizontal pada
ketinggian tertentu dalam software CFD. Data-data pengukuran dan simulasi
divalidasi dengan parameter-parameter yang telah ditentukan dari studi literature
sesuai dengan standar WHO untuk kualitas kenyamanan termal.
Metode analisis data dan penarikan kesimpulan
Data yang diperoleh oleh akan dianalisis menggunakan dua teknik analisis data
yaitu analisis deskriptif dan analisis komparatif. Analisis data dengan metode
analisis deskriptif berguna untuk menjelaskan tentang keadaan yang sebenarnya
pada objek yang dikaji. Analisis komparatif dilakukan dengan membandingkan
gagasan penulis dengan beberapa teori yang relevan dengan gagasan tersebut.
Perbedaan yang terjadi antara 2 kelompok dan perubahan kualitas kenyamanan
dan distribusi termal pada kelompok treatment dianggap sebagai hasil dari
pemberian treatment (pemodifikasian bentuk inkubator). Kesimpulan penelitian
diambil dengan pendekatan induktif untuk menghasilkan rekomendasi-
rekomendasi perbaikan penelitian.
3.5 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir pengerjaan/pelaksanaan penelitian kenyamanan dan distribusi
termal pada neonates’ capsule incubator ditunjukkan pada gambar 8 di bawah ini.
Gambar 8. Diagram alir penelitian kenyamanan dan distribusi termal neonates capsul
incubator
IV. PERENCANAAN OPERASIONAL
3.6 Organisasi Pelaksana
Penelitian ini akan dilaksanakan oleh empat orang peneliti dengan pembagian tugas penelitian seperti pada tabel 2 berikut.
Tabel 2. Pembagian tugas anggota pelaksana penelitianKeterangan Tugas Ketua Anggota 1 Anggota 2 Anggota 3
Studi Literatur Merancang model neonates capsule incubator Membuat neonates capsule incubator Pemodelan geometri inkubator treatmented (Neo-Captor) dengan Software GAMBIT Pemodelan geometri inkubator konvensional (kubik) dengan Software GAMBIT Pengukuran parameter-parameter kenyamanan Termal Simulasi distribusi termal dengan software FLUENT Evaluasi distribusi termal dan hasil simulasi Evaluasi kenyamanan termal Penarikan kesimpulan dan rekomendasi hasilpenelitian Penulisan laporan akhir
3.7 Rencana Jadwal Penelitian
Penelitian distribusi dan kenyamanan termal neonates capsule incubator ini akan dilaksanakan sesuai dengan jadwal pelaksanaan sebagai berikut.
Tabel 3. Jadwal Pelaksanaan Penelitian
No
KeteranganBulan Ke-
1 2 3 4 51 Studi literature 2 Perancangan model neonates
capsule incubator 3 Pembuatan neonates capsule
incubator 4 Pemodelan neonatus capsule
incubator dengan software GAMBIT
5 Pengukuran kriteria kenyaman-an termal
6 Simulasi dengan FLUENT7 Evaluasi distribusi termal
dengan software FLUENT 8 Evaluasi kenyamanan termal 9 Laporan akhir
3.8 Rencana Biaya Penelitian
Rancangan alokasi biaya penelitian ini menghabiskan dana penelitian sebesar
Rp 9.561.000,00 dengan rincian pengeluaran sebagai berikut.
Tabel 4. Rincian alokasi dana penelitian
Bahan habis pakai pembuatan inkubator (kapsul dan kubik)No Uraian Volume Satuan Harga Satuan Jumlah
1. Bahan kaca kubik 6 0.25 m2 Rp 235.000,00 Rp 1.410.000,00
2. Kayu pallet 12 1 m2 Rp 125.000,00 Rp 1.500.000,00
3. Isolator (karpet) 2 1 m2 Rp 60.000,00 Rp 120.000,00
4. Bahan baku kaca spheris (gelas)
15 kg Rp 150.000,00 Rp 2.250.000,00
5. Gypsum 20 kg Rp 75.000,00 Rp 1.500.000,00
6. Lem gelas 5 paket Rp 50.000,00 Rp 250.000,00
7. Lem kayu 5 paket Rp 30.000,00 Rp 150.000,00
8. Karet transparan 3 meter Rp 60.000,00 Rp 180.000,00
9. Mekanik (mur dan baut) 1 paket Rp 20.000,00 Rp 20.000,00
10. Kabel tembaga 15 meter Rp 1.000,00 Rp 15.000,00
Subtotal Rp 7.395.000,00
Peralatan penunjang penelitianNo Uraian Volume Satuan Harga Satuan Jumlah
1. Buku tutorial FLUENT 1 buah Rp 75.000,00 Rp 75.000,00
2. Installer FLUENT.Inc 1 paket Rp 150.000,00 Rp 150.000,00
3. Kabel rol 2 buah Rp 25.000,00 Rp 50.000,00
4. Air Heater/ pemanas ruang 2 buah Rp 115.000,00 Rp 230.000,00
5. Lampu penerangan inkubator 2 buah Rp 40.000,00 Rp 80.000,00
6. Matras bayi 1 buah Rp 60.000,00 Rp 60.000,00
7. Termometer ruang 3 buah Rp 20.000,00 Rp 60.000,00
8. Humiditimeter (menyewa) 1 minggu Rp 350.000,00 Rp 350.000,00
9. Mini blower (fan) 2 buah Rp 50.000,00 Rp 100.000,00
Subtotal Rp 1.155.000,00
Kesekretariatan (proposal dan laporan)No Uraian Volume Satuan Harga Satuan Jumlah
1. Kertas ukuran A4 (80 gr) 4 rim Rp 35.000,00 Rp 140.000,00
2. Tinta hitam dan warna 4 buah Rp 40.000,00 Rp 160.000,00
3. Penjilidan proposal dan 12 buah Rp 3.000,00 Rp 36.000,00
laporan (kemajuan + akhir)
4. Penggandaan proposal dan laporan (kemajuan + akhir)
6 jilid Rp 5.000,00 Rp 30.000,00
5. Pembuatan poster 4 buah Rp 22.500,00 Rp 90.000,00
6. CD-R 5 Buah Rp 3.000,00 Rp 15.000,00
Subtotal Rp 471.000,00Transportasi dan lain-lain
No Uraian Volume Satuan Harga Satuan Jumlah
1. Bahan bakar motor (bensin) 20 liter Rp 4.500,00 Rp 90.000,00
2. Komunikasi Rp 200.000,00 Rp 200.000,00
3. Biaya pengiriman inkubator dari bengkel ke laboratorium
1 Paket Rp 250.000,00
Subtotal Rp 540.000,00Total Pengeluaran Rp 9.561.000,00
DAFTAR PUSTAKA
Ali, M. 2006. Metodologi Riset Pendidikan Teori dan Praktek. Surabaya: Unesa
University Press.
Dollberg, Shaul & Hoath, Steven B. 2001. “Temperature Regulation in Preterm
Infants: Role of The Skin-Environment Interface,” NeoReviews 2001:2:282.
DOI: 10.1542/neo.2-12-e282.
Donnelly et al. 2002. “Infant Termal Support Device,” United States Patent
Application Publication. Pub. No: US 2002/0143233 A1.
Efar, Pustika. 2008. Metode Kangguru: “Inkubator” Alami Untuk Bayi Prematur,
dikutip dari http://tanyadokteranda.com/artikel/metode-kangguru-inkubator-
alami-untuk-bayi-pre-matur.html (diakses pada tanggal 10 Agustus 2010)
Hey, E. N. & Katz, G. 1970. “The optimum termal environment for naked babies,”
Archives of Disease in Childhood. Vol. 45, pp. 328 – 334.
Indrasanto, Eriyati dkk. 2010. Termoregulasi Neonatus, Ikatan Dokter Anak
Indonesia (IDAI) dikutip dari http://www.hsp-prs.org (diakses pada tanggal
28 Agustus 2010)
Johnston, C. C. et al. 2003. “Kangaroo Care Is Effective in Diminishing Pain
Response in Preterm Neonates,” Archpediatrics Adolesc Med. Vol. 157 pp.
1084 – 1088
Malin, Seth W. & Baumgart, Stephen (1987). “Optimal Termal Management for
Low Birth Weight Infants Nursed Under High-Powered Radiant Warmers,”
Pediatrics. Vol. 79. No. 1. pp. 47 – 54.
McCall EM, Alderdice FA, Halliday HL, Jenkins JG, Vohra S (2006). “Interventions
to prevent hypothermia at birth in preterm and/or low birth weight babies,”
Evidence-Based Child Health 1: 287 – 324. DOI: 10.1002/ebch.5.
Samosir, Asinanila D. (2009). Pengetahuan Mahasiswa D-III Keperawatan Tentang
Perawatan BBLR Di Dalam Inkubator Di Ruang Rawat Perinatologi RSUP
HAM Medan. Skripsi. Universitas Sumatera Utara.
Saroji, Ujang Rajif (2010). Definisi Serta Fungsi Vakum Ekstraksi, Inkubator, Foto
Terapi/Terapi Sinar dan Suction. Makalah online, STIKes YPIB Majalengka
dikutip dari http://makalahartikelkodeetikduniakesehatan.blogspot.com
(diakses tanggal 20 Agustus 20100
Sauer, Dane, dan Viser (1984), “New standards for neutral termal environment of
healthy very low birth weight infants in week one of life,” Archives of
Disease in Childhood. Vol: 59, pp.18 – 22. DOI:10.1136/adc.59.1.18.
Setyaningsih, Noor Y. D. (2010), Pembuatan Perangkat Lunak Monitoring
Temperatur dan Kelembaban Pada Inkubator Bayi Menggunakan Borland
Delphi 7.0. Tugas Akhir. Universitas Diponegoro, Semarang.
Silverman, William A. (1979). “Incubator-Baby Side Shows,” Pediatrics. Vol. 64.
No. 2. pp. 127 – 141.
Sugini (2004), “Pemaknaan Istilah-istilah Kualitas Kenyamanan Termal Ruang
Dalam Kaitan Dengan Variabel Iklim Ruang,” Universitas Islam Indonesia,
LOGIKA. Vol. 1 No. 2
Sullivan, K et al. (2004), “A comparison of kangaroo mother care and conventional
incubator care for termal regulation of infants < 2000 g in Nigeria using
continuous ambulatory temperature monitoring (Abstract),” Annals of
Tropical Pediatrics: International Child Health. Vol. 24, No. 3, pp. 245 –
251.
Tuakia, Firman. (2008). Dasar-dasar CFD Menggunakan Fluent. Informatika
Bandung.
Yudiyana, I Nyoman (2009). Analisis Distribusi Temperatur Pada Matras “Baby
Incubator” (Abstrak). Thesis. Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya.