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