PROPOSAL PENELITIANSTUDI 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 kA dTdengan:
dx
(1)
Hcond : aliran panas konduksi, k AdT dx
: konstanta konduktivitas termal, : luas permukaan konduktif
yang dilalui aliran panas, : 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
T
(2)
dengan:
Hconv : aliran panas konveksi, h AT
: konstanta konveksi termal, : luas permukaan konduktif yang
dilalui aliran panas, : 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 37.5C
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. 2. Gangguan pada pertukaran gas yang berhubungan
dengan kurangnya surfactant. 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
bayiTemperatur Inkubator Sesuai Usia Pasca Kelahiran 35 C 34oC 33oC
32oC Kurang dari 1,5 kg Usia 1-10 hari Usia 11 hari - 3 Usia 3 - 5
Usia lebih dari 5 minggu minggu minggu 1,5 - 2,0 kg Usia 1 - 20
hari Usia 11 hari - 4 Usia lebih dari 4 minggu minggu 2,1 - 2,5 kg
Usia 1 - 2 bulan Usia 3 hari - 3 Usia lebih dari 3 minggu minggu
Lebih dari 2,5 kg Usia 1 - 2 hari Usia lebih dari 2 hari o Jika
inkubator berdinding tunggal, temperatur inkubator ditingkatkan 1 C
setiap perbedaan Berat Badan Bayio
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. Persamaanpersamaan
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). Literaturliteratur 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:
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.Keterangan: : cubic incubator : capsule
incubator
1 4 7 matras bayi
2 5 8
3 6 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 mengimport 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
rekomendasirekomendasi 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.
MulaiStudi Literatur termoregulasi BBLR, hipotermia dan
hipertermia, model-model inkubator, distribusi dan kenyamanan
termal BBLR
Perancangan model neonates capsule incubator dan penentuan
conventional cubic incubator sebagai objek pembanding
penelitian
Pembuatan neonates capsule incubator
Pengujian distribusi termal dengan simulasi CFD: >>
Pembuatan geometri dan meshing pada GAMBIT >> Peng-input-an
parameter fisis pada FLUENT
Pengujian kriteria kenyamanan termal ruang neonates capsule
incubator dan inkubator kubik
Distribusi temperatur pada beberapa ketinggian dalam inkubator
dan vektor pergerakan udara dalam inkubator
Temperatur udara dan kelembaban udara relatif di titik-titik
pengukuran yang telah ditentukan
TidakValidasi
Ya Analisis data dan pembahasan
Penarikan kesimpulan dan rekomendasi
Pembuatan laporan akhir
Selesai
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 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 akhirKetua Anggota 1 Anggota 2 Anggota 3
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 PenelitianNo 1 2 3 4 Keterangan Studi literature
Perancangan model neonates capsule incubator Pembuatan neonates
capsule incubator Pemodelan neonatus capsule incubator dengan
software GAMBIT Pengukuran kriteria kenyamanan termal Simulasi
dengan FLUENT Evaluasi distribusi termal dengan software FLUENT
Evaluasi kenyamanan termal Laporan akhir 1 2 Bulan Ke3 4 5
5 6 7 8 9
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 No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Bahan habis pakai
pembuatan inkubator (kapsul dan kubik) Uraian Volume Satuan Harga
Satuan Bahan kaca kubik Kayu pallet Isolator (karpet) Bahan baku
kaca spheris (gelas) Gypsum Lem gelas Lem kayu Karet transparan
Mekanik (mur dan baut) 6 12 2 15 20 5 5 3 1 15 Subtotal Peralatan
penunjang penelitianNo Uraian Volume Satuan Harga Satuan Jumlah
Jumlah 1.410.000,00 1.500.000,00 120.000,00 2.250.000,00
1.500.000,00 250.000,00 150.000,00 180.000,00 20.000,00 15.000,00
7.395.000,00
0.25 m2 Rp 235.000,00 Rp 1 m2 1 m2 kg kg paket paket meter paket
meter Rp 125.000,00 Rp Rp 60.000,00 Rp
Rp 150.000,00 Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp 75.000,00 Rp 50.000,00 Rp
30.000,00 Rp 60.000,00 Rp 20.000,00 Rp 1.000,00 Rp Rp
10. Kabel tembaga
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Buku tutorial FLUENT Installer FLUENT.Inc Kabel rol Air Heater/
pemanas ruang Lampu penerangan inkubator Matras bayi Termometer
ruang Humiditimeter (menyewa) Mini blower (fan)
1 1 2 2 2 1 3 1 2 SubtotalVolume
buah paket buah buah buah buah buah minggu buah
Rp
75.000,00 Rp
75.000,00 150.000,00 50.000,00 230.000,00 80.000,00 60.000,00
60.000,00 350.000,00
Rp 150.000,00 Rp Rp 25.000,00 Rp
Rp 115.000,00 Rp Rp Rp Rp 40.000,00 Rp 60.000,00 Rp 20.000,00
Rp
Rp 350.000,00 Rp
Rp 50.000,00 Rp 100.000,00 Rp 1.155.000,00Harga Satuan
Jumlah
Kesekretariatan (proposal dan laporan)No Uraian Satuan
1.
Kertas ukuran A4 (80 gr)
4
rim
Rp 35.000,00
Rp 140.000,00
2. 3. 4. 5. 6.
Tinta hitam dan warna Penjilidan proposal dan laporan (kemajuan
+ akhir) Penggandaan proposal dan laporan (kemajuan + akhir)
Pembuatan poster CD-R
4 12 6 4
buah buah jilid buah
Rp 40.000,00 Rp Rp Rp 3.000,00 Rp 5.000,00 Rp
160.000,00 36.000,00 30.000,00 90.000,00 15.000,00
471.000,00Jumlah
Rp 22.500,00 Rp 3.000,00 Rp Rp
5 Buah Rp Subtotal Transportasi dan lain-lainUraian Volume
Satuan
No
Harga Satuan
1. 2. 3.
Bahan bakar motor (bensin)
20
liter
Rp
4.500,00 Rp
90.000,00 200.000,00 250.000,00
Komunikasi Biaya pengiriman inkubator 1 dari bengkel ke
laboratorium Subtotal Total Pengeluaran
Rp 200.000,00 Rp Paket Rp
Rp 540.000,00 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-inkubatoralami-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.