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.