ANALISA PENGARUH AKSELARASI GETARAN MEKANIK TERHADAP ASPEK FISIOLOGI, MOTORIK, DAN PSIKOLOGI MANUSIA
LOVELY LADY
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Analisa Pengaruh Akselarasi dan Arah Getaran Mekanik terhadap Aspek Fisiologi, Motorik, dan Psikologi Manusia adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Februari 2013
Lovely Lady NRP : F164080071
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2013 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan atau memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
ANALISA PENGARUH AKSELARASI GETARAN MEKANIK TERHADAP ASPEK FISIOLOGI, MOTORIK, DAN PSIKOLOGI MANUSIA
LOVELY LADY
Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor pada Departemen Teknik Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
ABSTRACT LOVELY LADY. Analyzing of Acceleration and Direction of Mechanical Vibration to Physiological, Motoric and Psychological of Human. Under direction of SAM HERODIAN, BAMBANG PRAMUDYA N., and I DEWA MADE SUBRATA.
Machinery has helped human work but also generate mechanical vibration. Mechanical vibration has disturbed human performance. This research analyzed effect of mechanical vibration to human in laboratory. Simulator was designed based on mechanical concept. It vibrates at frequency below 50 Hz and acceleration between 1 m/sc2 and 10 m/sc2, like vibration in sugar cane factory. Objective of this paper is analyzing effect of mechanical vibration to exhausted, energy, response time, and human discomfort at some levels of vibration accelerations. Simulator has produced vibration in six levels of acceleration. Fourteen subjects participated in this simulation.
Human exhausted was
measured by flicker test, working energy based on human heart rate, discomfort based on respondent questioner, and response time based on response time simulation. On this research, WBV didn’t have significant effect on human exhausted. Curve of working energy and response time have the similar shapes, increased as polynomial pattern as increased of acceleration simulation. Longer stimulus time and higher working energy happened at acceleration 1.5 m/sc2 – 4.5 m/sc2. Graph of discomfort had power curve shape, because discomfort was subjective judgment which involved human sensor. Effect of vibration on horizontal direction is higher from vertical direction on working energy, response time, and discomfort of human.
Keywords : Whole Body Vibration, physiological, psychological, motoric. response time.
RINGKASAN Getaran mekanik merupakan dampak fisik yang hampir selalu terjadi pada mesin-mesin yang sedang beroperasi. Getaran dapat terpapar kepada operator dalam bentuk Whole Body Vibration (WBV) atau Tool Hand Vibration (THV). Pekerjaan pengolahan lahan dan hasil pertanian menggunakan sistem mekanisasi mengakibatkan operator terpapar getaran dalam tingkat tidak aman. Penelitian efek getaran terhadap manusia umumnya menilai getaran dari ukuran frekuensi, karena frekuensi berhubungan dengan efek resonansi bagian tubuh. Pengaruh efek akselarasi getaran masih sedikit diteliti, akselarasi dan frekuensi mengukur getaran dari pendekatan yang berbeda. Secara umum penelitian ini bertujuan menganalisa efek kenaikan akselarasi getaran mekanik dan arah getar terhadap kelelahan, energi kerja, waktu respon, dan ketidaknyamanan yang dirasakan oleh manusia. Novelty dalam penelitian ini merupakan eksplorasi terhadap bagaimana getaran berpengaruh terhadap manusia dilihat dari perubahan nilai akselarasi dari 1 sampai 10 m/dt2 dan perbandingan pengaruh setiap arah getar translational terhadap aspek fisiologi, motorik, dan ketidaknyamanan operator. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap yaitu membangun simulator, simulasi, dan terakhir pengolahan dan analisis data. Membangun simulator dilakukan di Laboratorium Lapangan Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Simulasi getaran dilakukan di Laboratorium Ergonomika Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Simulasi dilakukan selama bulan Oktober 2012 dengan 14 orang responden terdiri atas mahasiswa dan karyawan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB.
Responden duduk di atas meja getar sehingga terpapar getaran dalam
bentuk Whole Body Vibration. Setiap responden akan menjalani simulasi selama tiga puluh lima menit yang terdiri atas enam kondisi dengan getaran dan satu kondisi tanpa getaran. Setiap kondisi membutuhkan waktu lima menit. Getaran meja getar arah vertikal sesuai posisi vertikal responden yaitu arah naik turun, sedangkan arah horizontal adalah arah depan-belakang (fore-aft) dari responden. Akselarasi getaran yang digunakan dalam penelitian ini bervariasi antara 1 m/dt2
sampai 10 m/dt2. Akselarasi sebesar ini merupakan kondisi tidak aman berdasarkan grafik fatigue-decreased proficiency dari ISO 2631 untuk terpapar getaran selama lima menit. Frekwensi getaran antara 9 Hz sampai 30 Hz. Selama simulasi, responden melakukan kegiatan pengoperasian komputer. Pengukuran getaran menggunakan accelerometer tipe dual channel data collector dan pemasangan sensor menggunakan magnet pada tempat duduk responden. Tingkat kelelahan dilihat dari kemampuan mata responden melihat frekuensi kedipan cahaya menggunakan flicker. Waktu respon akan terekam langsung pada komputer selama kegiatan simulasi. Rata-rata denyut jantung diukur menggunakan heart rate monitor. Ketidaknyamanan merupakan penilaian subjektif yang dilakukan oleh responden terhadap
getaran yang dirasakan.
Penilaian ketidaknyamanan dilakukan menggunakan kuesioner. Dalam pengolahan data nilai akselarasi getaran dikelompokkan atas 9 tingkat akselarasi yaitu a < 0,5 m/dt2, 0.5 < a < 1,5 m/dt2, 1,5 < a < 2,5 m/dt2, 2,5 < a < 3,5 m/dt2 3,5< a < 4,5 m/dt2, 4,5< a < 5,5 m/dt2 5,5< a < 6,5, 6,5< a < 8,5, dan 8,5< a < 10,5 m/dt2. Pengelompokkan data bertujuan agar setiap pengaruh akselarasi terhadap variable penelitian disebabkan oleh kondisi getaran yang sama. Penelitian ini lebih memfokuskan pada pengaruh kenaikan akselarasi dari 0 sampai 6 m/dt2, karena data lebih lengkap tersedia hanya sampai akselarasi 6 m/dt2. Untuk selanjutnya nilai akselarasi dalam pengolahan data diwakili oleh nilai tengah setiap level. Nilai rata-rata akselarasi diperoleh dari nilai Root Mean Square akselarasi untuk ketiga arah getar. Tidak digunakan nilai Vibration Dose Value (VDV) karena nilai crestfactor yang dihasilkan berada dibawah 1. Jika crestfactor lebih dari 9 maka digunakan nilai VDV sebagai rata-rata akselarasi untuk menjamin efek dari getaran kejut ikut dipertimbangkan. Berdasarkan pengujian menggunakan flicker tidak terdapat perbedaan nilai Critical Frequency of Flicker (CFF) yang menggambarkan tingkat kelelahan pada berbagai kondisi getaran. Data CFF menunjukkan pola garis datar. Energi kerja dihitung berdasarkan rata-rata denyut jantung selama simulasi berdasarkan pola energi yang dikeluarkan oleh masing-masing responden. Berdasarkan uji anova ( = 0,05) tidak terdapat perbedaan signifikan energi yang dikeluarkan
pada berbagai kondisi getaran dan kondisi tanpa getaran. Namun jika dilihat dari grafik, pola energi kerja akibat getaran sampai 6 m/dt2 adalah pola kuadratik. Energi kerja naik dengan meningkatnya akselarasi dan menurun setelah nilai akselarasi 3,5 m/dt2. Energi terbesar terjadi pada nilai akselarasi antara 3,5 m/dt2. Pada akselarasi 3,5 m/dt2
responden lebih merasakan efek getaran,
guncangan akibat getaran lebih terasa, sehingga berdampak pada peningkatan energi kerja. Semakin meningkat akselarasi berarti perubahan posisi gelombang getar semakin cepat sehingga guncangan akibat getaran yang dirasakan responden mulai berkurang. Intensitas getaran yang semakin tinggi berpengaruh pada fisiologi manusia berupa penurunan energi kerja. Jika akselarasi getaran terus meningkat, kurva energi kerja akan kembali naik setelah akselarasi 7,5 m/dt2. Saat akselerasi di atas 9,8 m/dt2 (1 g) getaran tinggi mulai berpengaruh negatif terhadap organ tubuh manusia. Rasa tidak nyaman sampai sakit mulai dirasakan pada organ-organ tubuh tertentu dengan terus meningkatnya getaran. Pola waktu respon akibat pengaruh getaran sama dengan pola energi kerja. Pada kondisi getaran sampai akselarasi 6 m/dt2 menghasilkan pola berupa kurva kuadratis dengan nilai performansi terendah terjadi pada akselarasi 3,5 m/dt2. Hasil uji anova terhadap tingkat ketidaknyamanan ( = 0.01) pada berbagai kondisi getaran menunjukkan terdapat perbedaan signifikan ketidaknyamanan yang dirasakan antara terpapar berbagai getaran dan tidak terpapar getaran. Kurva tingkat ketidaknyamanan berbentuk kurva pemangkatan (power). Untuk menghilangkan pengaruh kebisingan disamping getaran maka simulasi juga dilakukan saat responden menggunakan earplug. Kurva yang dihasilkan tetap berupa kurva power dan tidak ditemukan perbedaan signifikan adanya pengaruh kebisingan disamping getaran terhadap kenyamanan. Pengaruh arah getar horizontal lebih besar dari pada arah vertikal terhadap energi kerja, dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral : vertikal = 1,7 : 1,2 : 1. Pengaruh arah getar horizontal juga ditemukan lebih besar terhadap waktu respon, dengan dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral : vertikal = 1,2 : 1,7 : 1. Pengaruh arah getar horizontal juga lebih besar terhadap ketidaknyamanan dengan perbandingan pengaruh arah fore-aft: lateral : vertikal = 1,9 : 2,2 : 1.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pariaman Sumatera Barat pada tanggal 17 Januari 1971 sebagai anak pertama dari pasangan Hasan Basri dan Asma. Pendidikan sarjana ditempuh pada Departemen Tenik dan Manajemen Industri ITB, lulus tahun 1994. Pada tahun 1997 penulis melanjutkan pendidikan pada jurusan Transportasi Pascsarjana ITB dan lulus tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada mayor Teknik Pertanian, Departeman Teknik Mesin dan Biosistem IPB diperoleh pada tahun 2008. Beasiswa pendidikkan pascasarjana diperoleh dari Dirjen Dikti melalui program BPPS. Penulis bekerja sebagai dosen pada jurusan Teknik dan Manajemen Industri (TMI) Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Banten, dalam kelompok keahlian Analisis Perancangan Kerja dan Ergonomi. Sebelum melanjutkan pendidikan doktor, penulis banyak terlibat dalam pengembangan laboratorium dan menjabat sebagai kepala laboratorium Jurusan TMI. Penulis telah menjadi anggota Perhimpunan Ergonomi Indonesia (PEI) sejak tahun 2007. Karya ilmiah berjudul Analisis variasi paparan getaran Whole Body vibration (WBV) pada pengendara sepeda motor telah disajikan di dalam seminar : Serving Humanity for a Better Life , National Conference of Indonesia Ergonomic Society 2011, pada bulan September 2011 di Universitas Indonesia, Jakarta. Sebuah artikel berjudul Design of Vibration Simulator with Output Vibration in Translational Direction telah diterbitkan pada International Journal of Scientific and Engineering Research volume 3, issue 12, Desember 2012. Artikel lain berjudul Analyzing of RMS Acceleration (aRMS) of Mechanical Vibration to Physical and Psychological Response sedang dalam proses revisi pada jurnal Industrial Engineering & Management Systems – Korea. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S3 penulis.
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunianya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak awal tahun 2010 ini adalah efek getaran mekanik dalam arah translational terhadap manusia. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir Sam Herodian, MS, Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang Pramudya N., M. Eng, dan Bapak Dr. Ir. Dewa Made Subrata, M.Agr. yang telah banyak memberi saran. Disamping itu penghargaan disampaikan kepada adik-adik program S1 dan S2 serta karyawan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang telah menjadi responden dalam penelitian penulis.. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada ibu, suami, serta kedua anak penulis, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2013
Lovely Lady
Penguji pada Ujian Tertutup: 1. Dr Ir. Desrial, M. Eng. 2. Dr. Ir. M Fais Syuaib, M. Agr.
Penguji pada Ujian Terbuka: 1. Dr. Ir. Iftikar Z. Sutalaksana 2. Dr. Lenny Saulia, STP. MSi.
Judul Disertasi
: Analisis Pengaruh Akselarasi dan Arah Getaran Mekanik terhadap Aspek Fisiologi, Motorik, dan Psikologi Manusia
Nama
: Lovely Lady
NIM
: F164080071
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir Sam Herodian, MS Ketua
Prof. Dr. Ir. Bambang Pramudya N, M. Eng
Dr. Ir. Dewa Made Subrata,M.Agr.
Anggota
Anggota
Mengetahui
Ketua Departemen Teknik Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Dr. Ir. Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal ujian : 2 April 2013
Tanggal lulus :
GLOSSARY
Whole Body Vibration (WBV) : Getaran pada seluruh tubuh pekerja yang bekerja sambil duduk atau sedang berdiri dimana landasannya menimbulkan getaran Tool Hand Vibration (THV) : Merupakan getaran setempat yaitu getaran yang merambat melalui tangan akibat pemakaian peralatan yang bergetar. Translational : Getaran searah sumbu koordinat Rotational : Getaran dalam bentuk gerakan berputar Lateral : Arah getaran dari kiri ke kanan pada posisi orang berdiri atau duduk Fore-aft : Arah getaran dari depan ke belakang pada posisi orang berdiri atau duduk Vertikal : Arah getaran atas ke bawah pada posisi orang berdiri atau duduk (kepala ke kaki dan sebaliknya) Level akselarasi (L) : diukur dengan satuan dB (decibels) yang berpatokan pada skala akselarasi 10-6m/dt2 = 0 dB. Root Mean Square Acceleration (aRMS): akar pangkat dua dari penjumlahan kuadrat setiap arah getar. Frequency weighted : Faktor pengali untuk penghitungan nilai total getaran yang mempertimbangkan nilai frekuensi. Faktor pengali : Menggambarkan pengaruh relatif diantara arah getaran. Cresfactor adalah rasio antara nilai awmax terhadap awRMS Vibration dose value (VDV) : Akar pangkat empat dari penjumlahan pangkat empat setiap arah getar. Critical Frequency of Flicker (CFF) adalah rata-rata otak manusia menangkap frekuensi kedipan cahaya lampu berulang-ulang. Tactil sensor : Sensor yang berhubungan dengan sentuhan, tekanan atau gaya dari luar. Fisiologi : Bagaimana tubuh manusia dapat berfungsi agar dapat bertahan hidup dan berkembang biak. Sistem Cardiovascular : Sistem peredaran darah Psikologi : Berhubungan dengan apa, bagaimana, dan mengapa suatu tingkah laku terjadi.
Kognitif : Proses mental atau aktifitas fikiran, dimana individu aktif dalam mencari, menemukan, mengetahui, dan memahami informasi.
Motorik : Gerakan yang dilakukan oleh tubuh.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ……………………………………………………….. xiii DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………. xiv DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………….. xvi PENDAHULUAN ......…………………………………………………… Latar Belakang …………………………………………………….. Perumusan Masalah ……………………………………………….. Tujuan Penelitian ………………………………………………….. Manfaat Penelitian ………………………………………………… Kebaruan Penelitian ..………………………………………………
1 4 4 4 5
TINJAUAN PUSTAKA Getaran Mekanik ………………………………………………….. 6 Ukuran Getaran ……………………………………………………. 8 Pengukuran Getaran pada Manusia ……………………………….. 10 Frekwensi Weighted ……………………………………………….. 12 Efek Getaran terhadap Manusia …………………………………... 14 Getaran Akselarasi Tinggi …………………………………………. 16 Standar Keamanan Paparan Getaran terhadap Manusia …………... 17 Energi Kerja ……………………………………………………….. 20 Metode Step Test ………………………………………………….. 21 Kecepatan Reaksi Manusia ………………………………………… 21 Menilai Kondisi Tubuh dengan Angka Critical Frequency of Flicker (Wellnes number) ………………………………………... 22 Penerimaan Stimulus oleh Sensor Tactile …...……………………… 23 METODE PENELITIAN Hipotesis dan Variabel Penelitian …………….……………………. 26 Prosedur Percobaan …………………………….………………….. 26 Sampling Operator ……………………………….………………… 27 Pengukuran ……………………………………….………………... 28 Pengolahan Data ………………………………….………………... 30 Pengaruh Getaran terhadap Aspek Fisiologi, Motorik dan Psikologi Manusia ………………………………….………………. 31 Pengaruh Arah Getaran terhadap Waktu Respon dan Fisiologi Manusia .............................................................................................. 32 RANCANGAN SIMULATOR GETARAN DENGAN OUTPUT ARAH GETAR DOMINAN VERTIKAL DAN HORIZONTAL Konsep akselarasi getaran pada simulator ………………………….. 32 Mekanisme gerakan linier …………………………...……………… 32 xi
Mekanisme perubahan akselarasi ……………………………….…. 34 Meja getar ……………………………………………………….…. 35 Pengkondisian getaran …………………………………….…...….… 36 Pengumpulan data getaran ……………………………….……..….. 38 Hasil pengujian simulator ……………………………………….…. 38 EFEK GETARAN MEKANIK DAN ARAH GETARAN TERHADAP MANUSIA Pengaruh Akselerasi Getaran terhadap Manusia …………………... 40 Pengaruh Akselerasi Getaran terhadap Tingkat Kelelahan ………... 41 Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Energi ……..……………….. 42 Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Waktu Respon Manusia ….... 48 Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Ketidaknyamanan ………..... 52 Pengaruh Arah Getaran terhadap Kemampuan Motorik, Fisiologi, dan Ketidaknyamanan Manusia ......................................... 54 Aplikasi Hasil Penelitian ..................................................................... 60
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ............................................................................................. 61 Saran ................................................................................................... 61 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 62 LAMPIRAN ..................................................................................................... 67
xii
DAFTAR TABEL
1 Studi efek getaran terhadap manusia yang sudah dilakukan …………… 2 2
Arah positif dan negatif akselarasi berdasarkan NASA ………………... 8
3 Karakteristik segmen tubuh dibawah getaran vertikal WBV …………… 15 4 Kecepatan getaran simulator tanpa pemberian pegas dan ukuran sabuk yang digunakan …….……………………………………….….... 36 5
Rata-rata nilai CFF per-level akselarasi ………………………………... 42
6 Rata-rata energi per-level akselarasi ………….…………...…………… 44 7
Konsumsi energi pada kondisi terpapar getaran ……………………………… 45
8
Perbandingan denyut jantung responden saat terpapar getaran ……..… 45
9 Rata-rata waktu respon per-level akselarasi …………………..……….. 49 10 Rata-rata tingkat ketidaknyamanan per-level akselarasi ………..…….. 54 11 Faktor pengali arah getaran terhadap waktu respon ................................ 56 12 Faktor pengali arah getaran terhadap energi ........................................... 58 13 Faktor pengali arah getaran terhadap ketidaknyamanan ........................ 60
xiii
DAFTAR GAMBAR
1
Arah getaran Whole Body Vibration pada getaran translational (x,y,z) dan rotasional (Rx, Ry, Rz) …………………………………
7
2
Kesepakatan arah positif akselarasi getaran berdasarkan NASA ….
8
3
Getaran sinusoidal untuk jarak perpindahan, kecepatan
4
dan akselarasi ……………………………………………………….
10
Weighting factor berdasarkan ISO .…………………………………
13
5 Batas aman untuk kenyamanan kerja karena paparan WBV berdasarkan ISO 2631 ……………………………………….
18
6
Tiga kriteria utama yang digunakan untuk menilai pengaruh WBV ...
19
7
Langkah-langkah penelitian ………………………………….………
25
8
Skedul simulasi dalam satu kali jalan ….…………………………….
26
9
Skema proses simulasi ……………………………………………......
27
10 Tampilan pada layar komputer untuk uji waktu respon ……………..
29
11 Mekanisme perubahan gerak rotasi motor listrik menjadi gerakan linier (a) ukuran komponen (b) komponen mesin ….…….....
34
12 Perhitungan panjang keliling sabuk V ……………………………….. 35 13 Skema simulator getaran pada (a) posisi tuas vertikal (b) posisi tuas Horizontal ……………….……………………………
38
14 Plot data CFF pada beberapa akselarasi getaran ….………………….
43
15 Pola energi kerja interval akselarasi …………………………………
46
16 Analisis pengaruh stimulus getaran terhadap kenaikan energi dan waktu respon ……………………………………………………..... 47 17 Analisis pola energi dan waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran ……………………………………………………………….... 48 18 Pola energi kerja pada nilai akselarasi getaran sampai 10 m/s2 ………
48
19 Pola waktu respon manusia per-interval akselarasi .………………….
50
2
20 Pola waktu respon sampai nilai akselarasi getaran sampai 10 m/s …
51
21 Perbandingan pengaruh akselarasi getaran terhadap energi kerja dan waktu Respon ……………………………………………………. 52 xiv
22 Contoh pola energi kerja akibat kenaikan akselarasi getaran (a) Responden ke-6 (b) Responden ke-8 ……………………….……. 52 23 Contoh pola waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran (a) Responden ke-2 (b) Responden ke-11 ………………………….… 53 24 Pola ketidaknyamanan per-interval akselarasi karena pengaruh getaran dan kebisingan ……………………………...………………… 54 25 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap energi (a) tanpa faktor pengali terhadap (b) dengan faktor pengali .................... 57 26 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap waktu respon(a) tanpa faktor pengali terhadap (b) dengan faktor pengali ........ 59 27 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap ketidaknyamanan (a) tanpa faktor pengali (b) dengan faktor pengali .................................................................................................... 61
xv
DAFTAR LAMPIRAN 1
Formulir kesediaan responden ……………………………………….. 69
2 Data responden ………………………………………………………. 70 3 Desain simulator ………………….…………………………………… 71 4
Hasil pengukuran simulator getaran arah dominan vertikal ………….. 77
5 Hasil pengukuran simulator getaran arah dominan horizontal ……….. 78 6
Contoh analisa FFT getaran saat simulasi ……………………………. 79
7
Nilai cresfactor pada sampel getaran ……………………………….…. 97
8
Nilai Critical Frequency Flicker (CFF) manusia pada berbagai tingkat akselarasi dan hasil uji t …………………………………..…... 99
9
Rumus energi kerja setiap responden ………………………………… 103
10 Energi selama simulasi berdasarkan tingkat akselarasi (kkal/mt) dan hasil uji t …………………………………………………………... 105 11 Waktu respon manusia berdasarkan tingkat akselarasi dan hasil uji t ……………………………………………………………….. 109 12 Perubahan energi (kkal/menit) per-responden akibat perubahan akselarasi getaran …………………..……………………………….….. 113 13 Perubahan waktu respon (ms) per-responden akibat perubahan akselarasi getaran ……………………………………………..……..… 114 14 Nilai ketidaknyamanan berdasarkan tingkat akselarasi dan hasil uji t ………………………………………………...……………… 115
xvi
xvii
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perkembangan teknologi permesinan telah membantu pekerjaan manusia di berbagai bidang. Dalam industri produksi penggunaan mesin telah menggantikan tenaga manusia sehingga mampu berproduksi secara masal. Namun penggunaan mesin produksi juga menghasilkan lingkungan fisik kerja yang buruk bagi manusia. Getaran mekanik merupakan dampak fisik yang hampir selalu terjadi pada mesin-mesin yang sedang beroperasi. Getaran dapat terpapar kepada operator dalam bentuk Whole Body Vibration (WBV) atau Tool Hand Vibration (THV). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk melihat efek getaran. WBV dapat menimbulkan keluhan tidak nyaman pada operator, menaikan beban mental (Newell 2008), pengaruh terhadap aktifitas otot belakang (Santos 2008), sampai gangguan keseimbangan (Mani 2010) tergantung kepada amplitudo, akselerasi, dan lama terpapar getaran. Pekerjaan pengolahan lahan dan hasil pertanian menggunakan sistem mekanisasi mengakibatkan operator terpapar getaran dalam tingkat tidak aman. Paparan getaran yang tinggi diterima oleh operator traktor tangan dalam kegiatannya mengolah tanah sebelum ditanam, getaran pada traktor tangan bervariasi dari 3.43 sampai 5.26 m/s2 (Binisam 2007). Getaran mesin pertanian di atas batas aman berdasarkan standar keamanan ISO 2631-1-1997 ditemukan pada traktor roda empat, all-terrain vehicles (ATVs), kendaraan offroad berupa skidder, haulage truck, mesin pemanen zaitun, gergaji kayu (Ragni 1999; Mehta 2000; Servadioa 2007; Eger 2007; Smets 2010; Tewari 2009; Milosavljevic 2010; Cationa 2008; Çakmak 2011; Goglia 2005; Sarah 2008). Getaran sebesar 1 sampai 13 m/s2 terpapar kepada operator di dalam industri gula lokal di Indonesia (Cahyono 2008; Mukti 2008). Di samping frekuensi dan magnitudo getaran, dampak getaran yang diterima manusia juga dipengaruhi oleh arah getaran (Haris 2002). Jika menggunakan kendaraan seperti forewarder, mobil, motor, truk, traktor, atau mesin pemadat jalan getaran dominan yang terjadi adalah dalam arah vertikal (Googlia 2003; Rehn 2005; Binisam 2007; Salmoni 2008; Lady 2011; Chen 2009; Subhash 2011; Kathirvel 2007). Penumpang kereta api rel listrik dan rel diesel di Indonesia terpapar getaran dengan akselarasi hampir sebanding antara arah vertikal dan horizontal (Suwandi 2008). Dampak getaran terhadap manusia banyak diteliti berdasarkan frekuensi getaran. Rasa pusing dan mual saat berkendaraan terjadi akibat terpapar getaran pada frekuensi rendah dibawah 0.5 Hz. Getaran akan semakin meningkatkan kecepatan reaksi manusia dengan kenaikan frekuensi getar dari 4 sampai 8 Hz diteliti oleh Notbohm dan Gross dalam Pulat (1992). Frekuensi getaran yang sama dengan frekuensi alami bagian tubuh manusia memberikan efek resonansi pada bagian tubuh tersebut. Resonansi tangan terjadi pada frekuensi 4 sampai 5 Hz berdampak pada penurunan kemampuan gerakan presisi tangan pada frekuensi ini. Resonansi bola mata terjadi pada frekuensi 20 sampai 70 Hz mengakibatkan orang mengalami kesulitan melihat. Getaran frekuensi tinggi, 30 sampai 50 Hz dapat memperlancar peredaran darah sehingga mempercepat
2 pemulihan kelelahan otot, banyak dimanfaatkan untuk pemijatan dengan getaran. Kemampuan cognitive manusia tidak dipengaruhi oleh getaran (Ljungberga 2007); Shoenberger (1974) dalam Oborne (1987)). Begitu juga kemampuan aritmatika tidak terpengaruh oleh getaran pada frekuensi rendah. Namun di sisi lain getaran berfungsi sebagai general stressor, manusia akan bekerja lebih keras untuk menjaga kecepatan reaksinya saat terpapar getaran, akibatnya kecepatan reaksi manusia lebih tinggi setelah terpapar getaran dibandingkan sebelum atau saat terpapar getaran. International Standardization Organization (ISO) sudah mengeluarkan batasan aman terpapar getaran berdasarkan efek getaran terhadap manusia. Pada getaran vertikal respon manusia lebih besar pada selang frekuensi 4 sampai 8 Hz, dan pada getaran lateral respon manusia lebih besar pada selang frekuensi 1 sampai 2 Hz. Penelitian efek getaran terhadap manusia umumnya menilai getaran dari ukuran frekuensi, karena frekuensi berhubungan dengan efek resonansi bagian tubuh. Pengaruh efek akselarasi getaran masih sedikit diteliti, akselarasi dan frekuensi mengukur getaran dari pendekatan yang berbeda. Pada beberapa penelitian sudah dilakukan penilaian getaran berdasarkan akselarasi, tetapi akselarasi yang diamati hanya pada satu atau dua kondisi saja. Tabel 1 berisi penelusuran penelitian yang sudah dilakukan tentang efek getaran terhadap manusia dan ukuran getaran yang diamati. Tabel 1 Studi efek getaran terhadap manusia yang sudah dilakukan No
Peneliti
Tahun
1.
Newell
2008
2.
Santos
2008
3.
Mani
2010
4.
Notbohn (dalam Pulat) Shoenberger (dalam Oborne) Wohlwill (dalam Oborne)
1992
7.
Ljungberga
2007
Kemampuan cognitive manusia tidak dipengaruhi oleh getaran
8.
Hacaambwa
2006
9.
Marjanen
2010
Ketidaknyamanan naik dengan meningkatnya getaran mengikuti Steven Power Law. Arah getar berpengaruh terhadap ketidaknyamanan dengan faktor pengali arah getarx : y : z = 2.7 : 1.8 : 1
5.
6.
1987
1987
Pengaruh Getaran terhadap Manusia
Akselarasi (m/s2) dan frekuensi (Hz) Getaran berpengaruh pada kenaikan a = 1.4 beban mental. Getaran tidak meningkatkan aktifitas a = 0.86 otot tulang belakang. f = 0.5 – 20 Getaran mengakibatkan gangguan a = 0.9 - 4.9 keseimbangan f = 0.5 – 20 Getaran meningkatkan kecepatan reaksi f = 4 – 8
Waktu reaksi terutama dipengaruhi oleh arah getar lateral, terutama pada f =1 dan 3 Hz. Getaran berfungsi sebagai general stressor terhadap kecepatan reaksi manusia.
a = 1.05 & 0.2 f < 50.5 a = 2.5 f = 1 – 20
3 Lanjutan tabel 1 10. Guignard (dalam Griffin) 11. Maikala
1990
Getaran meningkatkan respon cardiovascular.
2007
Getaran meningkatkan respon Metabolisme. Penyerapan energi getaran meningkat dengan naiknya kuadrat magnitudo.
12.
Nawayseh
2010
13.
Maeda
2008
14.
Tian
1996
15.
Dowell
2007
16.
Kubo
2001
17.
Besa
2007
18.
Shibata
2012
19.
Saton
2006
20.
ISO
21.
Jang
2000
22.
Wang
2006
23.
Ahn
2010
24.
Jiao
2004
25.
Kim
2009
f = 2 – 20
a = 0.9 g f = 2, 4.5, 6 a=0.125, 0.25, 0.625, 1.25 f = 0.25 – 20 Kenyamanan berkendara dimodelkan a = 0.2, 0.4, dari Vibration Greatness ( fungsi dari f 0.8, dan 1.2 dan a). f = 4, 8, 16, 31.5, dan 63 Getaran menurunkan waktu respon dan meningkatkan jumlah kesalahan. Getaran meningkatkan daya genggam a = 2.8 – 89.9 pada paparan Hand Tool Vibration. f = 0 – 125 Heart rate, rasio transmisi pada bagian a = 0.69 tubuh, dan kelelahan naik dengan f = 2 – 20 naiknya frekuensi getaran. Penyerapan energi pada tangan akibat a = 15 dan 30 Hand Tool Vibration dipengaruhi oleh f < 550 arah getaran. Terdapat perbedaan ketidaknyamanan a = 0.2, 0.4, antara pria dan wanita pada getaran arah dan 0.8 lateral dan fore-aft, tidak pada arah f = 1 – 20 vertikal. Kesiagaan berkurang akibat getaran, a = 0.6 sementara Visual analog sleepiness f = 10 scale (VASS) meningkat. Tubuh manusia lebih sensitif pada frekuensi 4 – 8 Hz getaran arah vertikal, dan 1- 2 Hz pada getaran horizontal. Ketidaknyamanan dipengaruhi oleh a = 0.25, 0.4, perbedaan fasa antara getaran di kaki 0.63, 1 dan 1.6 dan kursi, terutama pada frekuensi dan f = 2.5, 3.15, magnitude rendah. 4, 5, dan 6.3 Energi getaran terbesar diserap oleh f = 0.5 – 40 tubuh manusia pada frekuensi 4 – 16 a = 1 Hz. Ketidaknyamanan paling sensitif terjadi f = 0.9 – 16 pada range frekuensi 5 – 6.3 Hz. a = 0.35 – 2.89 (VDV) Paparan getaran meningkatkan heart f = 1.8 dan 6 rate variability dan kelelahan. a = 0.05g Orang Korea lebih sensitif terhadap f = 2 - 250 WBV vertikal pada f= 6.3 Hz. a = 0.35 – 4
4 Perumusan Masalah Efek getaran terhadap manusia dilihat dari nilai akselarasi masih sedikit diteliti. Akselarasi dan frekuensi merupakan dua ukuran getaran yang berbeda. Akselarasi menilai magnitudo getaran yang menggambarkan besarnya energi getaran sedangkan frekuensi merupakan jumlah getaran persatuan waktu. Paparan getaran terhadap manusia tidak hanya dipengaruhi oleh frekuensi tapi juga oleh akselarasi. Akselarasi getaran diduga akan berpengaruh terhadap aspek fisiologis, performansi, dan tingkat ketidaknyamanan manusia. Ketidaknyamanan karena getaran dipengaruhi oleh arah getar (Hacaambwa 2006). Arah getaran juga berpengaruh pada energi getaran yang diserap oleh tubuh manusia ((Burström (1996) dikutip oleh Dewangan (2009)). Penyerapan energi getaran berkorelasi positif dengan terjadinya luka atau kecelakaan akibat getaran (vibration disorder), karena energi getaran yang diserap oleh tangan akan merusak jaringan otot. Seberapa besar pengaruh masing-masing arah getar terhadap manusia perlu diekplorasi lebih dalam. Permasalahan yang muncul dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh peningkatan akselarasi getaran terhadap aspek fisiologi, motorik, dan ketidaknyamanan manusia. 2. Bagaimama pengaruh ketiga arah getaran translational terhadap aspek fisiologi, motorik, dan ketidaknyamanan manusia. Tujuan Penelitian Secara umum penelitian ini bertujuan menganalisa efek akselarasi getaran mekanik dan arah getar terhadap kelelahan, energi kerja, waktu respon, dan ketidaknyamanan yang dirasakan oleh manusia. Secara khusus tujuan penelitian ini diuraikan dalam enam bagian sebagai berikut : 1. Menganalisa pola pengaruh akselarasi getaran mekanik terhadap energi kerja dan kelelahan operator. 2. Menganalisa pola pengaruh akselarasi getaran mekanik terhadap waktu respon. 3. Menganalisa pola pengaruh akselarasi getaran mekanik terhadap ketidaknyamanan yang dirasakan. 4. Menganalisa pengaruh arah getar translational terhadap energi kerja dan kelelahan operator. 5. Menganalisa pengaruh arah getar translational terhadap waktu respon. 6. Menganalisa pengaruh arah getar translational terhadap ketidaknyamanan yang dirasakan.
Manfaat Penelitian Simulator yang digunakan dalam penelitian ini bergetar pada frekuensi di atas 10 Hz dan akselarasi 1 sampai 10 m/s2. Getaran yang dihasilkan berupa getaran translational pada tiga arah getaran : fore-aft (x), lateral (y), dan vertikal (z). Hasil yang diperoleh dari pada penelitian ini bisa dijadikan sebagai acuan
5 dalam merancang mesin-mesin mekanik yang memiliki frekuensi di atas 10 Hz dan bergetar secara translational. Berdasarkan analisa efek getaran terhadap manusia maka dalam perancangan mesin industri, getaran dalam interval akselarasi tertentu sebaiknya dihindari untuk mengurangi efek negatif getaran terhadap manusia. Penyesuaian rancangan mesin tentu juga tanpa mengurangi efektifitas mesin.
Kebaruan Penelitian Penelitian-penelitian terdahulu pada umumnya menganalisa pengaruh getaran terhadap manusia tanpa membedakan ukuran getaran. Novelty dalam penelitian ini merupakan eksplorasi terhadap bagaimana getaran berpengaruh terhadap manusia dilihat pola yang dihasilkan akibat perubahan nilai akselarasi dari 1 sampai 6 m/s2 dan perbandingan pengaruh arah getar translational terhadap aspek fisiologi, motorik, dan ketidaknyamanan operator.
6
2 TINJAUAN PUSTAKA Getaran Mekanik Yang dimaksud dengan getaran adalah gerakan yang teratur dari benda atau media dengan arah bolak–balik dari kedudukan keseimbangan. Getaran mekanis disebabkan oleh mesin atau alat-alat mekanis lainnya. Getaran terjadi saat mesin atau alat dijalankan dengan motor, sehingga pengaruhnya bersifat mekanis. Getaran merupakan suatu faktor fisik yang menjalar ke tubuh manusia, mulai dari tangan sampai ke seluruh tubuh. Getaran mekanis dapat diartikan sebagai getaran yang ditimbulkan oleh alat-alat mekanis yang sebagian dari getaran ini sampai ke tubuh dan dapat menimbulkan akibat-akibat yang tidak diinginkan pada tubuh kita. Ada dua kelompok getaran mekanik yaitu : 1. Getaran Bebas. Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent). Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan dari luar. 2. Getaran Paksa. Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi. Getaran mekanis dapat dibedakan berdasarkan pajanannya. Terdapat dua bentuk yaitu getaran seluruh badan (Whole Body Vibration / WBV) dan getaran pada lengan dan tangan (Tool Hand Vibration).
1.
Whole Body Vibration (WBV) Getaran pada seluruh tubuh atau umum Whole Body Vibration yaitu terjadinya getaran pada tubuh pekerja yang bekerja sambil duduk atau sedang berdiri dimana landasannya menimbulkan getaran. Getaran seperti ini biasanya dialami oleh pengemudi kendaraan seperti: traktor, bus, helikopter, kereta api, atau bahkan kapal. 2. Tool Hand Vibration Merupakan getaran setempat yaitu getaran yang merambat melalui tangan akibat pemakaian peralatan yang bergetar. Paparan getaran WBV terhadap manusia bisa dalam bentuk gerakan berputar (rotational) atau gerakan searah sumbu koordinat (translational). Gerakan translational pada arah lateral searah sumbu y, arah fore-aft searah
7 sumbu x, dan arah vertikal searah sumbu z dari tubuh operator, sistem koordinat untuk arah gerakan seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Arah getaran Whole Body Vibration pada getaran translational (x,y,z) dan rotasional (Rx, Ry, Rz) Sumber : ISO 2631-1 (2004) Arah positif pada masing-masing arah berdasarkan arah yang dikeluarkan oleh NASA 1989. Di dalam pesawat luar angkasa arah akselarasi ditentukan relative terhadap mata atau organ tubuh lain yang bergeser akibat akselarasi. Sistem akan mempunyai akselarasi positif dalam arah x dari belakang ke arah dada (bola mata tertarik ke dalam), akselarasi positif dalam arah y dari kiri ke kanan (bola mata ke kiri), dan akselarasi positif dalam arah z dari kepala ke arah kaki ((bola mata ke atas) (Kroemer, 2001). Sistem arah diperlihatkan pada Gambar 2 dan Tabel 2.
8
Gambar 2 Kesepakatan arah positif akselarasi getaran berdasarkan NASA Sumber : NASA (1989) Tabel 2 Arah positif dan negatif akselarasi berdasarkan NASA Gerakan linier Aksi ke depan +ax ke belakang - ax ke kanan +ay ke kiri - ay ke atas - az ke bawah +az Sumber : Kroemer (2000)
Arah Aksi Arah akselarasi ke depan ke belakang ke kanan lateral ke kiri lateral ke arah kepala ke arah kaki
Reaksi pada tubuh manusia Reaksi Keterangan +gx bola mata ke dalam - gx bola mata ke luar +gy bola mata ke kiri - gy bola mata ke kanan +gz bola mata ke bawah - gz bola mata ke atas
Ukuran Getaran Gerak osilasi dapat berulang secara teratur atau dapat juga tidak teratur, jika gerak itu berulang dalam selang waktu yang sama maka gerak itu disebut gerak periodik. Waktu pengulangan tersebut disebut perioda osilasi dan kebalikannya disebut frekuensi. Jika gerak dinyatakan dalam fungsi waktu x (t), maka setiap gerak periodik harus memenuhi hubungan (t) = x (t +τ). Bentuk gerak periodik yang paling sederhana adalah gerak harmonik. Hal ini dapat diperagakan dengan sebuah massa yang digantung pada sebuah pegas ringan. Jika massa tersebut dipindahkan dari posisi diamnya dan dilepaskan, maka massa tersebut akan berosilasi naik turun sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan : x = A sin 2πft dimana : A = Amplitudo t = Waktu
9 Getaran diukur dengan menentukan besarnya energi mekanik yang di hantarkan selama periode waktu tertentu, Energi mekanis ini adalah fungsi dari frekuensi dan intensitas gerakan osilasi yang menghasilkan getaran. Besar energi yang diserap adalah fungsi dari frekuensi, intensitas dan lamanya getaran. Besarnya getaran didefinisikan dalam dua parameter yaitu kecepatan dan intensitas. Kecepatan adalah getaran yang diekspresikan sebagai frekuensi gerakan, dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz), dimana 1 Hz = 1 cycle getaran perdetik. Sering juga digunakan frekuensi angular yang dinyatakan dalam radian per-detik. Karena satu gelombang (360o) sama dengan 2 radian, maka = 2f (dalam rad/s2). Intensitas getaran dinyatakan sebagai maksimum getaran dari titik tetapnya atau diistilahkan dengan amplitudo. Tetapi intensitas getaran lebih sering menggunakan unit akselarasi, secara konvensional dinyatakan dengan g (1 g adalah jumlah akselarasi yang dibutuhkan untuk mengangkat tubuh orang dari permukaan bumi). Satuan metrik untuk akselarasi adalah meter per-second2 (1g = 9.81 m/s2). Akselarasi getaran dinotasikan dengan a dapat diukur dalam satuan g (gafitasi) atau m/s2 jika menggunakan sistem metrik. Sementara level akselarasi dinotasikan dengan L diukur dengan satuan dB (decibels) yang berpatokan pada skala akselarasi 10-6m/s2 = 0 dB. Sehingga akselarasi a m/s2 dapat dinyatakan sebagai level L(dB) : L (dB) = 20 log10 [a/aref] dimana : L = level getaran dalam decibels a = akselarasi terukur dalam m/s2 aref = patokan level = 10-6m/s2 Pada jarak gelombang getaran maksimum dari titik tengah kecepatan menjadi nol dan akselarasi pada nilai minimumnya. Ketika jarak nol kecepatan maksimal dan akselarasi juga nol. Pada saat t, maka perpindahan x dinyatakan sebagai : x(t) = Xsin(2ft + ), dan kecepatan merupakan turunan pertama jarak v(t) = 2fXcos2ft = Vcos2ft, dan akselarasi merupakan turunan kedua jarak a(t) = -(2f)2Xsin 2ft = -A sin 2ft dimana . X = Jarak maksimum gelombang dari titik tengah V = 2fX adalah puncak kecepatan A = (2f)2X atau 2fV adalah puncak akselarasi = sudut fasa
Penjelasan tentang amplitudo, kecepatan dan akselarasi getaran dijelaskan pada Gambar 3.
10
Gambar 3 Getaran sinusoidal untuk jarak perpindahan, kecepatan dan akselarasi Sumber : Kroemer (2001) Pada tubuh yang kaku, gaya dan akselarasi selalu dalam satu fasa, sehingga pada berbagai rasio frekuensi terhadap rms menunjukkan masa benda. Pada frekuensi tertentu tubuh manusia tidak bersifat sebagai benda kaku, dan gaya dan akselarasi tidak satu fasa tergantung pada kekakuan dan peredaman pada masingmasing frekuensi sehingga sulit untuk menghitung masa benda. Invers rasio juga memiliki nama sendiri, akselarasi dibagi gaya adalah accelerance, kecepatan dibagi gaya disebut mobility dan perpindahan x dibagi gaya disebut dynamic compliance (Griffin, 1990). Setiap struktur sederhana seperti meja, buku, bangunan, memiliki resonansi frekuensi sendiri. Jika suatu getaran diterapkan pada struktur dan kemudian struktur tersebut bergetar dengan getaran yang lebih besar daripada yang diterapkan padanya, maka itu disebut beresonansi. Jika struktur menyerap intensitas getaran maka proses tersebut disebut peredaman (damping).
Pengukuran Getaran pada Manusia Tubuh yang terpapar getaran diukur pada interface tertentu dari tubuh dan sumber getaran. Pada operator yang bekerja duduk biasanya pengukuran dilakukan pada permukaan tempat duduk atau sandaran punggung. Pada operator berdiri pengukuran pada lantai di posisi kaki. Pada operator yang bersandar diukur pada permukaan penyangga tubuh di daerah torso, pelvis dan kepala.
11 Ketika getaran ditransmisikan ke tubuh melalui material yang tidak kaku penempatan transducer pengukur harus pada permukaan tubuh untuk meminimasi perubahan tekanan permukaan pada material tersebut. Waktu pengukuran juga harus cukup untuk mewakili data getaran dan mendapatkan sinyal random. Jika pengukuran getaran dilakukan pada satu titik ditubuh untuk arah translational (x, y, dan z) maka dapat dihitung nilai getaran total dalam bentuk Root Mean Square Acceleration (aRMS) dengan komponen akselarasi pada setiap arah ax, ay, dan az.
Ketika getaran mengenai tubuh pada beberapa titik (seperti kaki, tempat duduk, sandaran punggung ), maka nilai total akselarasi av merupakan kombinasi nilai dari setiap titik.
Efek getaran yang diterima tubuh dipengaruhi oleh frekuensi getaran, sehingga penghitungan nilai total getaran yang dipengaruhi oleh frekuensi menggunakan faktor frequency weighted. Nilai rata-rata getaran dalam bentuk rms frequency weighted acceleration dengan rumus sebagai berikut dalam domain frekuensi :
Pada tubuh yang terpapar getaran dengan kejadian sementara dan mempunyai nilai crestfactor lebih dari 9, maka perlu dihitung nilai vibration dose value (VDV) atau maximum transient vibration value (MTVV(T)), keduanya digunakan untuk menjamin efek dari getaran sementara tidak underestimed. Cresfactor adalah rasio antara nilai awmax terhadap awRMS Hubungan antara respon manusia terhadap getaran sementara bisa diketahui dengan menghitung maximum transient vibration value (MTVV(T)) selama pengukuran. MTVV(T) |aw(t0)|max Pangkat 4 Vibration Dose Value (VDV) didefinisikan sebagai : VDV = Dengan r = 4, memberikan sebuah pengukuran terpapar getaran yang lebih sensitif untuk amplitudo besar dengan membentuk frequency-weighted
12 acceleration time history pangkat empat aw4(t). Jika total getaran terdiri atas beberapa elemen getaran maka total VDV adalah : VDV total = Penggunaan maximum transien vibration value atau total vibration dose value untuk ditambahkan pada nilai rms frequency weighted acceleration dianjurkan jika : MTVV(T) >1.5aw atau VDVtotal >1.75awT1/4 Perhitungan VDV total tidak dipengaruhi oleh waktu dan besarnya akselarasi, hanya merupakan penjumlahan dari elemen getaran. Tetapi perhitungan MTVV memperhatikan pengaruh akselarasi yang terjadi dalam waktu satu detik dan sangat sedikit dipengaruhi oleh kejadian yang terjadi lebih dari 1 detik. Total vibration dose value (VDV) akan mengintegrasikan semua pengaruh kejadian sementara terlepas dari kekuatan dan lama kejadian. Berbeda dengan total VDV maka maximum transient vibration value akan menghasilkan pengukuran yang didominasi oleh kekuatan getaran yang besar yang hanya terjadi pada saat yang pendek (1 detik), tetapi sangat sedikit dipengaruhi oleh getaran yang terjadi dalam waktu yang lebih lama. Aplikasi kedua pengukuran ini terhadap WBV tergantung kepada kondisi kejadian getaran sementara dan antisipasi berdasarkan respon manusia. Efek WBV terhadap kesehatan berdasarkan ISO 2631-1 pada getaran yang dirambatkan melalui kursi duduk pada frekuensi 0,5 – 10 Hz, pengukuran getaran berdasarkan frequency-weighted acceleration. Jika paparan getaran berisi kejadian sementara (transient event) yang memenuhi persyaratan diatas maka penilaian dilakukan berdasarkan vibration dose value (VDV). Frequency weighted yang digunakan adalah Wd dan Wk. Dikalikan dengan factor 1 untuk getaran dalam arah z dan 1,4 untuk getaran dalam arah x dan y sesuai koordinat pada gambar.
Frequency Weighted Sensitifitas tubuh manusia terhadap getaran mekanis tergantung kepada frekuensi dan arah getaran. Kedua faktor ini perlu dipertimbangkan dalam perhitungan untuk memperkirakan efek bahaya. ISO (International Standards Organization) sudah menghasilkan tiga kurva weighting factor, yang dapat digunakan ketika menaksir tingkat bahaya suatu kondisi getaran. Ketika getaran diukur dalam arah yang berbeda-beda, level getaran diukur pada semua frekuensi dalam daerah sensitif terhadap manusia. Frekuensi saat tubuh manusia lebih sensitif akan memberikan weighting faktor yang lebih besar dari pada saat frekuensi dimana tubuh kurang sensitif. Weighting factor memberikan korelasi yang lebih bagus antara level getaran yang diukur dan
13 penilaian subjek atau dampak yang dihasilkan getaran (Bruej 2013). Level kebisingan juga diukur dengan cara yang sama, weighting filter digunakan untuk mensimulasikan respon pendengaran manusia terhadap kebisingan. Tiga weighting faktor utama ISO diperlihatkan pada Gambar 4. Tambahan weighting factor kadang-kadang digunakan ketika memperkirakan level getaran yang berhubungan dengan motion sickness, getaran bangunan, dan transportasi dengan ambulan. Pengukuran getaran pada tubuh manusia yang terjadi dalam selang frekuensi 0.1 Hz sampai 1500 Hz menarik untuk diamati. Sementara jika getaran terpapar dalam bentuk WBV maka frekuensi antara 1 Hz sampai 80 Hz lebih menarik, dan kalau pengukuran getaran dalam bentuk THV (Tool-hand vibration) selang frekuensi 5 Hz sampai 1500 Hz lebih menarik. Dalam selang frekuensi ini tubuh manusia lebih sensitif sesuai bentuk paparan getaran yang terjadi.
Gambar 4 Weighting factor berdasarkan ISO Sumber : Bruej and Kjaer (2013)
WBV harus diukur dalam arah sesuai sistem koordinat. Arah longitudinal (dari kepala ke arah kaki) disebut arah z. Pada arah ini tubuh lebih sensitif pada frekuensi getaran antara 4 Hz sampai 8 Hz. Respon manusia terhadap getaran dalam arah x (depan ke belakang) dan arah y (kiri ke kanan) tidak berbeda, dan pada bidang lateral ini respon manusia lebih besar pada interval frekuensi 1 Hz sampai 2 Hz. Getaran pada range frekuensi 0.1 sampai 0.63 Hz diperkirakan bertanggung jawab terhadap terjadinya rasa pusing (motion sickness). Reaksi individual terhadap getaran dalam interval frekuensi ini sangat beragam dan tergantung tidak
14 hanya pada getaran saja, tetapi juga faktor lain seperti penglihatan, penciuman, dan umur, yang membuat penelitian untuk pengaruh getaran terhadap manusia menjadi kompleks.
Efek Getaran terhadap Manusia Efek getaran translational terhadap nilai total getaran lebih dominan dibanding getaran rotational, efek getaran rotational kurang dari 6% (Marjanen 2010). Proporsi pengaruh setiap arah getaran dipengaruhi oleh kurva frequency weighting dan faktor pengali. Frequency weighting memodelkan respon tubuh dalam domain frekuensi. Faktor pengali menggambarkan pengaruh relatif diantara arah getaran. Menurut Marjanen (2010) efek getaran terhadap ketidaknyamanan dominan dipengaruhi oleh rambatan getaran melalui tempat duduk, rambatan getaran dari sandaran hanya berpengaruh 1.4% terhadap ketidaknyaman. Tubuh manusia adalah struktur yang kompleks yang tersusun atas organorgan, tulang, persendian, dan otot. Pada beberapa frekuensi, tubuh bisa bergetar dengan intensitas yang lebih tinggi dari getaran yang mengenai bagian tubuh tersebut, sementara pada kasus lain getaran mungkin diserap. Resonansi tubuh akibat getaran mulai terjadi pada frekuensi 4 sampai 5 Hz (Kromer 2001). Getaran dibawah frekuensi 20 Hz menjadi sebab kelelahan pada manusia karena getaran menyebabkan bertambahnya tonus otot-otot. Kontraksi statis ini menyebabkan penimbunan asamlaktat dengan bertambah panjangnya waktu terpapar. Rasa tidak enak akibat getaran menjadi sebab kurangnya konsentrasi. Rangsangan-rangsangan pada system retikuler di otak menjadi sebab mabuk. Sebaliknya frekuensi di atas 20 Hz menyebabkan pengenduran otot, mempercepat pemulihan kelelahan otot, sehingga banyak dimanfaatkan untuk relaksasi dan pemijatan dengan getaran, sedangkan pada frekuensi lebih rendah dari 20 Hz tidak bisa untuk pemulihan kelelahan (Carassco 2011). Getaran vertikal sekitar 2 sampai 20 Hz meningkatkan respon cardiovascular seperti denyut jantung dan konsumsi oksigen (Guignard dikutip oleh Griffin 1990). Respon cardiovascular tersebut bisa disebabkan oleh tekanan psikologi atau naiknya aktifitas metabolisme, nilai respon akan naik dengan naiknya akselarasi getaran. Pada awal terpapar getaran denyut jantung akan tinggi dan menurun dengan bertambahnya waktu (Raylands dikutip oleh Griffin 1990). Berdasarkan penelitian Maikala (2007), subjek yang terpapar WBV akan berpengaruh pada respon metabolik yang lebih besar dibanding duduk tanpa getaran. Bagian tubuh berbeda memiliki karakteristik resonansi yang berbeda. Tabel 3 memperlihatkan karakteristik resonansi tubuh saat terpapar getaran vertikal :
15 Tabel 3 Karakteristik segmen tubuh dibawah getaran vertikal WBV Bagian tubuh Resonansi (Hz) Seluruh tubuh 4-5, 10-14 Tubuh bagian atas 6 – 10 Kepala 5 – 20 Bola mata 20 -70 lebih kuat Rahang 100-200 Tenggorokan 5 – 20 Bahu 2 – 10 Lengan bawah 16 – 30 Tangan 4–5 Dada 5–7 Lambung 3-6 Perut 4–8 Cardiovascular dan 2 -20 sistem pernafasan Mual 1–2 Sumber : Kroemer (2001)
Gejala Tidak nyaman
Susah melihat Perubahan pitch suara
Sakit dada Sakit perut Seperti respon pada moderate work Mengantuk
Efek kesehatan akibat getaran dapat berupa kerusakan pada organ tubuh dan kerusakan pada jaringan tubuh. Penyebab kerusakan bisa disebabkan oleh intensitas getaran tinggi pada frekuensi relatif rendah, terjadinya resonansi bagian tubuh, atau penyerapan energi getaran dalam level tinggi. Burstrom (1993) dikutip oleh Kihlberg (1995) menemukan energi yang diserap karena adanya getaran akan semakin kecil jika frekuensi getaran membesar dan sebaliknya. Getaran dengan tipe tiba-tiba (shock type) memberikan dampak yang berbeda dengan getaran tanpa shock type, karena berdampak pada meningkatnya energi getaran yang diserap pada penelitian menggunakan Hand Tools Vibration (Burstorm, 1999). Pada tiga titik sentuh antara tubuh manusia dengan getaran mesin yaitu tempat duduk, kaki dan punggung, penyerapan energi naik dengan naiknya kuadrat magnitudo getaran (Nawaseh 2010). Penyerapan energi tidak hanya dipengaruhi oleh intensitas getaran tetapi juga oleh arah getaran, posisi pergelangan tangan, siku, dan bahu, gaya genggam dan gaya dorong, temperatur dan faktor individual (Besa 2007). Reynolds dan Angevine dalam Oborne (1987) meneliti rambatan getaran pada lengan menyatakan akselarasi getaran yang merambat dari handel yang bergetar akan semakin berkurang dari tangan yang menggenggam handel ke arah bahu, artinya terjadi penyerapan energi getaran oleh tangan manusia. Menurut Hacaambwa (2006), ketidaknyaman akibat getaran dipengaruhi oleh empat faktor utama yaitu arah getaran, frekuensi, magnitudo dan lama terpapar getaran. Frekuensi getaran diperkirakan mempunyai pengaruh terbesar. Respon dinamis pada tangan yang terpapar getaran tergantung kepada frekuensi getaran, beban lebih besar diterima oleh siku dan bahu jika frekuensi getaran kecil (< 50Hz) dibandingkan jika terpapar getaran dengan frekuensi tinggi (Kihlberg 1995). Sensitifitas tactile pada tangan akan menurun akibat
16 terpapar getaran (Radwin 2003). Getaran kejut berpengaruh menaikan gaya genggam sehingga meningkatkan penyerapan energi getaran oleh tangan (Burstrom 1999). Reaksi fisik akibat getaran dapat diestimasi melalui persamaan multiple regression terhadap reaksi fisiologi dan psikologi manusia (Kubo 2001). Hubungan antara kenyamanan berkendaraan dengan WBV dapat dimodelkan dengan frekuensi dan rata-rata rms (root mean square) dari akselarasi getaran, sehingga jika dua lingkungan mempunyai frekuensi dan akselarasi sama maka derajat ketidaknyamanannya akan sama (Maeda 2008). Disamping getaran, kebisingan akibat mesin bergetar juga berpengaruh terhadap kenyamanan (Giacomin 2005). Newell (2008) meneliti efek getaran sekitar 1.4 m/s2 terhadap kecepatan reaksi manusia pada berbagai posisi responden. Tian (1996) menemukan penurunan kecepatan reaksi manusia dan kenaikkan jumlah kesalahan akibat terpapar WBV. Ini menunjukkan bahwa kelelahan terjadi selama pekerjaan. Mc Dowell (2007) juga menemukan kesalahan reaksi lebih besar pada magnitude getaran yang lebih besar. Notbohm dan Gross dalam Pulat 1992 dalam penelitiannya untuk pekerjaan memberikan reaksi (dalam lima pilihan) pada frekuensi getaran 4 sampai 8 Hz (akselarasi 3 m/s2) dan kebisingan antara 75 sampai 100dB(A), reaksi manusia lebih cepat terjadi pada getaran 8 Hz dan kebisingan 100dB(A). Sedangkan akurasi tertinggi terjadi jika tidak ada getaran dan hanya ada kebisingan. Paparan WBV dapat menyebabkan kerusakan fisik permanen atau gangguan system syaraf. Paparan WBV selama bertahun-tahun dapat menyebabkan gangguan pada tulang belakang bagian bawah dan mempengaruhi sistem urologi. Di dalam Pulat (1992) diuraikan pada supir truk ditemukan peningkatan gangguan jaringan pada otot tulang belakang 4 kali manusia normal dan pada pengemudi mobil 2 kali orang normal. Paparan getaran WBV akan mengganggu sistem syaraf pusat, gejala gangguan ini biasanya muncul selama atau sesudah terpapar getaran dalam bentuk kelelahan, insomnia, sakit kepala. Banyak orang mengalami gejala gangguan syaraf ini sesudah bepergian menggunakan mobil atau boat. Gejala ini akan hilang setelah istirahat. Jika akselarasi getaran cukup tinggi (1.5 g atau lebih) dapat terjadi pendarahan internal dan kerusakan pada organ internal.
Getaran Akselarasi Tinggi Paparan getaran dengan akselarasi tinggi terjadi pada pilot pesawat tempur, kru pesawat luar angkasa, getaran biasanya dalam bentuk akselarasi linier atau rotasional. Penerbangan dalam kondisi tidak stabil, turbulensi udara, crash landing dapat berakibat pada akselerasi tinggi dengan tiba-tiba. Akselarasi getaran sering diukur dengan g (gravitasi). Pada permukaan bumi akselarasi sebesar 1 g ( 9.8 m/s2) mengarah ke pusat bumi. Berikut adalah kondisi yang memiliki nilai akselarasi tinggi (Kroemer 2001). 1. Manuver cepat, akselarasi mencapai 6g 2. Kejutan saat pembukaan parasut, sekitar 10g 3. Pendaratan keras, lebih dari 10g
17 4. Penerbangan dengan pesawat ruang angkasa, akselarasi mencapai 2g 5. Saat peluncuran pesawat luar angkasa, akselarasi mencapai 6g 6. Roller coaster, akselarasi tertinggi mencapai 2.7 g Tergantung pada magnitudo dan arah akselarasi, getaran yang dihasilkan dapat menimbulkan ketidaknyamanan, kondisi berbahaya, bahkan fatal. Selama akselarasi sebesar +g terjadi peningkatan berat badan sesuai dengan hukum Newton kedua F = mg. Kulit dan jaringan permukaan tubuh menjadi jatuh atau layu terjadi pada akselarasi +2g (Kroemer 2001). Orang tidak mampu mengangkat bagian tubuh seperti tangan dan pandangan menjadi kabur terjadi pada +3g. Pandangan gelap dan kehilangan kesadaran terjadi pada akselarasi 5g sampai 6g. Terbang dengan pesawat bermanuver dengan kecepatan tinggi seperti pesawat tempur dapat mengakibatkan kehilangan kesadaran yang diistilahkan dengan g-LOC selama sebentar. Ini terjadi pada satu dari tiga pilot pesawat tempur. Hal ini disebabkan kekurangan asupan oksigen ke otak, yang disebabkan karena ketidakmampuan jantung mengasilkan tekanan darah yang cukup untuk mencapai kepala. Pandangan gelap terjadi karena dibutuhkan tekanan darah sekurang-kurangnya 22 mm Hg di otak tidak dapat dijaga karena terbang dengan maneuver menghasilkan g besar dengan arah berlawanan pada aliran darah dan komponen tubuh. Sedikit oksigen disimpan di otak, sehingga pilot dapat bermanuver dengan kecepatan tinggi selama tidak lebih dari 5 detik tanpa terjadi g-LOC. Tanda-tanda g-LOC penglihatan seperti dalam terowongan, kemudian kehilangan kesadaran selama 15 detik, diikuti dengan amnesia selama 10 detik. Tentu saja selama g-LOC pilot tidak dapat melaksanakan tugasnya. Setelah gLOC pilot akan kembali sadar, fisiologi membaik, tetapi performansi menurun.
Standar Keamanan Paparan Getaran terhadap Manusia Getaran dirasakan oleh tubuh berbeda-beda pada level frekuensi yang berbeda. Jika seseorang duduk pada permukaan yang diletakkan di atas permukaan yang bergetar secara vertikal, frekuensinya akan berubah secara sekuensial dari 1 – 100 Hz. Orang tersebut akan merasa berayun pada frekuensi rendah 1-2 Hz, sementara organ dalamnya akan mendeteksi getaran pada range 4-8 Hz. Dengan meningkatnya frekuensi, getaran akan dirasakan pada setengah bagian bawah tubuh terutama pada kaki. Terdapat perbedaan yang dirasakan antara getaran vertikal dan horizontal. Secara umum orang akan merasakan lebih lelah dan lebih tidak nyaman pada frekuensi 4 sampai 8 Hz untuk getaran pada arah vertikal. Sedangkan pada arah horizontal reaksi tubuh lebih tinggi terjadi pada frekuensi antara 1 sampai 2 Hz. Terdapat empat faktor fisik penting yang dipertimbangkan ketika melihat efek getaran mekanis terhadap tubuh manusia yaitu nilai akselarasi, frekuensi getaran, arah getaran, lama waktu terpapar getaran. Standar ISO 2631 untuk Whole Body Vibration membedakan tiga kriteria utama yang dapat digunakan untuk menilai pengaruh getaran dalam situasi berbeda : a. Batasan untuk efisiensi kerja (fatigue decreased proficiency boundary); b. Batasan untuk kesehatan dan keamanan (exposure limit)
18 c.
Batasan untuk kenyamanan (reduced comfort boundary). Batasan yang direkomendasikan untuk paparan getaran untuk ketiga kriteria digambarkan secara grafik untuk nilai akselarasi lateral (ax dan ay) dan nilai akselarasi longitudinal (az). Ketiga kriteria menghubungkan nilai RMS akselarasi dengan frekuensi getaran yang diukur, dan lama waktu terpapar yang diizinkan. Batasan untuk efisiensi kerja fatigue-decreased proficiency boundary criterion digunakan untuk menaksir batasan waktu terpapar getaran untuk jenis pekerjaan dimana efek waktu (seperti kelelahan) diketahui dapat mempengaruhi performansi, misalnya pekerjaan mengemudi, menjalankan kendaraan / alat berat. Batasan exposure limit criterion digunakan untuk menaksir paparan getaran maksimum yang diizinkan untuk whole-body vibration (WBV). Jika batasan limit yang didefinisikan sudah dilewati, kesehatan subjek akan terganggu. Sehingga terpapar getaran melebihi batas exposure limit, tidak direkomendasikan. Batasan reduced comfort boundary criterion digunakan untuk mengakses kenyamanan orang dalam bepergian dengan pesawat, kapal atau kereta api. Melebihi batas ini akan membuat penumpang kesulitan melakukan kegiatan makan, membaca, atau menulis selama perjalanan. Batas aman akibat terpapar getaran berdasarkan standar ISO terdapat pada Gambar 5.
Gambar 5 Batas aman untuk kenyamanan kerja karena paparan WBV berdasarkan ISO 2631 Sumber : ISO 2631-1 (2004)
19 Jika RMS akselarasi yang diperlihatkan dalam standar ISO adalah frequency-weighted dan plot waktu terpapar getaran mengikuti ketiga kriteria, hubungan keempatnya dipresentasikan dalam gambar 6. Sebagai contoh waktu terpapar yang diizinkan untuk getaran dengan weighted RMS adalah 0.5 m/s2 hanya 30 menit per hari jika kenyamanan menjadi kriteria, dan menjadi 4 jam/hari jika kesehatan menjadi kriteria. Tiga kriteria utama untuk menilai pengaruh WBV dijelaskan dalam Gambar 6. Dalam menggunakan getaran yang bergetar lebih dari satu arah maka ISO 2631-1 menggunakan rumus arms, agar efek ketiga arah dapat dipertimbangkan. Faktor pengali untuk masing-masing arah ditentukan 1.4 pada arah x dan y dan 1 pada arah z. a RMS [(1.4ax )2 (1.4a y )2 a z ] 2
Waktu terpapar aktual dinyatakan sebagai persentase dari total waktu terpapar yang diizinkan dikenal dengan istilah equivalent exposure percentage. Pada contoh di atas nilai equivalent exposure percentage adalah 25% jika efisiensi kerja merupakan kriteria dan waktu terpapar aktual hanya 1 jam.
Gambar 6 Tiga kriteria utama yang digunakan untuk menilai pengaruh WBV Sumber : ISO 2631-1 (2004)
20 Energi Kerja Terdapat beberapa cara pengukuran energi kerja (Kroemer, 2001), diantaranya : 1. Konsumsi oksigen. Perubahan karbohidrat, lemak, dan protein menjadi energi memerlukan oksigen (O2), dengan demikian konsumsi oksigen dapat dijadikan parameter pengukuran energi kerja. Adapun reaksi kimia yang terjadi adalah :
→
C6H12C6 + 6O2 6 H2O + 6 CO2 + E Dengan mengekuivalenkan kebutuhan energi dengan kebutuhan oksigen diperoleh hubungan nyata antara keduanya. Konsumsi energi bersih perkegiatan diperoleh dengan mengurangkan enegi yang dibutuhkan untuk metabolisme basal. Konsumsi oksigen juga bisa dihitung dengan menghitung jumlah udara yang dihirup pada waktu bernafas, jumlah oksigen 21% dari total volume udara yang dihirup. 1 liter oksigen yang dikonsumsi oleh tubuh akan menghasilkan energi 4.8 kkal. 2. Laju paru-paru dan frekuensi pernafasan seimbang dengan konsumsi energi. Sehingga dengan mengetahui laju paru-paru dan frekuensi pernafasan dapat dihitung besarnya konsumsi oksigen dan akhirnya dapat dihitung besarnya beban kerja. 3. Suhu tubuh Efisiensi penggunaan tenaga manusia untuk pengerjaan tenaga mekanis sekitar 20% dan selebihnya dikeluarkan dalam bentuk panas. Peningkatan beban kerja akan meningkatkan suhu tubuh, oleh karena itu suhu tubuh dapat dijadikan parameter pengukuran beban kerja fisik. Pada pekerja yang bekerja pada suhu udara tinggi, peningkatan suhu tubuh tidak proporsional dengan laju konsumsi oksigen. Sifat ini dapat dijadikan indikasi untuk mengukur heat stress. 4. Denyut jatung Kebutuhan bahan bakar bagi tubuh untuk melakukan gerak disalurkan oleh darah melalui pembuluh-pembuluh darah ke seluruh bagian-bagian tubuh dengan jantung sebagai penggeraknya. Setiap peningkatan penggunaan tenaga mekanis akan meningkatkan kerja jantung. Laju denyut yang tinggi akan diikuti oleh konsumsi oksigen yang tinggi. Metode denyut jantung mempunyai kelemahan, yaitu sering ditemukannya hubungan yang tidak sesuai antara hasil pengukuran dengan pengeluaran energi. Terdapat dua faktor yang mempengaruhi kemampuan kerja fisik manusia dalam setiap aktifitasnya, yaitu factor personal dan factor lingkungan. Faktor personal antara lain : umur, berat badan, jenis kelamin, kebiasaan merokok, gaya hidup, olah raga, status nutrisi, dan motivasi. Faktor lingkungan antara lain : polusi udara, kualitas udara ruangan, ventilasi, ketinggian tempat, kebisingan, dan factor temperatur udara yang ekstrim. Metoda pengukuran beban kerja yang banyak digunakan adalah pengukuran denyut jantung dengan metode step test. Metode ini relatif lebih mudah dan lebih murah untuk dilaksanakan dibanding metode lainnya. Walaupun dalam pelaksanaannya murah dan mudah, namun metode ini memerlukan sistem kalibrasi data yang akurat, hal ini disebabkan beberapa faktor : 1. Denyut jantung berbeda-beda menurut waktu dan individunya.
21 2.
Denyut jantung tidak hanya dipengarui oleh kerja fisik akan tetapi juga beban mental. Metode step test digunakan untuk mengukur karakteristik denyut jantung individual dari operator.
Metode step test Salah satu metode yang digunakan untuk kalibrasi pengukuran denyut jantung adalah dengan menggunakan metoda step test. Dengan metoda ini dapat diusahakan suatu selang yang pasti dari beban kerja dengan hanya mengubah tinggi bangku step test dan intensitas langkah. Metode ini juga lebih mudah karena dapat dilakukan dimana-mana. Denyut jantung sebanding dengan konsumsi oksigen (Sander 1993). Beban kerja yang pasti dapat diketahui dengan mengkalibrasikan antara kurva denyut jantung saat bekerja dengan denyut jantung saat step test. Dengan metode ini beberapa faktor individual seperti umur, jenis kelamin, berat badan, dan tinggi badan harus diperhatikan sebagai factor yang penting untuk menentukan karakteristik individu yang diukur. Tenaga yang dibutuhkan pada saat step test dapat dicari dengan menggunakan rumus :
di mana : P = energi step test (kkal/menit) m = massa operator (kg) g = akselarasi grafitasi (m/s2) t = waktu (menit) S = jarak yang ditempuh selama step test (m) = n(siklus/menit) x 2(langkah/siklus) x tinggi bangku step test (meter) x waktu (menit) Rata–rata denyut jantung pada saat melakukan step test dihubungkan dengan besarnya energi yang digunakan saat step test tersebut dan dicari persamaan liniernya. Persamaan linier yang didapat, digunakan dalam mencari besarnya energi kerja pada saat bekerja dengan memasukkan nilai rata-rata denyut jantung kedalam persamaan linier energi tadi. Tingkat beban kerja mental sebagai bagian dari beban kerja akan terlihat pada perbedaan pola denyut jantung saat bekerja yang diulang pada saat yang berbeda untuk operator yang sama.
Kecepatan Reaksi Manusia Dalam berbagai situasi orang harus membuat respon fisik berdasarkan stimulus yang diterima dari lingkungan. Pada keadaan tertentu respon diharapkan dapat diberikan secepat mungkin, misalnya dalam kondisi darurat. Waktu respon ditentukan oleh beberapa komponen. Setiap komponen dipengaruhi oleh beberapa variabel. Dengan mendesain tugas dan display dimana waktu respon menjadi
22 penting, variabel yang mempengaruhi masing-masing komponen dapat ditentukan. Dua komponen waktu respon adalah waktu reaksi dan waktu pergerakan. Waktu reaksi dimulai dari munculnya sinyal sampai waktu dimulainya gerakan. Waktu gerakan adalah waktu mulainya respon sampai respon selesai. Terkadang kedua komponen ini sulit dipisahkan. Proses penerimaan stimulus oleh tubuh membutuhkan waktu mulai dari munculnya sinyal pada bagian input sampai munculnya reaksi pada sisi output. Waktu tunda terjadi pada sensor, transmisi sinyal pada afferent path, proses syaraf pusat, transmisi sinyal di efferent path, dan terakhir aktifitas otot. Waktu gerakan merupakan waktu yang dibutuhkan secara fisik membuat respon dari stimulus. Waktu yang dibutuhkan untuk menyalesaikan gerakan dipengaruhi oleh kealamian gerakan, jarak, dan derajat keakuratan gerakan. Karena struktur fisik dari tubuh kita maka gerakan menjadi lebih cepat pada arah tertentu. Waktu gerakan lebih pendek terjadi jika gerakan tangan berpusat pada siku dibandingkan dengan pusat pada bahu.
Menilai Kondisi Tubuh dengan Angka Critical Frequency of Flicker (Wellnes number) Fusion frequency atau Critical Frequency of Flicker, disingkat CFF, adalah rata-rata otak manusia menangkap frekuensi kedipan cahaya lampu berulangulang (NuTesla, 2012). CFF berhubungan dengan ketekunan penglihatan. Fenomena ketekunan ini memungkinkan kita melihat transisi secara halus kilatan atau kedipan di dalam gambar bergerak. Studi tentang CFF dalam fisiologi penglihatan sudah dimulai lebih seratus tahun lalu. Hanya belakangan CFF diterapkan pada kajian tekanan fisiologi dan kesehatan. CFF tidak sama untuk semua pengamatan. Frekuensi penglihatan akan rendah pada kondisi lelah dan cemas. Penurunan pada nilai CFF sudah digunakan sebagai indeks untuk kelelahan sentral. Penggunaan obat-obatan seperti alkohol dan minuman keras juga akan menurunkan CFF atau wellness number. Sehingga dengan mengetahui nilai CFF perorangan dapat mengetahui optimal tidaknya kondisi seseorang. Dengan mengetahui nilai dasar CFF pada kondisi sehat, dapat dibandingkan dengan kondisi CFF pada kondisi tertentu. Bertambah tinggi nilai CFF berarti bertambah baik kondisi seseorang, bertambah rendah nilai CFF berarti kondisi seseorang seseorang bertambah tertekan atau tidak nyaman. Nilai CFF diperoleh berdasarkan frekuensi cahaya lampu yang mampu dideteksi oleh mata manusia. Penilaian pertama subjek mengamati cahaya lampu dari frekuensi tinggi yaitu pada 50 Hz, pada frekuensi ini mata manusia belum dapat mendeteksi perulangan kilatan lampu. Subjek tetap menekan terus menerus tombol flicker sehingga frekuensi lampu akan semakin menurun sampai subjek dapat mendeteksi adanya kilatan cahaya berulang-ulang. Saat mata mulai mendeteksi adalanya kilatan berulang ini maka ketukan pada tombol flicker juga dilepas, dan frekuensi saat kilatan cahaya mulai kelihatan ini tertera pada layar flicker yang merupakan titik CFF pertama. Pengamatan terhadap frekuensi cahaya lampu diulang kembali, dengan pengamatan kilatan cahaya lampu dimulai dari frekuensi rendah pada 20 Hz. Pada frekuensi ini mata manusia dapat
23 mendeteksi perulangan kilatan lampu, subjek menekan terus menerus tombol flicker sehingga frekuensi lampu akan semakin naik sampai subjek tidak dapat lagi mendeteksi adanya kilatan cahaya berulang-ulang. Saat mata tidak dapat lagi mendeteksi adanya kilatan berulang ini maka ketukan pada tombol flicker juga dilepas, dan frekuensi saat kilatan cahaya tidak terdeteksi lagi merupakan titik CFF kedua. Nilai CFF subjek yang diamati adalah nilai rata-rata dari nilai CFF pertama dan kedua.
Penerimaan Stimulus oleh Sensor Tactile Sama dengan pola penerimaan stimulus suara dan visual menggunakan sensor pendengaran dan penglihatan manusia, batas penerimaan stimulus getaran absolut proporsional terhadap jumlah energi getaran yang merambat melalui kulit manusia (Verrillo dalam Myles 2007). Sinyal getaran didefinisikan berdasarkan frekuensinya atau intensitasnya. Ketika salah satu atau kedua parameter ini berubah maka perbedaan rasa atau sensasi akan dirasakan oleh manusia. Parameter sinyal getaran juga mempengaruhi sensitifitas penerimaan sinyal oleh tubuh dan penilaian oleh sensor tactile. Sebagai contoh sensitifitas sensor tactile pada panggul adalah 4 mikron pada 200 Hz, tetapi batas penerimaan ini akan naik atau turun tergantung kepada interval antar stimulus, amplitudo, frekuensi, dan lokasi rambatan getaran. (Erp and Werkhoven dalam Myles 2007). Getaran lebih baik dideteksi melalui jenis kulit yang hairy dan bony, dan lebih sulit dideteksi melalui permukaan kulit yang halus dan berlemak. (Gemperle dalam Myles 2007). Penyerapan stimulus getaran juga berbeda pada area yang berbeda pada tubuh. Adaptasi terjadi ketika stimulus terjadi dalam waktu lama, ditandai oleh penurunan penerimaan intensitas sinyal dan hal yang sama juga terjadi pada stimulus lingkungan yang lain selain getaran. Kondisi ini bisa dihindari jika stimulasi diberikan dalam waktu singkat. Adaptasi terhadap stimulus akan menaikkan ambang batas penerimaan stimulus oleh manusia.
24
3 METODE PENELITIAN Pada berbagai penelitian sudah ditemukan getaran berpengaruh terhadap performansi manusia, namun sejauh apa pengaruhnya belum diketahui. Penelitian ini menganalisa efek akselarasi getaran dari nilai rendah sampai tinggi dan menganalisa pengaruh arah getaran terhadap aspek fisiologi, psikologi, dan motorik manusia. Penelitian ini juga akan mengkaji pola respon manusia berdasarkan kenaikkan nilai akselarasi getaran. Hal ini merupakan novelty dalam penelitian ini. Penelitian terdahulu hanya melihat efek getaran tanpa membedakan akselarasi dan arahnya. Penelitian dilakukan di dalam laboratorium menggunakan simulator getaran yang sudah dirancang dalam penelitian pendahuluan. Getaran mekanik dibangkitkan mendekati getaran yang terjadi di dalam pabrik gula dengan nilai akselarasi antara 1 sampai 10 m/s2 dan frekuensi yang diteliti di bawah 50 Hz. Simulator dapat membangkitkan getaran dalam dominan arah horizontal dan dominan arah vertikal. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap yaitu membangun simulator, simulasi, dan terakhir pengolahan dan analisis data. Membangun simulator dilakukan di Bengkel Metanium Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Simulasi getaran dilakukan di Laboratorium Ergonomika Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Tiga tahapan langkahlangkah penelitian diuraikan pada Gambar 7. 1. Perancangan Simulator Perancangan simulator dilakukan dalam beberapa tahap yaitu : pengumpulan konsep rancangan dan pembuatan sketsa rancangan, perancangan mesin, dan pengujian mesin. Perancangan simulator diuraikan lebih detil dalam Bab Rancangan Simulator Getaran dengan Output Getaran dalam Arah Dominan Vertikal dan Horizontal. 2. Simulasi getaran Simulasi dilakukan selama bulan Oktober 2012 dengan 14 orang responden semuanya laki-laki dengan rentang usia 20 sampai 33 tahun. Responden adalah mahasiswa program S1 dan S2 dan karyawan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Responden duduk di atas meja getar sehingga terpapar getaran dalam bentuk Whole Body Vibration. Selama simulasi responden terpapar getaran dan kebisingan. 3. Pengolahan dan analisis data Pengolahan data terdiri atas dua bagian. Bagian pertama melihat efek getaran dari nilai rata-rata getaran dalam bentuk Root Mean Square akselarasi (aRMS). Bagian kedua melihat efek arah getaran terhadap fisiologi, psikologi, dan performansi manusia.
25
Gambar 7 Langkah-langkah penelitian
26 Hipotesis dan Variabel Penelitian Penelitian ini tergolong penelitian eksploratif karena mengkaji lebih dalam teorema yang sudah ada, sehingga tidak menguji suatu hipotesis. Teorema yang akan dikaji lebih dalam adalah WBV berpengaruh terhadap kelelahan, energi (Griffin 1990), waktu respon (Newell 2008) dan ketidaknyamanan (Hacaambwa 2007). Dependent variable dalam penelitian ini adalah kelelahan, energi, waktu respon, dan tingkat ketidaknyamanan. Dalam penelitian ini variabel kelelahan dilambangkan dengan y1, energi dengan y2, waktu respon dengan y3, dan ketidaknyamanan dengan y4, Sedangkan independent variable adalah nilai akselarasi dalam bentuk rms acceleration dilambangkan dengan a.
Prosedur Percobaan Percobaan di laboratorium dilakukan pada simulator yang membangkitkan getaran dalam arah translational. Simulator dibuat berupa meja yang bergetar pada berbagai arah dan besaran. Di atas meja getar ditempatkan kursi kerja yang ikut bergetar bersama getaran meja, seperti yang banyak terjadi di dalam pabrik. Getaran meja getar arah vertikal sesuai posisi vertikal responden yaitu arah naik turun, sedangkan arah horizontal adalah arah depan-belakang (fore-aft) dari responden. Sebanyak 14 orang responden bekerja diatas simulator dalam tujuh akselarasi getaran, dengan masing-masing kondisi getaran selama lima menit sehingga total waktu simulasi per-responden adalah tiga puluh lima menit. Setiap selesai lima menit proses simulasi satu kondisi getaran akan diselingi dengan istirahat selama sepuluh menit untuk menghilangkan kelelahan akibat kondisi pertama. Waktu sepuluh menit istirahat yang dilakukan responden pertama paralel dengan simulasi lima menit responden kedua ditambah lima menit waktu penggantian puli. Responden yang bekerja diatas meja tersebut terpapar akselarasi dalam bentuk Whole Body Vibration (WBV). Sekali simulasi dilakukan dengan dua responden yaitu R1 dan R2 secara bergantian. Penggantian arah getar pada simulator membutuhkan waktu 20 menit. Skedul waktu sekali simulasi seperti terlihat pada Gambar 8.
R1 R2
menit ke 5 10 15 20 25 30 35 40 …. …60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 V1 V2 V3 H1 H2 H3 N V1 P V2 P V3 A H1 P H2 P H3 N
Keterangan : V adalah simulasi getaran dominan arah vertikal H adalah simulasi getaran dominan arah horizontal N adalah kondisi tanpa getaran P Proses penggantian puli A Proses penggantian arah getaran
Gambar 8 Skedul simulasi getaran dalam satu kali jalan
27 Pengukuran getaran dilakukan langsung pada kursi operator. Selama simulasi, responden melakukan kegiatan pengoperasian komputer sebagai ganti kegiatan pengontrolan mesin yang banyak dilakukan operator di dalam pabrik. Program komputer yang dijalankan berisi simulasi untuk menguji waktu respon manusia. Selama lima menit simulasi satu kondisi getaran, dua menit pertama digunakan untuk merasakan dan beradaptasi terhadap getaran. Berdasarkan Marjanen (2010) dibutuhkan waktu selama 5 detik untuk periode penyesuaian pada operator yang terpapar getaran. Tiga menit berikutnya responden melakukan simulasi waktu respon. Gambar 9 merupakan skema proses simulasi.
Gambar 9 Skema proses simulasi
Sampling Responden Responden adalah laki-laki berusia antara 20 sampai 33 tahun. Pada rentang ini manusia berada dalam usia produktif. Usia berpengaruh terhadap performansi, sedang jenis kelamin berpengaruh terhadap aspek psikologi (Shibata 2012). Wanita cenderung lebih merasa tidak nyaman terhadap getaran, hal ini disebabkan karena kecenderungan pekerjaan yang diminati wanita adalah pekerjaan yang tidak mengeluarkan banyak tenaga dan tidak menyukai pekerjaan permesinan, berbeda dengan pria yang lebih banyak menyukai pekerjaan
28 permesinan. Faktor usia berpengaruh terhadap kecepatan respon dan fisiologi. Waktu respon akan lebih lama dan kelelahan fisik lebih tinggi dengan bertambahnya umur di atas usia tiga-puluhan tahun. Untuk mengurangi pengaruh aspek usia dan psikologis maka semua responden dipilih berjenis kelamin lakilaki, dengan rentang umur 20 sampai 33 tahun. Sebelum melakukan simulasi responden memahami proses dan tingkat kondisi getaran yang akan dilalui. Panduan dalam penggunaan manusia sebagai responden dalam penelitian belum ada di Indonesia, namun penelitian ini mempertimbangkan efek simulasi terhadap manusia dengan mengacu kepada panduan yang dikeluarkan oleh National Health and Medical Research Council (2007,) Canberra – Australia. Dalam panduan tersebut disebutkan antara lain, tujuan penelitian dan manfaatnya bagi manusia harus dinyatakan dengan jelas, sudah terdapat literatur tentang bidang penelitian, dan sudah ada penelitianpenelitian sejenis yang sudah pernah dilakukan. Sedangkan dari sisi responden dinyatakan antara lain : efek simulasi terhadap responden harus diminimasi, tidak ada paksaan dalam perekrutan responden, tidak ada eksploitasi terhadap responden, responden mengetahui efek dan keuntungan dari simulasi, dan terjaganya prifasi responden. Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan getaran dapat mengakibatkan rasa tidak nyaman (Hacaambwa 2007), meningkatkan denyut jantung sampai kondisi kerja ringan (Griffin 1990), mengganggu keseimbangan (Mani 2010), dan meningkatkan kecepatan respon ((Newell 2008). Minimasi resiko yang mungkin terjadi dilakukan dengan melakukan satu kali simulasi getaran dalam waktu singkat yaitu lima menit dan dipastikan responden yang dipilih dalam kondisi sehat. Responden juga tidak mempunyai masalah dengan otot dan gangguan syaraf. Persetujuan responden untuk mengikuti simulasi dan pernyataan kondisi kesehatan dinyatakan dalam lembaran screening test yang diisi sebelum simulasi. Lembar screening test ini terdapat pada Lampiran 1. Data semua responden dalam penelitian ini disajikan dalam Lampiran 2.
Pengukuran Terdapat lima jenis data yang dikumpulkan selama tiga puluh lima menit simulasi yaitu data akselarasi getaran, denyut jantung, tingkat kelelahan, ketidaknyamanan, dan kecepatan respon. Pengukuran getaran menggunakan accelerometer tipe dual channel data collector dan pemasangan sensor menggunakan magnet. Pada tempat duduk responden ditempelkan lempengan besi sebagai tempat pemasangan sensor magnet. Setiap simulator menjalankan satu kondisi getaran, pengukuran dengan accelerometer dilakukan dua kali untuk mendapatkan getaran pada ketiga arah getar. Tingkat kelelahan diukur secara psikofisika dilihat dari kemampuan mata responden melihat kedipan lampu menggunakan flicker. Psikofisika merupakan suatu metoda yang berhubungan dengan penilaian yang diberikan manusia berdasarkan kondisi fisik stimulus. Setiap selesai satu kondisi getaran selama lima menit, responden turun dari simulator getaran dan melakukan tes flicker. Manusia mempunyai kemampun melihat kedipan pada frekuensi di bawah 50 Hz. Kelelahan akan menurunkan kemampuan manusia melihat kedipan. Saat
29 menggunakan flicker kemampuan melihat kedipan dilakukan dalam dua kombinasi perubahan frekuensi. Pertama responden akan melihat lampu yang tidak berkedip dengan penglihatan mata normal karena aktualnya berkedip dengan frekuensi 60 Hz kemudian frekuensi lampu di dalam flicker menurun dan berhenti saat mata bisa mendeteksi terjadinya kedipan pada lampu tersebut. Frekuensi ini disebut frekuensi pertama. Berikutnya pengukuran dilakukan kembali dengan arah kebalikan. Responden melihat kedipan lampu didalam flicker mulai dari frekuensi 10 Hz, kedipan akan bertambah cepat dengan naiknya frekuensi dan berhenti saat mata normal tidak dapat melihat kedipan lampu di dalam flicker. Frekuensi ini disebut frekuensi kedua. Kemampuan melihat responden adalah nilai rata-rata kedua frekuensi. Waktu respon akan terekam langsung pada komputer selama kegiatan simulasi. Simulasi berisi stimulus berupa gambar yang muncul dalam posisi dan ukuran berbeda di layar komputer dan dalam interval waktu acak. Setiap muncul gambar responden akan bereaksi dengan menekan mouse komputer. Mouse dan mause pad ditempatkan di atas paha responden untuk memudahkan gerakan. Reaksi hanya berupa klik tanpa mengikuti posisi munculnya gambar, sehingga meminimasi waktu gerakan. Waktu respon (response time) merupakan penjumlahan dari waktu reaksi (reaction time) dan waktu gerakan (movement time). Waktu reaksi adalah waktu yang dibutuhkan manusia untuk menanggapi stimulus mulai dari munculnnya stimulus sampai dimulainya gerakan menanggapi stimulus tersebut. Dan waktu gerakan adalah waktu melakukan gerakan sebagai tanggapan terhadap stimulus, dalam penelitian ini gerakan menanggapi hanya berupa satu ketukan pada mouse komputer, tanpa mengikuti lokasi munculnya stimulus di layar komputer. Tampilan uji waktu respon di layar komputer seperti pada Gambar 10. Gambar kucing adalah stimulus visual tanpa stimulus auditory yang muncul dalam interval waktu dan posisi acak, dan ukuran yang berbeda-beda.
Gambar 10 Tampilan pada layar komputer untuk uji waktu respon
30 Simulasi tanpa getaran dilakukan pada bagian akhir simulasi, setelah responden menjalani simulasi dengan getaran. Secara psikologis orang akan berusaha bertahan terhadap gangguan lingkungan. Simulasi tanpa getaran dilakukan pada bagian akhir agar responden memiliki kondisi psikologis dalam keadaan prima. Rata-rata denyut jantung diukur menggunakan heart rate monitor. Selama simulasi rata-rata denyut jantung responden selalu dimonitor. Heart rate monitor diset merekam data denyut jantung per-lima detik. Data denyut jantung kondisi istirahat diambil dari rekaman data heart rate pada kondisi stabil saat istirahat. Ketidaknyamanan merupakan penilaian subjektif yang dilakukan oleh responden terhadap getaran yang dirasakan. Penilaian ketidaknyamanan dilakukan menggunakan kuesioner. Responden diminta menilai tingkat ketidaknyamanan yang dirasakan setelah terpapar satu kondisi akselarasi selama lima menit. Tingkat ketidaknyamanan berupa skala antara 0 sampai 10, nilai 0 untuk nyaman, 5 untuk tidak nyaman dan 10 sangat tidak nyaman. Setelah selesai simulasi menggunakan meja getar setiap responden akan melakukan latihan step test sebanyak empat kali ulangan, setiap ulangan selama 5 menit. Ritme kecepatan langkah yang diukur yaitu 15 siklus/menit, 20 siklus/menit, 25 siklus/menit, dan 30 siklus/menit. Kecepatan langkah diatur menggunakan metronome. Setiap selesai satu kali ulangan responden istirahat selama lima menit. Pengukuran denyut jantung dilakukan selama latihan step test untuk mendapatkan pola hubungan denyut jantung dan energi setiap responden.
Pengolahan Data Pengolahan data performansi manusia didasarkan pada pengaruh akselarasi getaran. Dua ukuran getaran menilai getaran dalam dua pendekatan berbeda, yaitu frekuensi dan magnitudo. Pengukuran magnitudo getaran berupa amplitudo, kecepatan, dan akselerasi. Akselerasi merupakan pengukuran yang lebih teliti karena menilai perubahan getaran per-detik. Analisa pengaruh getaran berdasarkan frekuensi sudah banyak diteliti, analisa berdasarkan akselarasi masih sangat sedikit diteliti. Keempat variabel penelitian berupa aspek fisiologi yaitu energi, aspek psikologi berupa kelelahan dan ketidaknyamanan, dan performansi manusia berupa waktu respon diolah dan dikategorikan berdasarkan rms akselarasi getaran dan kemudian dianalisa pengaruh kenaikan nilai akselarasi getaran terhadap masing-masing variabel tersebut. Tiga variabel penelitian yang berubah sesuai perubahan nilai akselarasi yaitu energi, ketidaknyamanan, dan kecepatan reaksi dianalisa lebih jauh berdasarkan pengaruh arah getaran. Data akselarasi getaran dihitung dari nilai root mean square (rms) yaitu akar pangkat dua dari kuadrat setiap arah getar. Getaran merambat kepada responen melalui tempat duduk, sandaran kursi, dan kaki. Getaran yang diperhitungkan hanya yang merambat melalui tempat duduk responden, karena efek rambatan dari sandaran punggung dan kaki kurang dari 1.6%. Nilai Crest factor dihitung untuk melihat adanya getaran kejut. Jika terdapat getaran kejut maka nilai akselarasi getaran dihitung berdasarkan nilai Vibration Dose Value (VDV). Getaran kejut tidak terjadi dalam simulasi ini karena simulator tidak
31 dirancang untuk menghasilkan getaran kejut, dibuktikan dengan nilai crest factor kuang dari 9. Metode yang digunakan untuk kalibrasi pengukuran denyut jantung menjadi energi kerja adalah dengan menggunakan metoda step test. Dengan metode ini diusahakan suatu ukuran beban kerja dengan hanya mengubah tinggi bangku step test dan intensitas langkah. Denyut jantung sebanding dengan konsumsi oksigen. Rata–rata denyut jantung pada saat melakukan step test dihubungkan dengan besarnya energi kerja yang digunakan saat step test tersebut dan dicari persamaan liniernya. Setiap responden mempunyai rumus konsumsi energi berdasarkan hasil step test masing-masing, karena pola konsumsi energi setiap individu akan berbeda tergantung kepada umur, jenis kelamin, aktifitas sehari-hari, berat badan, status nutrisi, motivasi dan lain-lain. Persamaan linier yang didapat digunakan dalam mencari besarnya energi pada saat terpapar getaran. Beban kerja yang pasti dapat
diketahui dengan mengkalibrasikan antara kurva denyut jantung saat terpapar getaran dengan denyut jantung saat step test.
Pengaruh Getaran terhadap Aspek Fisiologi, Motorik dan Psikologi Manusia Aspek fisiologi mengenai bagaimana tubuh manusia dapat berfungsi agar dapat bertahan hidup dan berkembang biak. Dalam penelitian ini aspek fisiologi akan dilihat dari sisi kelelahan manusia dan energi kerja. Motorik adalah gerakan yang dilakukan oleh tubuh manusia, kemampuan motorik manusia akan dilihat dari kecepatan respon yang dilakukan saat adanya gangguan berupa getaran WBV. Psikologi berhubungan dengan apa, bagaimana, dan mengapa suatu tingkah laku terjadi. Dalam penelitian ini psikologi dilihat dari penilaian subjektif responden berupa tingkat ketidaknyamanan yang dirasakan akibat getaran. Semua data hasil simulasi akan melalui 2 tahapan sebelum diolah lebih lanjut. Tahap pertama adalah pengelompokan data berdasarkan tingkat akselarasi. Akselarasi dikelompokkan menjadi 9 level yaitu a < 0.5 m/s2, 0.5 < a < 1.5 m/s2, 1.5 < a < 2.5 m/s2, 2.5 < a < 3.5 m/s2, 3.5< a < 4.5 m/s2, 4.5< a < 5.5 m/s2, 5.5< a < 6.5 m/s2, 6.5< a < 8.5 m/s2, dan 8.5< a < 10.5 m/s2. , untuk selanjutnya data akselarasi getaran dalam setiap level diwakili oleh nilai tengah masing masing level. Tahap kedua adalah uji keseragaman data. Dilakukan uji keseragaman data terhadap waktu respon, energi kerja, dan ketidaknyamanan berdasarkan kelas akselarasi. Batas kontrol yang digunakan berdasarkan = 0.01 dengan rentang daerah kontrol antara 2dibawah nilai rata-rata sampai 2 diatas nilai rata-rata. Data yang berada diluar daerah kontrol dibuang dan tidak digunakan lagi dalam pengolahan data. Berikutnya akan dilakukan analisa signifikansi perbedaan efek akselarasi getaran dengan anova dan uji t untuk melihat perbedaan nilai rata-rata respon manusia pada setiap level akselerasi. Ploting rata-rata data berdasarkan level akselarasi untuk melihat pola perubahan nilai variabel penelitian berdasarkan perubahan akselarasi.
32 Pengaruh Arah Getaran terhadap Waktu Respon dan Fisiologi manusia Akselarasi getaran dihitung dari nilai root mean square (rms) yang merupakan nilai akar kuadrat dari penjumlahan kuadrat akselarasi pada ketiga arah getar. Faktor pengali digunakan untuk memperkuat pengaruh masing-masing arah getar.
dimana : kx adalah faktor pengali untuk getaran arah fore-aft ky adalah faktor pengali untuk getaran arah lateral kz adalah faktor pengali untuk getaran arah vertikal ax,ay,az adalah akselarasi getaran pada arah fore-aft, lateral, dan vertikal Pengaruh arah getaran terhadap variabel penelitian diolah berdasarkan analisis multi regresi linier. Langkah pertama cara mencari faktor pengali adalah dengan menetapkan nilai faktor pengali untuk arah vertikal sebesar 1, kemudian faktor pengali untuk arah lateral dan fore-aft dicari dengan mengubah nilai faktor dengan kenaikan langkah 0.1 dimulai dari angka 0.5 sampai 2.7. Data yang digunakan untuk setiap iterasi harus sama, yaitu data yang sudah melewati uji keseragaman. Pada setiap perubahan faktor pengali dihitung juga nilai R2 sebagai patokan bagus tidaknya persamaan yang dihasilkan.
33
4 RANCANGAN SIMULATOR GETARAN DENGAN OUTPUT ARAH GETARAN DOMINAN VERTIKAL DAN HORIZONTAL Perancangan simulator getaran ini dilakukan dalam beberapa tahap yaitu : pengumpulan konsep rancangan dan pembuatan sketsa rancangan, perancangan mesin, dan pengujian mesin. Pengumpulan konsep rancangan meliputi merancang mekanisme gerak linier, menentukan kebutuhan daya motor, mekanisme perubahan akslarasi, dan merancang gerakan meja getar. Pada dasarnya bentuk getaran mekanik ada dua yaitu rotasional dan translational. Getaran rotasional biasanya dihasilkan oleh gerakan mesin yang berputar, sedangkan getaran translational timbul karena adanya mekanisme yang menghasilkan gerak linier. Tahap awal dari rancangan simulator ini adalah mencari berbagai mekanisme yang menghasilkan gerakan linier. Simulator ini digerakkan oleh motor listrik yang gerakannya adalah rotasional.
Konsep akselarasi getaran pada simulator Getaran merupakan gerakan yang teratur dari benda dengan arah bolak– balik dari kedudukan keseimbangan. Getaran dalam simulator ini merupakan gerakan bolak balik dari bagian meja getar akibat dorongan dan tarikan dari tuas. Akselarasi getaran merupakan turunan kedua dari jarak terhadap waktu, berbeda dengan frekuensi getaran yang merupakan jumlah gelombang yang terbentuk per-detik. Namun nilai akselarasi selain dipengaruhi oleh amplitudo juga dipengaruhi oleh frekuensi. Akselarasi getaran berbanding lurus terhadap amplitudo dan frekuensi getaran. Dengan jumlah getaran yang sama per-detik, tetapi amplitudo getaran bertambah besar akan berakibat akselarasi getaran juga menjadi lebih besar dan sebaliknya jika amplitudo mengecil maka akselarasi juga akan mengecil. Jika amplitudo tetap tetapi frekuensi bertambah besar maka akselarasi juga akan membesar. Begitu juga sebaliknya jika frekuensi getaran mengecil maka akselarasi juga akan mengecil.
Mekanisme gerakan linier Simulator dirancang menghasilkan gerak translational dengan menimalisasi gerak rotasional. Untuk menghasilkan ini maka simulator terdiri atas dua bagian yang terpisah yaitu bagian mesin penggerak dan bagian meja getar. Mesin penggerak digerakkan oleh motor listrik dengan gerakan rotasi. Kemudian gerakan rotasi motor listrik diubah menjadi gerakan linier. Bagian meja getar digerakkan dalam bentuk gerakan linier yang dihasilkan oleh mesin penggerak. Tenaga penggerak yang digunakan adalah motor listrik. Tenaga putar dari motor dengan menggunakan transmisi puli dan sabuk dipindahkan ke poros eksentris. Poros eksentris dibuat dengan menggeser titik pusat poros sejauh 5 mm
34 dari titik pusat awal dan pengecilan diameter poros dari 25.4 mm menjadi 15.4 mm seperti terlihat pada Gambar 11, sehingga saat berputar akan menghasilkan gerakan siklik. Gerakan siklik poros dihubungkan dengan tuas, untuk menghasilkan gerakan linier dalam bentuk gerak maju mundur. Gerakan linier dari tuas akan menarik dan mendorong meja getar. Akibatnya meja getar akan bergetar dalam bentuk getaran translational. Posisi pemasangan tuas pada poros eksentris bisa diubah pada dua posisi yaitu pemasangan secara horizontal untuk menghasilkan getaran arah lateral dan fore-aft dan pemasangan vertikal untuk menghasilkan getaran vertikal.
Gambar 11 Mekanisme perubahan gerak rotasi motor listrik menjadi gerak linier. (a) Ukuran komponen (b) Komponen mesin Dalam rancangan simulator ini amplitudo getaran ditentukan oleh jauhnya tuas mendorong meja getar. Jarak dorong ditentukan oleh pergeseran titik tengah pada sumbu eksentris. Sumbu eksentris dibuat dengan menggeser titik tengah sumbu sejauh 5 mm dari titik tengah awal. Sehingga perputaran sumbu akan mengakibatkan ampliutudo getaran sebesar 10 mm sebelum tuas diberi pegas. Untuk memperhalus benturan antara tuas dengan meja getar di ujung tuas diberi pegas. Pegas akan mengurangi jarak dorongan atau tarikan meja getar.
35 Mekanisme perubahan akselarasi Simulator dirancang dapat menghasilkan akselarasi getaran dalam tiga level yaitu level rendah, sedang, dan tinggi. Untuk mendapatkan tiga tingkatan akselarasi ini maka digunakan tiga ukuran puli besar yang terhubung dengan puli kecil pada motor listrik. Motor listrik memiliki puli dengan diameter 76 mm. Digunakan tiga ukuran puli besar untuk mendapatkan tiga tingkat akselarasi simulator yaitu 152, 203, dan 305 mm. Penentuan kecepatan gerak linier berdasarkan diameter puli besar, menggunakan persamaan sebagai berikut : d 1 = D 2 Dimana : d
1
D
2
= diameter puli kecil = kecepatan putar poros puli kecil = diameter puli besar = kecepatan putar puli besar
Kecepatan putaran puli besar sama dengan kecepatan gerakan tuas membuat getaran pada bagian meja getar. Sehingga frekuensi getaran meja getar bisa dihitung berdasarkan kecepatan putar puli besar. Namun dalam penentuan frekuensi terdapat pengaruh pegas yang digunakan untuk menghaluskan tumbukan yang mengakibatkan frekuensi aktual meja getar lebih besar dari frekuensi hasil perhitungan. Frekuensi hasil pengukuran bervariasi antara 9 sampai 50 Hz. Panjang sabuk yang dibutuhkan untuk masing-masing puli dihitung berdasarkan skema pada Gambar 12. Perhitungan panjang sabuk menggunakan persamaan berikut.
Gambar 12 Perhitungan panjang keliling sabuk V Sumber : Shigley (2004)
36
dimana : L = panjang keliling sabuk C = Jarak sumbu poros D = diameter puli besar d = diameter puli kecil Kecepatan putar poros simulator dan frekuensi getaran tanpa pengaruh pegas yang dihasilkan dari tiga ukuran puli besar dapat dilihat pada Tabel 4. Dalam rancangan simulator ini jarak sumbu poros antara puli besar dan puli kecil adalah 350 mm. Nilai akselarasi getaran merupakan kecepatan perubahan posisi gelombang per-detik, nilai ini dipengaruhi oleh amplitudo dan frekuensi getaran. Tabel 4 Kecepatan getaran simulator tanpa pemberian pegas dan ukuran sabuk yang digunakan Diameter puli, besar, D (mm)
Kecepatan poros, 2 (rpm)
Frekuensi meja getar (Hz)
Amplitudo (mm)
Panjang sabuk (mm)
152 203 305
700 525 350
12 9 6
10 10 10
1063 1150 1336
Meja getar Meja ditempatkan di bagian atas mesin penggerak dengan keempat kaki terhubung dengan mekanisme gerakan poros eksentris. Ukuran meja disesuaikan dengan peralatan yang akan ditempatkan diatas meja untuk simulasi. Simulasi untuk orang yang melakukan monitoring mesin di pabrik membutuhkan kursi kerja dan meja kontrol panel atau meja komputer. Gerakan siklik poros membuat tuas bergerak maju mundur secara horizontal dengan amplitudo sesuai pergeseran titik pusat sumbu eksentris yaitu 10 mm. Pada saat tuas akan mendorong rangka meja secara horizontal, gerakan meja akan dibantu oleh roda pada keempat kaki meja getar, sehingga meja leluasa bergerak dalam satu sumbu axis bolak balik. Pada saat tuas dalam posisi vertikal getaran naik turun meja dibantu oleh pemasangan pegas pada keempat kaki meja. Gerakan pegas dijaga lurus naik turun dengan memberikan sumbu ditengah pegas. Pemilihan pegas ditentukan berdasarkan berat beban yang disangga oleh meja berdasarkan rumus sebagai berikut :
Dimana :
F = Gaya tekan pada pegas = tegangan geser yang diizinkan
37 dk = diameter kawat Dp = diameter pegas k = konstanta, berdasarkan perbandingan diameter pegas dan kawat Berat maksimal yang disangga kaki meja adalah berat kerangka meja + berat plat + berat kursi dan orang, yaitu 5 kg + 10 kg + 85 kg = 100 kg = 980 N. Dengan beban masing-masing kaki meja menjadi 245 N. Dari desain diameter dalam pegas yang dibutuhkan adalah 18 mm. Dengan menggunakan kawat diameter 4 mm maka diperoleh nilai tegangan geser sebesar 235 N/mm2. Tegangan geser yang diizinkan, diizinkan untuk kawat baja pegas tidak berkarat maksimal 780 N/mm2, berarti pemilihan diameter kawat 4 mm masih dalam daerah pemegasan yang diijinkan. Skema simulator getaran hasil rancangan ada pada Gambar 13. Sedangkan dimensi setiap komponen simulator terdapat dalam gambar isometri simulator getaran pada Lampiran 3.
Pengkondisian getaran Getaran pada mesin bisa terjadi pada segala arah. Bagian rumit dalam perancangan simulator ini adalah memfokuskan getaran pada arah yang diinginkan, dengan meminimalisasi getaran arah lain. Mekanisme gerakan horizontal dengan bantuan roda dan gerakan vertikal dengan bantuan pegas belum cukup optimal mengkonsentrasikan akselarasi sesuai arah yang diinginkan. Untuk meredam akselarasi pada arah yang tidak diinginkan maka digunakan empat roda karet yang ditempatkan pada sisi meja. Roda akan ikut bergerak vertikal jika diinginkan getaran vertikal dan sebaliknya ikut bergerak horizontal jika diinginkan getaran horizontal. Gambar diatas merupakam simulator getaran hasil rancangan dalam penelitian ini Pemakaian roda peredam bermanfaat dalam meredam getaran arah yang tidak diinginkan. Pada awal rancangan tanpa menggunakan peredam, getaran yang tidak diinginkan masih mencapai nilai sama dari getaran yang diinginkan. Setelah penggunaan peredam khusus untuk arah getar vertikal, getaran yang tidak diinginkan menjadi lebih kecil. Perbandingan relatif arah getaran terhadap arah dominan dapat dilihat dalam Lampiran 4 dan 5. Penggunaan roda atau pegas pada kaki meja getar bertujuan membantu memfokuskan arah getaran. Selain digunakan untuk membantu gerakan meja getar secara horizontal, penggunaan roda bertujuan untuk memperkecil gesekan yang timbul dibandingkan menggunakan slider. Pegas digunakan untuk membantu gerakan meja getar secara vertikal. Pegas dari bahan baja agar mempunyai nilai kekakuan cukup tinggi sehingga dihasilkan getaran meja dengan frekuensi rendah. Di dalam pegas ditempatkan poros dengan ukuran sama dengan diameter dalam pegas, agar pegas tidak miring saat meja digetarkan.
38
a
b Keterangan : 1. Meja getar 2. Pegas penyeimbang 3. Rangka meja getar 4. Puli besar
5. Poros eksentris 6. Motor 7. Roda peredam
Gambar 13 Skema simulator getaran pada (a) posisi tuas vertikal (b) posisi tuas horizontal.
39 Pengumpulan data getaran Data getaran diukur menggunakan accelerator jenis dua channel data collector dengan magnetic mounting base. Getaran diukur di atas kursi operator saat simulasi. Karena accelerator hanya memiliki dua channel maka pengukuran dilakukan dua kali agar didapatkan tiga arah getaran, dengan dua arah secara bersamaan setiap kali pengukuran.
Hasil pengujian simulator Getaran simulator diharapkan mendekati kondisi getaran yang terjadi pada saat pengolahan tebu menjadi gula di dalam pabrik gula. Data getaran di dekat posisi operator di dalam dua pabrik gula mempunyai nilai akselarasi antara 1 – 13 m/s2 dan frekuensi getaran dibawah 50 Hz. Arah getar vertikal cukup dominan pada beberapa posisi. Dan pada kondisi lain getaran cukup seimbang pada ketiga arah getar. Tidak terjadi getaran dominan pada arah horizontal (Cahyono 2008 dan Mukti 2008). Amplitudo getaran meja yang terukur bervariasi antara 0.3 sampai 0.7 mm. Setelah simulator selesai dibuat dilakukan pengukuran getaran yang dihasilkan agar sesuai dengan kriteria yang diinginkan. Syarat yang diinginkan dilihat dari nilai frekuensi, akselarasi, dan perbandingan akselarasi pada ketiga arah getar. Frekuensi getaran yang dihasilkan harus di bawah 50 Hz, karena getaran akan berpengaruh kepada manusia jika mempunyai frekuensi di bawah 50 Hz. Akselarasi yang diinginkan maksimal 10 m/s2 agar dapat melihat pola efek getaran terhadap manusia akibat pengaruh kenaikan akselarasi getaran sampai 1g (9.8 m/s2), serta mewakili semua kondisi getaran dalam pabrik gula. Sedangkan pada perbandingan arah getaran diinginkan akselarasi pada arah vertikal cukup dominan yaitu mencapai 1.5 kali lebih besar dari arah lateral maupun fore-aft. Sedangkan akselarasi pada arah horizontal (fore-aft dan vertikal) diinginkan minimal bernilai sama atau lebih besar dari arah vertikal, karena kodisi pabrik gula yang dijadikan acuan tidak mempunyai dominansi dalam arah horizontal. Dari 11 data yang diamati dengan masing-masing 6 kondisi getaran sehingga total data menjadi 66 diperoleh nilai rms akselarasi dominan di bawah 10 m/s2, hanya dua kali diperoleh nilai rms akselarasi diatas 10 m/s2 atau sebesar 3 %. Dalam pengolahan data kondisi getaran di luar kriteria ini akan dibuang. Perbandingan akselarasi pada ketiga arah getar sudah memenuhi kriteria. Nilai rata-rata perbandingan relatif akselarasi untuk getaran dominan vertikal, akselarasi arah x : y : z adalah 58 : 48 : 100 artinya rata-rata nilai akselarasi arah vertikal sudah melebihi 1.5 kali arah horizontal. Sedangkan nilai rata-rata perbandingan relatif akselarasi untuk getaran dominan horizontal, akselarasi arah x : y : z adalah 100 : 50 : 75 artinya nilai akselarasi arah horizontal sudah lebih besar dari arah vertikal. Kondisi dominan vertikal dicapai saat tuas simulator dalam posisi vertikal. Kondisi dominan horizontal diperoleh saat posisi tuas simulator horizontal, Target perbandingan arah getar baik pada saat arah getar dominan vertikal maupun pada saat arah getar dominan horizontal telah dapat dicapai dari simulasi yang dilakukan. Data perbandingan arah getaran relatif terhadap arah dominan yang diamati dan nilai rata-rata akselarasi dalam bentuk
40 nilai root mean square (rms) dari nilai akselarasi pada ketiga arah getaran dapat dilihat pada Lampiran 4 dan Lampiran 5. Frekuensi getaran dominan sudah berada di bawah 50 Hz. Pengukuran getaran menggunakan accelerator menghasilkan data analisa getaran per-arah getaran. Pada setiap arah getar akan dihasilkan analisa akselarasi getaran dalam domain frekuensi dan nilai rms acceleration. Data analisa getaran per-arah getar dapat dilihat dalam Lampiran 6 : Hasil analisa Fast Fourier Transform (FFT) data getaran.
41
5 EFEK GETARAN MEKANIK DAN ARAH GETARAN TERHADAP MANUSIA Pengaruh getaran terhadap manusia diteliti pada empat variabel yaitu kelelahan, energi kerja, waktu respon, dan ketidaknyamanan. Untuk pengolahan data, nilai akselarasi getaran dikelompokkan atas 9 tingkat akselarasi yaitu a < 0.5 m/s2, 0.5 < a < 1.5 m/s2, 1.5 < a < 2.5 m/s2, 2.5 < a < 3.5 m/s2 3.5< a < 4.5 m/s2, 4.5< a < 5.5 m/s2, 5.5< a < 6.5 m/s2, 6.5< a < 8.5 m/s2, dan 8.5< a < 10.5 m/s2. Jumlah data dalam setiap kelas bervariasi antara 5 sampai 17 data. Pengelompokkan data bertujuan agar setiap pengaruh akselarasi terhadap variabel penelitian disebabkan oleh kondisi getaran yang sama. Penelitian ini lebih memfokuskan pada pengaruh tingkat akselarasi dari 0 sampai 6.5 m/s2, karena data lebih lengkap tersedia hanya sampai akselarasi 6.5 m/s2. Sedangkan untuk akselarasi di atas 6.5 m/s2 data hasil simulasi lebih sedikit, sehingga untuk mengantisipasi keterbatasan data maka ukuran interval akselarasi yang digunakan menjadi lebih besar. Untuk selanjutnya nilai akselarasi dalam pengolahan data diwakili oleh nilai tengah setiap level. Nilai rata-rata akselarasi diperoleh dari nilai Root Mean Square akselarasi untuk ketiga arah getar. Tidak digunakan nilai Vibration Dose Value (VDV) karena nilai crestfactor yang dihasilkan berada di bawah 1. Crestfactor adalah rasio antara amax terhadap aRMS. Jika crestfactor lebih dari 9 maka digunakan nilai VDV sebagai rata-rata akselarasi untuk menjamin efek dari getaran kejut ikut dipertimbangkan. Perhitungan nilai crestfactor untuk sampel data penelitian terdapat pada Lampiran 5. Sesuai dengan rancangan awal simulator, tidak terdapat getaran kejut dalam proses simulasi. Akselarasi getaran yang digunakan dalam penelitian ini bervariasi antara 1 m/s2 sampai 10 m/s2. Akselarasi horizontal di atas 11 m/s2 merupakan kondisi tidak aman untuk kerja selama lima menit dan akselarasi vertikal di atas 5 m/s2 merupakan kondisi tidak aman untuk kerja selama lima menit berdasarkan batasan dari grafik fatigue-decreased proficiency dari ISO 2631-1 untuk frekuensi getaran 16 Hz. Getaran berada pada frekuensi antara 9 Hz sampai 30 Hz, data sampel dapat dilihat pada Lampiran 7 yang memuat sampel data getaran dan nilai crestfactor. Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Manusia Pengaruh getaran terhadap manusia sudah banyak diteliti. Penelitian pada umumnya mengkaji getaran dilihat dari frekuensi getaran dan pengaruhnya terhadap manusia. ISO (International Standard Organization) menyatakan kondisi getaran yang memberikan pengaruh tidak nyaman dan gangguan lebih besar terhadap manusia terjadi pada frekuensi antara 4 sampai 8 Hz pada getaran arah vertikal dan pada frekuensi 1 sampai 2 Hz pada getaran arah horizontal (pada arah x dan y). Sehingga untuk mempertimbangkan semua kondisi getaran dan perbedaan efeknya digunakan factor frequency weighted. Namun disisi lain pengaruh getaran tidak hanya ditentukan oleh nilai frekuensinya tetapi juga dipengaruhi oleh intensitas (dalam hal ini akselarasi) dan arah getaran. Oborne
42 (1983) didalam Oborne (1987) menyatakan bahwa pada level intensitas yang sama respon manusia terhadap getaran relatif stabil. Pengamatan efek getaran dalam penelitian ini didasarkan atas perubahan nilai akselarasi. Sementara frekuensi getaran bervariasi antara 9 sampai 30 Hz, level akselarasi tertentu tidak didominasi oleh frekuensi tertentu. Pengaruh Akselerasi Getaran terhadap Tingkat Kelelahan Critical Frequency of Flicker (CFF) banyak diterapkan pada kajian tekanan fisiologi. Penurunan pada nilai CFF sudah digunakan sebagai indeks untuk kelelahan sentral, sehingga dengan mengetahui nilai CFF perorangan akan dapat diketahui optimal tidaknya kondisi seseorang. Frekuensi penglihatan akan rendah pada kondisi lelah dan cemas. Dengan mengetahui nilai dasar CFF pada kondisi sehat, dapat dibandingkan dengan nilai CFF pada kondisi tertentu untuk melihat tingkat kelelahan seseorang. Bertambah tinggi nilai CFF berarti bertambah baik kondisi seseorang, bertambah rendah nilai CFF berarti kondisi seseorang bertambah tertekan atau lelah. Data CFF hasil tes flicker dikelompokkan berdasarkan kondisi getarannya. Kemudian dilakukan uji statistik t tes untuk melihat adanya perbedaan rata-rata kelelahan responden pada kesembilan tingkat akselarasi. Data CFF hasil simulasi ditampilkan dalam Table 5. Tabel 5 Rata-rata nilai CFF per-level akselarasi Akselarasi (m/s2) 0 0.5 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 – 3.5 3.5 – 4.5 4.5 – 5.5 5.5 – 6.5 6.5 – 8.5 8.5 – 10.5
Hasil tes flicker (Hz) Rata-rata 34.9 35.6 34.3 34.7 35.5 34.7 36.8 34.9 35.6
St. deviasi 1.8 1.3 2.0 1.9 1.4 1.9 0.3 2.1 1.7
Pengujian dengan t test dilakukan terhadap setiap kelompok data untuk melihat adanya perbedaan tingkat kelelahan rata-rata pada setiap level getaran. Berdasarkan uji tidak terdapat perbedaan nilai rata-rata CFF pada = 0.1 yang menggambarkan tidak terdapat perbedaan tingkat kelelahan pada berbagai interval akselarasi dengan kondisi tanpa getaran. Hasil pengujian t test terhadap tingkat kelelahan terdapat pada Lampiran 8. Waktu simulasi yang singkat diduga mempengaruhi hasil pengukuran. Data CFF menunjukkan pola garis datar. Gambar 14 memperlihatkan plot data CFF terhadap akselarasi.
43
Gambar 14 Plot data CFF pada beberapa akselarasi getaran
Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Energi Energi dihitung berdasarkan rata-rata denyut jantung selama simulasi berdasarkan pola energi yang dikeluarkan oleh masing-masing responden. Pola konsumsi energi setiap orang akan berbeda, dalam penelitian ini pola konsumsi energi diperoleh dari hubungan antara denyut jantung terhadap kalori yang dikeluarkan selama latihan menggunakan step test dengan empat kecepatan langkah. Rata–rata denyut jantung saat melakukan step test dihubungkan dengan besarnya energi yang digunakan saat step test tersebut dan dicari persamaan liniernya. Persamaan energi menghasilkan nilai peningkatan energi akibat kerja yang dilakukan. Jika responden dalam posisi duduk di atas kursi yang bergetar, maka nilai energi yang diperoleh dari hasil perhitungan dengan rumus merupakan energi yang dikeluarkan akibat terpapar getaran. Persamaan untuk menghitung energi kerja setiap responden terdapat dalam Lampiran 9 Rumus energi setiap responden.
Energi akibat getaran dikelompokkan berdasarkan level akselarasi. Uji keseragaman dilakukan untuk memastikan semua data dalam satu interval disebabkan oleh kondisi getaran yang sama. Uji keseragaman menggunakan = 0.01 dengan rentang daerah kontrol antara 2di bawah nilai rata-rata sampai 2 di atas nilai rata-rata. Tabel 6 berisi rata-rata energi per-level akselarasi setelah dilakukan uji keseragaman data. Berdasarkan uji anova pada = 0.05 tidak terdapat perbedaan signifikan energi akibat terpapar getaran dan tidak terpapar getaran. Namun terdapat perbedaan rata-rata energi yang dikeluarkan responden dalam interval akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/s2 yang mempunyai nilai energi terbesar terhadap interval akselarasi yang lain berdasarkan uji t pada = 0.1. Hasil pengujian dengan t test untuk energi akibat getaran terdapat pada Lampiran 10. Penelitian ini akan
44 menganalisa pola energi yang dikeluarkan manusia akibat terpapar getaran. Jika dilihat dari grafik energi pada beberapa tingkat akselarasi terdapat suatu pola perubahan energi yang dikeluarkan. Tabel 6 Rata-rata energi per-level akselarasi Akselarasi 2
(m/s ) 0 0.5 - 1.5 1.5 - 2.5 2.5 - 3.5 3.5 - 4.5 4.5 - 5.5 6.5 - 8.5 8.5 - 10.5
Energi kerja
Standar
Peningkatan
(kkal) 0.49 0.54 0.55 0.60 0.60 0.54 0.50 0.57
deviasi 0,17 0.15 0.12 0.06 0.13 0.12 0.14 0.13
energi 0% 9% 13% 22% 22% 11% 1% 17%
Berdasarkan Tabel 6 peningkatan energi terjadi pada saat bekerja dalam kondisi bergetar antara 1% sampai 22% dibandingkan energi saat duduk istirahat. Energi saat istirahat dalam posisi duduk berdasarkan penelitian ini adalah 0.49 kkal/menit, sesuai dengan standar kebutuhan energi manusia secara umum, berdasarkan Kroemer (2000) adalah 0.48 kakl/menit. Pola energi akibat getaran sampai 6 m/s2 adalah pola kuadratik, pada saat akselerasi 1 m/s2 energi kerja rendah, kemudian naik dengan meningkatnya akselarasi dan menurun setelah nilai akselarasi 3.5 m/s2. Energi terbesar terjadi pada nilai akselarasi antara 3.5 m/s2. Akselarasi sebagai magnitudo getaran memberikan suatu pengaruh tersendiri terhadap manusia yang terpapar getaran disamping frekuensi yang sudah banyak diteliti. Pada sisi frekuensi, pada selang akselarasi dengan energi tertinggi ini frekuensi getaran simulator bervariasi antara 10 Hz sampai 30 Hz, tidak hanya didominasi oleh frekuensi dibawah 20 Hz yang berpengaruh besar terhadap denyut jantung manusia. Frekuensi pada interval 0 sampai 20 Hz merupakan frekuensi resonansi sistem cardiovascular manusia (Kroemer 2001). Dalam aktifitas sehari-hari terdapat tiga tingkat penggunaan energi oleh manusia (Hettinger dalam Sander 1993). Pada tingkat paling rendah energi digunakan untuk menjaga aktifitas organ dalam tubuh manusia tetap berfungsi yang merupakan energi metabolisme basal, dihitung pada pagi hari sebelum beraktifitas setelah orang melakukan puasa selama 24 jam. Pada level berikutnya energi dihitung pada saat istirahat, merupakan energi untuk bersantai. Dan level berikutnya adalah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Energi yang dihasilkan akibat terpapar getaran dalam penelitian ini dianggap sebagai energi untuk bekerja yang besarnya dipengaruhi oleh paparan getaran kepada manusia. Tabel 7 berisi uraian kebutuhan energi setelah terpapar getaran. Berdasarkan tabel total energi yang dikeluarkan setelah terpapar getaran adalah 2.2 kkal/menit yang merupakan kelompok kerja ringan.
45 Tabel 7 Konsumsi energi pada kondisi terpapar getaran No
Jenis energi
Konsumsi energi (kkal/24 jam) 1700* 600*
Konsumsi energi (kkal/menit) 1 Metabolisme basal 1.18 2 Energi untuk santai 0.42 3 Energi akibat getaran 0.6** Total energi 2.20 Keterangan : * Sumber Sanders (1992) untuk pria dengan berat 80 kg ** Energi rata-rata responden selama terpapar getaran
Pada awal terpapar getaran terjadi peningkatan denyut jantung sampai 19 % (94 pulse/menit) dari denyut jantung rata-rata saat istirahat sebesar 80 pulse/menit. Setelah satu menit terpapar getaran denyut jantung kembali turun dan stabil pada level sekitar 88 denyut/menit atau setara dengan pengeluaran energi sebesar 2.2 kkal/menit. Kenaikan denyut jantung karena getaran dapat dilihat pada Tabel 8. Pada satu menit pertama terjadi adaptasi responden dengan getaran mesin terlihat dengan kenaikan denyut jantung, kemudian denyut jantung stabil pada level yang lebih tinggi dari kondisi duduk istirahat. Kondisi stabil ini merupakan nilai rata-rata konsumsi energi akibat terpapar getaran, sehingga data denyut jantung yang diambil setelah satu menit terpapar getaran dapat mewakili konsumsi energi akibat terpapar getaran. Berdasarkan uji t energi saat terpapar getaran lebih besar dari pada energi saat istirahat dengan peluang terjadi 90%. Energi akibat getaran termasuk kondisi kerja ringan, tidak menimbulkan penumpukkan asam laktat. Pola kenaikan energi akibat terpapar getaran dari 0.5 sampai 7.5 m/s2 diperlihatkan pada Gambar 15. Tabel 8 Perbandingan denyut jantung responden saat terpapar getaran
Responden R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 Rata-rata
Istirahat 75.3 66.7 74.1 74.2 90.7 69.2 82.3 91.4 89.9 69.1 85.1 75.1 86.9 83.8 79.6
Denyut jantung (denyut/menit) Rata-rata Awal Kenaikan saat kondisi bergetar kondisi bergetar awal bergetar 80 89 18% 74 82 23% 87 97 30% 85 97 30% 92 101 11% 85 97 40% 87 96 17% 94 102 12% 91 98 9% 76 85 23% 90 96 13% 79 85 13% 94 96 10% 91 101 20% 86 94 19%
46
Gambar 15 Pola energi per-interval akselarasi Peningkatan energi manusia akibat terpapar getaran disebabkan karena tubuh bereaksi terhadap energi getaran. Getaran mengakibatkan ketegangan (tension) dan kekakuan pada otot (Rakheja 2008). Peningkatan ketegangan otot meningkatkan pengeluaran energi manusia. Energi getaran yang diserap dihitung dari integrasi densitas energi yang diserap, ekuivalen dengan besaran getaran yang mengakibatkan ketegangan dan kekakuan pada lapisan kulit dan otot manusia. Energi getaran yang diserap tubuh naik mendekati kuadrat kenaikan akselarasi getaran pada tubuh (Rakheja, 2008). Dilihat dari penerimaan stimulus oleh sensor tactile. WBV mengakibatkan lebih banyak mechanoreceptor pada sensor tactile menjadi aktif akibat getaran yang terpapar ke seluruh tubuh. Aktifasi pada banyak mechanoreceptor menghasilkan reaksi manusia berupa peningkatan tension pada otot. Tension membutuhkan energi dari otot dan mengakibatkan terjadinya peningkatan konsumsi energi yaitu sebesar 0.6 kkal/menit. Analisis pengaruh stimulus getaran terhadap kenaikan energi kerja dan waktu respon dipaparkan dalam Gambar 16.
47 Getaran mekanis
Mechanoreceptor banyak aktif
Tension dan kekakuan otot naik
Energi kerja dan waktu respon naik
Gambar 16 Analisis pengaruh stimulus getaran terhadap kenaikan energi dan waktu respon Bentuk pola energi berupa kurva kuadratik dipengaruhi oleh sensitifitas sensor tactile manusia terhadap getaran berubah-ubah, sehingga akan mempengaruhi respon yang diberikan oleh tubuh. Analisa ini didukung oleh beberapa hasil penelitian. Sensitifitas sensor tactile terhadap getaran dipengaruhi oleh kecepatan getaran (Grill dan Hallett, 1995). Sensitifitas dan persepsi terhadap stimulus dipengaruhi oleh interval antar stimulus, amplitudo, dan frekuensi (van Erp, 2002; van Erp & Werkhoven, 1999 dalam Myles 2007). Sensitifitas sensor tactile terhadap getaran berbentuk mirip fungsi U dengan sensitifitas tertinggi terjadi pada frekuensi 220 Hz (Verrillo dalam Myles 2007). Analisis terhadap pola energi dan waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran diilustrasikan dalam Gambar 17. Pada akselarasi 3.5 m/s2 responden lebih merasakan efek getaran, guncangan akibat getaran lebih terasa, artinya lebih banyak mechanoreceptor pada sensor tactile yang menjadi aktif sehingga berdampak pada peningkatan tension otot dan berakibat pada kenaikan energi kerja. Semakin meningkat akselarasi berarti gelombang getar semakin rapat, sensitifitas mechanoreceptor semakin berkurang. Intensitas getaran yang semakin tinggi berpengaruh pada penurunan energi.
48
Sensitifitas sensor tactile dipengaruhi kecepatan getaran (Grill 1995)
Sensitifitas sensor tactile dipengaruhi interval antar stimulus, amplitudo, dan frekuensi (van Erp dalam Myles 2007)
Sensitifitas sensor tactile mempunyai pola tertentu
Sensitifitas sensor tactile berbentuk fungsi U, tertinggi pada frekuensi 220 Hz (Verrillo dalam Myles 2007) Gambar 17 Analisis pola energi dan waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran Jika akselarasi getaran terus meningkat, kurva energi akan kembali naik setelah akselarasi 7.5 m/s2, sehingga grafik menghasilkan pola seperti Gambar 18. Ini disebabkan getaran tinggi (akselerasi di atas 9.8 m/s2 (1 g)) mulai berpengaruh negatif terhadap organ tubuh manusia. Rasa tidak nyaman sampai sakit mulai dirasakan pada organ-organ tubuh tertentu dengan terus meningkatnya getaran (Kroemer 2001). Jika terpapar getaran dalam waktu lama pada akselarasi 1.5 g atau lebih dapat mengakibatkan terjadinya pendarahan internal dan kerusakan pada organ internal (Kroemer 2001). Jika data perubahan energi akibat perubahan akselarasi getaran dianalisis per-responden maka sebanyak 60.7% responden menunjukkan pola respon yang sama. Energi terbesar terjadi dalam interval akselarasi 1.5 sampai 4 m/s2 dari interval getaran yang diamati 0 sampai 10 m/s2. Jumlah responden yang diamati sebayak 14 orang dengan masing-masing menghasilkan pola respon pada dominan getaran vertikal dan dominan getaran horizontal. Sehingga keseluruhan data yang diamati adalah 2 kali 14 orang yaitu 28 pola.
Gambar 18 Pola energi pada nilai akselarasi getaran sampai 10 m/s2
49
Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Waktu Respon Manusia Waktu respon dikelompokkan berdasarkan level akselarasi. Uji keseragaman dilakukan untuk memastikan semua data dalam satu interval disebabkan oleh kondisi yang sama. Uji keseragaman menggunakan = 0.01 dengan rentang daerah kontrol antara 2di bawah nilai rata-rata sampai 2 di atas nilai rata-rata. Tabel 9 berisi rata-rata waktu respon per-level akselarasi setelah dilakukan uji keseragaman data. Penelitian ini akan menganalisa perubahan waktu respon akibat perubahan akselarasi getaran. Analisa menggunakan anova ( = 0.05) dilakukan untuk melihat signifikansi perbedaan efek getaran terhadap waktu respon, tetapi tidak ditemukan adanya perbeadaan signifikan. Uji statistik t test ( = 0.1) dilakukan untuk melihat adanya perbedaan rata-rata waktu respon manusia pada akselarasi dalam interval 2.5 sampai 3.5 m/s2 yang mempunyai nilai waktu respon terbesar terhadap interval akselarasi yang lain. Pengujian t test untuk waktu respon terdapat pada Lampiran 11. Hasil uji menunjukkan terdapat perbedaan rata-rata waktu respon manusia dalam interval 2.5 sampai 3.5 m/s2 terhadap waktu respon pada kondisi tanpa getaran maupun pada interval akselarasi yang lain dengan peluang terjadi 90% . Tabel 9 Rata-rata waktu respon per-level akselarasi Akselarasi 2
(m/s ) 0 0.5 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 – 3.5 3.5 – 4.5 4.5 – 5.5 5.5 – 6.5 6.5 – 8.5 8.5 – 10.5
Waktu respon
Standar
Peningkatan
(ms) 295 313 359 356 353 337 313 298 344
Deviasi 34 58 84 105 77 99 53 47 82
waktu respon 0% 6% 22% 21% 20% 14% 6% 1% 17%
Simulasi untuk pengukuran waktu respon mulai dilakukan setelah responden terpapar getaran selama dua menit. Dalam dua menit awal terpapar getaran responden beradaptasi dengan kondisi bergetar terlihat dari grafik denyut jantung responden sudah stabil dan datar pada nilai tertentu. Namun kemampuan indra penglihatan dan motorik manusia yang akan mempengaruhi nilai waktu respon akan langsung terpengaruh oleh getaran dalam bentuk WBV, sehingga pengumpulan data waktu respon selama tiga menit terakhir dari selang lima menit satu kondisi simulasi sudah dapat mewakili pengaruh getaran terhadap waktu respon manusia. Penelitian ini menggunakan stimulus untuk indra penglihatan. Secara umum respon manusia pada stimulus dengan indra penglihatan sedikit lebih lambat dibandingkan menggunakan indra pendengaran atau peraba. Proses
50 penerimaan stimulus melalui tahap penerimaan oleh receptor, afferent path, pemrosesan di sistem syaraf pusat, efferent path, dan terakhir kontraksi otot. Jika nilai waktu respon pada setiap interval getaran dirata-ratakan akan diperoleh pola waktu respon akibat getaran. Pada kondisi tanpa getaran waktu respon manusia dalam kondisi tercepat, yakni 295 ms. Waktu respon terlama terjadi pada akselarasi 3.5 m/s2, kemudian waktu respon menjadi akan bertambah singkat dengan meningkatnya akselarasi. Pola waktu respon akibat pengaruh getaran sama dengan pola energi. Kondisi getaran dari akselarasi 0.5 m/s2 sampai 6.5 m/s2 menghasilkan pola berupa kurva kuadratik dengan nilai performansi terendah terjadi pada akselarasi 3.5 m/s2. Akselarasi getaran mempunyai pengaruh yang kuat terhadap performansi manusia. Pola waktu respon akibat terpapar getaran dari 0.5 sampai 6.5 m/s2ditampilkan dalam Gambar 19.
Gambar 19 Pola waktu respon manusia per-interval akselarasi Getaran mengakibatkan terjadinya peningkatan tension dan kekakuan otot. Peningkatan kekakuan pada otot tangan berakibat pada kesulitan tangan dalam melakukan gerakan. Hal ini berakibat pada semakin panjang waktu gerakan dalam menangggapi stimulus, terlihat pada meningkatnya waktu respon yang merupakan penjumlahan dari waktu reaksi dan waktu gerakan. Terjadinya pola waktu respon menyerupai kurva kuadratis karena perubahan tingkat tension dan kekakuan otot. Perubahan tension otot akibat sensitifitas sensor motorik manusia dalam mendeteksi getaran berubah karena pengaruh berbagai faktor. Berdasarkan penelitian yang sudah pernah dilakukan faktor yang mempengaruhi sensitifitas sensor tactile berupa kecepatan getaran, interval antar stimulus, amplitudo, dan frekuensi. Sensitifitas tertinggi sensor tactil diduga berada pada selang intensitas tertentu. Deteksi tertinggi terjadi pada akselarasi 3.5 m/s2 juga berhubungan dengan bentuk kurva pada penilaian ketidaknyamanan dengan kuesioner. Pada nilai akselarasi 3.5 m/s2 terjadi titik puncak kemiringan curam pada kurva penilaian tingkat ketidaknyamanan oleh responden, peningkatan nilai akselarasi di atas 3.5 m/s2 menghasilkan kurva dengan kemiringan lebih landai.
51 Pola naik turun kurva waktu respon karena efek getaran sama dengan kurva pengaruh getaran terhadap energi kerja. Kurva waktu respon sampai akselarasi getaran 10 m/s2 dapat diamati pada Gambar 20.
Gambar 20 Pola waktu respon sampai nilai akselarasi getaran sampai 10 m/s2
Akselarasi getaran di atas 9.8 m/s2 atau 1g berpengaruh negatif pada bagian tubuh. Kulit dan jaringan permukaan tubuh menjadi jatuh atau layu terjadi pada akselarasi +2g (Kroemer, 2000). Pada akselarasi +3g organ dalam tubuh akan ikut tertarik ke arah bawah sehingga sistem dalam tubuh mulai terganggu, diafragma ditarik ke arah bawah mengakibatkan sistem pernafasan terganggu, orang akan mengalami kesulitan bernafas. Orang tidak mampu mengangkat bagian tubuh seperti tangan dan pandangan menjadi kabur juga terjadi pada +3g. Kehilangan kesadaran mulai terjadi pada akselarasi +5g sampai +6g, namun dampak ini dapat dihindari jika paparan getaran kurang dari lima detik (Kroemer, 2000). Pengaruh akselarasi getaran terhadap waktu respon dan energi kerja menghasilkan pola yang sama. Kondisi tubuh terendah terjadi pada titik akselarasi yang sama. Kondisi tubuh terendah terjadi pada akselarasi 3.5 m/s2 dan bertambah baik dengan naiknya akselarasi. Perbandingan kedua kurva sampai akselarasi 6 m/s2 dapat dilihat pada Gambar 21.
52
Gambar 21 Perbandingan pengaruh akselarasi getaran terhadap energi kerja dan waktu respon
Analisa pola respon per-responden menunjukkan sebanyak 17 dari 28 pola hasil simulasi atau 60.7% menghasilkan energi kerja tertinggi berada dalam interval 1.5 sampai 4 m/s2 dari selang 0 sampai 10 m/s2 yang diamati. Dan sebanyak 17 dari 28 pola hasil simulasi atau 60.7% menghasilkan waktu respon terlama berada dalam interval 1.5 sampai 4 m/s2 dari selang 0 sampai 10 m/s2 yang diamati. Gambar 22 adalah contoh pola energi kerja akibat kenaikan akselarasi getaran dalam dominan arah vertikal yang dihasilkan oleh responden ke-6 dan ke-8. Gambar 23 adalah contoh pola waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran dalam dominan arah vertikal oleh responden ke-2 dan dominan arah horizontal oleh responden ke-11. Data untuk pengamatan pola energi perresponden terdapat dalam lampiran 12 dan data pengamatan pola waktu respon per-responden terdapat pada Lampiran 13.
a b Gambar 22 Contoh pola energi kerja akibat kenaikan akselarasi getaran (a) Responden ke-6 (b) Responden ke-8
53
a b Gambar 23 Contoh pola waktu respon akibat kenaikan akselarasi getaran (a) Responden ke-2 (b) Responden ke-11
Pengaruh Akselarasi Getaran terhadap Ketidaknyamanan Data performansi responden dikelompokkan berdasarkan getaran yang selevel, data terlebih dahulu diuji keseragamannya untuk memastikan semua data dalam satu interval akibat dari kondisi getaran yang sama. Uji keseragaman menggunakan = 0.01 dengan rentang daerah kontrol antara 2di bawah nilai rata-rata sampai 2 di atas nilai rata-rata. Berdasarkan uji anova ( = 0.01) ditemukan terdapat perbedaan signifikan ketidaknyamanan yang dirasakan pada berbagai tingkat akselarasi. Kemudian t test dilakukan untuk melihat adanya perbedaan rata-rata ketidaknyamanan manusia pada akselarasi dalam interval 2.5 sampai 3.5 m/s2 yang mempunyai nilai ketidaknyamanan terbesar terhadap interval akselarasi yang lain. Pengujian t test untuk tingkat ketidaknyamanan terdapat pada Lampiran 14. Hasil uji menunjukkan terdapat perbedaan signifikan rata-rata tingkat ketidaknyamanan manusia dalam interval 2.5 sampai 3.5 m/s2 terhadap ketidaknyamanan pada kondisi tanpa getaran maupun pada interval akselarasi yang lain dengan peluang terjadi 90%. Kesimpulan ini memperkuat penelitian yang dilakukan oleh Hacaambwa (2007) dan Marjanen (2010) bahwa getaran berpengaruh pada tingkat ketidaknyamanan manusia. Data rata-rata ketidaknyamanan per-interval akselarasi diplot ke dalam grafik untuk melihat pola kenaikan tingkat ketidaknyamanan. Kenaikan ketidaknyamanan cukup tinggi terjadi pada interval akselerasi 0.5 m/s2 sampai 3.5 m/s2, diatas akselarasi ini kenaikan tingkat ketidaknyamanan lebih landai. Kurva tingkat ketidaknyamanan berbeda dengan dua kurva hasil pengolahan dua variabel penelitian di atas. Jika kurva diplot dari kondisi tanpa getaran sampai tingkat akselarasi 10 m/s2 dihasilkan bentuk kurva mendekati model pemangkatan (power). Penelitian ini mendukung pernyataan dalam Stevens Power Law bahwa pada beberapa indra sensorik manusia besarnya respon subjectif N proporsional terhadap intensitas stimulus X yang naik dengan pangkat , dimana dipengaruhi oleh besarnya stimulus dan karakteristik dari setiap indra sensorik : atau secara logaritma ditulis log N = log c + logX.
54 Penyerapan energi getaran berhubungan erat dengan ketidaknyamanan manusia karena mengakibatkan peningkatan tension dan kekakuan otot. Energi getaran yang diserap oleh tubuh dalam waktu lama dapat mengakibatkan kerusakan pada sistem otot dan rangka manusia. Pada simulasi ini selain terpapar getaran, responden juga terpapar kebisingan dari 77 dB pada akselarasi rendah sampai 103 dB pada akselarasi tinggi. Berdasarkan kurva kerusakan pendengaran akibat kebisingan kontinyu dalam Oborne (1987), kebisingan di atas 90 dB tidak aman untuk manusia jika terpapar dalam waktu lebih dari dua jam dan kebisingan di atas 100 dB tidak aman jika terpapar dalam waktu lebih 10 menit. Artinya kondisi kebisingan dalam simulasi tidak merusak terhadap pendengaran manusia dalam interval waktu simulasi. Persamaan kurva yang dihasilkan karena pengaruh getaran dan kebisingan adalah N = 1.861X0.529. Tabel 10 berisi rata-rata tingkat ketidaknyamanan per-level akselarasi karena pengaruh getaran dan kebisingan dari akselarasi 0 sampai 10 m/s2. Sedangkan plot data ketidaknyamanan dapat dilihat pada Gambar 24. Tabel 10 Rata-rata tingkat ketidaknyamanan per-level akselarasi Akselarasi 2
(m/s ) 0 1 2 3 4 5 6 7.5 9.5
Ketidaknyamanan getaran + kebisingan 0 2.3 3.4 4.1 3.7 4.2
deviasi 0.5 1.4 1.5 1.9 1.7 1.5
4.5 5.3
2.3 1.6
Gambar 24 Pola ketidaknyamanan per-interval akselarasi karena pengaruh getaran dan kebisingan
55 Kurva yang dihasilkan pada pengaruh getaran terhadap ketidaknyamanan berbeda dengan dua kurva lain yaitu pengaruh getaran terhadap energi kerja dan waktu respon yang berbentuk kuadratik. Ini disebabkan karena ketidaknyaman adalah penilaian subjektif manusia. Sedangkan dua variabel lain tidak melibatkan penilaian subjektif. Penilaian subjektif manusia terhadap stimulus fisik lingkungan melibatkan aspek psikologi mengikuti pola kurva pemangkatan. Semakin meningkat akselarasi kurva akan naik semakin landai dan cenderung datar mendekati suatu nilai asimtute tertentu. Kondisi fisik yang diukur secara objektif dipengaruhi oleh karakteristik fisik manusia akibat pengaruh getaran.
Pengaruh Arah Getaran terhadap Kemampuan Motorik, Fisiologi dan Ketidaknyamanan Manusia. Pembahasan mengenai efek arah getar terhadap manusia difokuskan sampai akselarasi 6.5 m/s2 untuk menjamin keakuratan hasil perbandingan yang diperoleh karena keterbatasan data pada akselarasi yang lebih besar. Pengaruh akselarasi getaran terhadap waktu respon dan energi kerja mengasilkan pola yang sama berupa kurva kudratik. Pengaruh getaran terbesar terjadi pada akselarasi 3.5 m/s2. Kurva data akselarasi getaran terhadap waktu respon mempunyai nilai R2 = 89.5%, artinya kurva tersebut dapat menggambarkan keadaan sesungguhnya sebesar 89.5%, yaitu perubahan waktu respon yang diakibatkan oleh perubahan nilai akselarasi getaran. Sedangkan kurva data akselarasi getaran terhadap energi kerja mempunyai nilai R2 = 80.3%, artinya kurva tersebut dapat menggambarkan keadaan sesungguhnya sebesar 80.3%, yaitu perubahan energi kerja yang diakibatkan oleh perubahan nilai akselarasi getaran. Pengaruh akselarasi getaran terhadap tingkat ketidaknyamanan berupa kurva pemangkatan. Kurva data akselarasi getaran terhadap ketidaknyamanan mempunyai nilai R2 = 86.3%, artinya kurva tersebut dapat menggambarkan keadaan sesungguhnya sebesar 86.3%, yaitu perubahan tingkat ketidaknyamanan yang diakibatkan oleh perubahan nilai akselarasi getaran. Di dalam ISO dinyatakan bahwa ambang batas penerimaan manusia terhadap tiga arah getaran berbeda-beda. Besarnya pengaruh ketiga arah getaran terhadap manusia dilihat dari nilai faktor pengali untuk masing-masing arah getaran. Nilai akselarasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilai rms (root mean square) yang merupakan nilai akar kuadrat dari penjumlahan kuadrat akselarasi pada ketiga arah getar. Faktor pengali digunakan untuk memperkuat pengaruh masing-masing arah getar.
di mana : kx adalah faktor pengali untuk getaran arah fore-aft ky adalah faktor pengali untuk getaran arah lateral kz adalah faktor pengali untuk getaran arah vertikal ax,ay,az adalah akselarasi getaran pada arah fore-aft, lateral, dan vertikal
56 Dengan mengubah-ubah faktor pengali dihasilkan pola kurva yang sedikit bergeser, dan memberikan nilai R2 yang berubah. Faktor pengali yang optimal adalah yang menghasilkan kurva dengan nilai R2 paling tinggi. Marjanen (2009) meneliti nilai faktor pengali untuk rms weighting acceleration dan menggunakan akselarasi untuk percobaan dengan akselarasi getaran dibawah 2.5 m/s2, dan mendapatkan nilai optimal faktor pengali akselarasi pada setiap arah getaran terhadap tingkat ketidaknyamanan x : y : z = 2.7 : 1.8 : 1. Sedangkan ISO memberikan nilai perbandingan pengaruh akselarasi pada arah getar x : y : z = 1.4 : 1.4 : 1. Tabel 11 berisi enam hasil iterasi terbaik nilai faktor pengali arah getaran terhadap energi kerja pada selang akselarasi 0 sampai 6 m/s2. Tabel 11 Faktor pengali arah getaran terhadap energi R2
Faktor Pengali kx 1.2 1.5 1.3 1.3 1.5 1.3
ky 1.7 1.4 2 2.6 1.8 1.6
kz 1 1 1 1 1 1
(a = 1 - 6 m/s2) 0.973 0.967 0.952 0.952 0.952 0.941
Nilai pengaruh arah getaran horizontal lebih besar dari pada arah vertikal dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral : vertikal = 1.2 : 1.7 : 1. Arah getar lateral berpengaruh 1.7 kali lebih besar dibanding arah getar vertikal, dan arah getar fore-aft berpengaruh 1.2 lebih besar dibanding arah getar vertikal. Dari tabel perbandingan pengaruh ketiga arah getar diatas, perbandingan terbaik memperlihatkan arah lateral berpengaruh paling besar berkisar antara 1.4 sampai 2.6 kali arah vertikal. Pemberian faktor pengali terhadap masing-masing arah getar mengakibatkan nilai rms akselarasi hasil hitungan menjadi lebih besar. Nilai akselarasi yang diperhitungkan pada arah lateral dan fore-aft lebih besar karena memberikan efek kenaikan yang lebih besar terhadap energi kerja. Sehari-hari manusia terpapar akselarasi dalam bentuk gaya gravitasi dalam arah vertikal positif. Menurut hukum Newton tubuh manusia bersifat lembam dan akan mempertahankan kondisinya dengan mengeluarkan gaya lebih besar untuk melawan getaran horizontal dibandingan getaran vertikal. Sehingga akselarasi dalam arah horizontal berpengaruh lebih besar terhadap energi kerja manusia dibandingkan arah vertikal, karena mempunyai arah berbeda terhadap arah grafitasi. Berdasarkan faktor pengali pengaruh setiap arah getar terhadap energi yang dikeluarkan manusia maka getaran dalam arah lateral dan fore-aft lebih tidak disukai dari pada getaran dalam arah vertikal. Gambar 25 memperlihatkan perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran dari 0.5 sampai 5.5 m/s2 terhadap energi tanpa faktor pengali dan dengan faktor pengali. Persamaan kurva yang optimal adalah -0.003x2 + 0.031x + 0.504 dengan nilai R2 = 97.3%, artinya persamaan ini dapat menggambarkan 97.3%
57 perubahan pada nilai energi kerja sebagai akibat perubahan rata-rata akselarasi per-interval.
a. Tanpa faktor pengali
b. Dengan faktor pengali Gambar 25 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap energi (a) tanpa faktor pengali terhadap (b) dengan faktor pengali. Tabel 12 berisi enam hasil iterasi terbaik nilai faktor pengali arah getaran terhadap waktu respon.
58 Tabel 12 Faktor pengali arah getaran terhadap waktu respon R2
Faktor Pengali kx
ky 1.2 1.2 1.1 1.1 1.4 1.5
1.7 1.5 1.5 1.6 1.9 1.9
kz 1 1 1 1 1 1
(a = 1 - 6 m/s2) 1 0.986 0.972 0.972 0.971 0.971
Nilai pengaruh arah getaran horizontal lebih besar dari pada arah vertikal dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral : vertikal = 1.2 : 1.7 : 1. Arah getar lateral berpengaruh 1.7 kali lebih besar dibanding arah getar vertikal, dan arah getar fore-aft berpengaruh 1.2 lebih besar dibanding arah getar vertikal. Pemberian faktor pengali terhadap masing-masing arah getar mengakibatkan nilai rms akselarasi hasil hitungan menjadi lebih besar. Nilai akselarasi yang diperhitungkan pada arah lateral dan fore-aft lebih besar karena memberikan efek kenaikan yang lebih besar terhadap waktu respon. Perbandingan kurva waktu respon sebelum dan sesudah diberi faktor pengali akibat pengaruh getaran dari 0.5 sampai 6.5 m/s2 diperlihatkan pada Gambar 26. Dari tabel perbandingan pengaruh ketiga arah getar diatas, perbandingan terbaik memperlihatkan arah lateral berpengaruh paling besar berkisar antara 1.5 sampai 1.9 arah getar vertikal. Gerakan respon yang diberikan dalam penelitian ini membedakan pengaruh masing-masing arah akselarasi. Gerakan telunjuk dalam menekan tombol mouse pada komputer adalah vertikal, sehingga getaran arah vertikal lebih memudahkan responden dalam mengarahkan gerakan jarinya. Sedangkan arah getar horizontal lebih menyulitkan responden mengarahkan gerakan jarinya sehingga faktor pengaruh arah horizontal terhadap waktu respon menjadi lebih besar. Gambar 26 memberikan perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap waktu respon tanpa faktor pengali dan dengan faktor pengali pada rentang akselarasi 0 sampai 6.5 m/s2. Persamaan kurva yang optimal adalah 9.067x2 + 60.47x + 264.7 dengan nilai R2 = 100%, artinya persamaan ini dapat menggambarkan 100% perubahan pada nilai waktu respon sebagai akibat perubahan rata-rata akselarasi per-interval.
59
a. Tanpa faktor pengali
b. Dengan faktor pengali Gambar 26 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap waktu respon (a) tanpa faktor pengali terhadap (b) dengan faktor pengali. Tabel 13 berisi enam hasil iterasi terbaik nilai faktor pengali arah getaran terhadap ketidaknyamanan.
60 Tabel 13 Faktor pengali arah getaran terhadap ketidaknyamanan R2
Faktor Pengali
kx
ky
kz
1.9 1.9 2.3 1.1 1.1 0.8
2.2 2.5 2 1.9 2 1.5
1 1 1 1 1 1
(a = 1 - 6 m/s2) 0.974 0.972 0.971 0.967 0.967 0.963
Nilai pengaruh arah getaran horizontal lebih besar dari pada arah vertikal dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral :: vertikal = 1.9 : 2.2 : 1. Arah getar fore-aft berpengaruh 1.9 kali lebih besar dibanding arah getar vertikal, dan arah getar lateral berpengaruh 2.2 lebih besar dibanding arah getar vertikal. Dari tabel perbandingan pengaruh masing-masing arah getar di atas, tiga perbandingan arah terbaik menunjukkan arah lateral dan fore-aft berpengaruh antara 1.9 sampai 2.5 lebih kuat dari arah vertikal terhadap ketidaknyamanan. Pemberian faktor pengali terhadap masing-masing arah getar mengakibatkan nilai rms akselarasi hasil hitungan menjadi lebih besar. Nilai akselarasi yang diperhitungkan pada arah lateral dan fore-aft lebih besar karena memberikan efek kenaikan yang lebih besar terhadap ketidaknyamanan yang dirasakan. Sehari-hari manusia terpapar akselarasi dalam bentuk gaya gravitasi dalam arah vertikal positif. Sehingga jika terdapat akselarasi dalam arah horizontal akan terasa lebih tidak nyaman dibandingkan arah vertikal. Gambar 27 memperlihatkan perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran dari 0.5 sampai 6.5 m/s2 terhadap tingkat ketidaknyamanan tanpa faktor pengali dan dengan faktor pengali sampai akselarasi 6.5 m/s2. Persamaan kurva yang optimal adalah y = 2.122 x0.482 dengan nilai R2 = 97.4%, artinya persamaan ini dapat menggambarkan 97.4% perubahan pada tingkat ketidaknyamanan sebagai akibat perubahan rata-rata akselarasi per-interval.
61
a.Tanpa faktor pengali
b.Dengan faktor pengali Gambar 27 Perbandingan kurva pengaruh akselarasi getaran terhadap ketidaknyamanan (a) tanpa faktor pengali terhadap (b) dengan faktor pengali. Dari ketiga efek arah getaran terhadap tubuh manusia, semuanya memberikan perbandingan faktor pengali yang sama yaitu arah lateral berpengaruh paling besar, kemudian arah fore-aft, dan arah vertikal berpengaruh paling rendah.
Aplikasi Hasil Penelitian Hasil penelitian merekomendasikan paparan getaran mekanis dari mesin terhadap manusia perlu dibatasi agar tidak menurunkan performansi manusia dalam bekerja. Paparan getaran yang diamati dalam bentuk WBV. Getaran mesin
62 terhadap operator terbukti menaikkan energi kerja dan menaikkan waktu respon, dan secara psikologi meningkatkan rasa ketidaknyamanan. Peningkatan energi kerja lebih tinggi terjadi di atas akselarasi 1.5 m/s2 dan peningkatan waktu respon lebih besar mulai terjadi di atas akselarasi 1.5 m/s2. Berdasarkan hasil penelitian ini, perancangan mesin khususnya yang membangkitkan getaran WBV sebaiknya membatasi getaran yang sampai ke operator maksimal 1.5 m/s2.
63
6 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan penelitian dengan simulator getaran pada tingkat akselarasi 0.5 sampai 6.5 m/s2 dan frekuensi yang diamati dibawah 50 Hz terhadap responden laki-laki, diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Pola energi kerja akibat getaran adalah pola kuadratik. Energi kerja terbesar terjadi pada nilai akselarasi 3.5 m/s2. Pada akselerasi di bawah dan di atas 3.5 m/s2 energi kerja lebih rendah. Rata-rata energi kerja lebih tinggi pada saat terpapar getaran dibandingkan tidak ada getaran. 2. Pola waktu respon akibat getaran menghasilkan pola yang sama dengan pengaruh getaran terhadap energi kerja, berupa kurva kuadratik. Waktu respon terlama terjadi pada nilai akselarasi 3.5 m/s2. Pada akselerasi di bawah dan di atas 3.5 m/s2 waktu respon lebih cepat. 3. Pola tingkat ketidaknyamanan akibat getaran berupa kurva pemangkatan (power). 4. Pengaruh arah getar horizontal lebih besar dari pada arah getar vertikal terhadap energi kerja. Perbandingan pengaruh arah fore-aft : lateral : vertikal = 1.2 : 1.7 : 1. 5. Pengaruh arah getar horizontal lebih besar dari pada arah vertikal terhadap waktu respon. Arah lateral berpengaruh paling besar dengan perbandingan pengaruh arah getar fore-aft : lateral : vertikal = 1.2 : 1.7 : 1. 6. Pengaruh arah getar horizontal lebih besar dari pada arah getar vertikal terhadap ketidaknyamanan. Pengaruh arah getar horizontal lebih tinggi terhadap tingkat ketidaknyamanan dibandingkan pengaruh arah yang sama terhadap waktu respon dan energi kerja. Perbandingan pengaruh arah fore-aft: lateral : vertikal = 1.9 : 2.2 : 1.
Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dirasakan beberapa kekurangan. Di sisi analisis juga dipandang perlu penelitian lebih lanjut untuk memperkuat analisis. Sehingga penulis memberikan saran sebagai berikut. 1. Penelitian lanjutan sebaiknya dilakukan dengan simulator yang bisa menghasilkan getaran hanya pada arah yang diinginkan. 2. Penelitian berupa perbandingan efek getaran mekanik terhadap pria dan wanita sebaiknya dilakukan. 3. Penelitian sebaiknya juga dilakukan terhadap sensitifitas sensor tactile manusia akibat stimulus getaran.
64
DAFTAR PUSTAKA Adinata, MC.2003. Pengukuran getaran, kebisingan, dan beban kerja pada penggunaan mesin petik the Kawasaki tipe NV-60 di pusat penelitian teh dan kina, Gambung Jawa Barat [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Ahn SJ. 2010. Discomfort of vertical whole body shock-type vibration in the frequency range of 0.5 to 16 Hz. International Journal of Automotive Technology Vol 11 No. 6 : 909−916. Aldien Y, Marcotte P, Rakheja S, and Boileau PE. 2006. Influence of hand–arm posture on biodynamic response of the human hand–arm exposed to zh-axis vibration. International journal of Industrial Ergonomic. Vol 36 : 45-59. Besa AJ., Valeroa FJ, Sunera JL, and Carballeira J. 2007. Characterisation of the mechanical impedance of the human hand–arm system: The influence of vibration direction, hand–arm posture and muscle tension. International Journal of Industrial Ergonomics 37 : 1225-1231. Binisam, Kathirvel K, Manian R, Mehta CR. 2007. Influence of forward speed and terrain condition on hand transmitted vibration of power tiller. AMA, Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America. Vol 38 No 3 : 79-83.
Bruej and Kjaer. Human Vibration. www.cyut.edu.tw/~hcchen/downdata/human%20vibration.doc [17 Januari 2013]. Burström L and Sörensson A. 1999.The influence of shock-type vibrations on the absorption of mechanical energy in the hand and arm. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 23, Issue 5-6 : 585 -594. Cahyono ST. 2008. Pengukuran dan analisis getaran mekanis pada proses produksi gula di stasiun putaran dan pembangkit listrik di PG Bungamayang, Lampung [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Carrasco L, Borja Sanudo B, Hoyo M. Pradas F, Da Silva ME. 2011. Effectiveness of low-frequency vibration recovery method on blood lactate removal, muscle contractile properties and on time to exhaustion during cycling at VO2max power output. Eur J Appl Physiol. Cation S, Jack R, Oliver M, Dickey JP, and Lee-Shee NK. 2008. Six degree of freedom whole-body vibration during forestry skidder operations. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 38, Issue 9-10 : 739 757. Chen HC, Chen WC, Liu YP, Chen CY, and Pan YT. 2009. Whole-body vibration exposure experienced by motorcycle riders – An evaluation according to ISO 2631-1 and ISO 2631-5 standards. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 39, Issue 5 : 708 - 718.
65 Dewangan, KN and Tewarib VK. 2009. Vibration energy absorption in the hand– arm system of hand tractor operator. Biosistem Engineering, vol 103 : 445454. Eger T, Stevenson J, Boileauc PE., Salmonid A, VibRG. 2007. Predictions of health risks associated with the operation of load-haul-dump mining vehicles: Part 1—Analysis of whole-body vibration exposure using ISO 2631-1 and ISO-2631-5 standards. International Journal of Industrial Ergonomics 38 : 726–738. Giacomin J, Fustes F. 2005. Subjective equivalence of steering wheel vibration and sound. International Journal of Industrial Ergonomics 35: 517–526. Giacomin J, hayaa MS, Dormegnie E, Richard L. A frequency weighting for evaluation of steering wheelrotational vibration. Shefield : Department of Mechanical Engineering , The University of Shefield. Goglia V, 2003. Hand Transmitted Vibration from the Steering Wheel to Drivers of a Small Four Wheel DriveTractor. Applied Ergonimics 34 : 4549. Griffin MJ., 1990. Handbook of Human Vibration. San Diego. CA: Academic Press. Grill SE and Hallett M.1995. Velocity sensitivity of human muscle spindle afferents and slowly adapting type II cutaneous mechanoreceptors. Journal of Physiology 489.2 : 593-602 Hacaambwa TM, Giacomin J. 2007. Subjective response to seated fore-and-aft direction whole-body vibration. International journal of Industrial Ergonomic 37 : 61 -72. Harris CM, Piersol HG. 2002. Shock and Vibration Handbook. New York. Mc Graw Hill.
Hirt M. Elemen Mesin : Disain dan Kalkulasi dari Sambungan, Bantalan, dan Poros. Jilid I. Budiman A, Priambodo B, penerjemah; Jakarta: Penerbit Erlangga. ISO 2631-1. 2004. Mechanical Vibration and Shock. Evaluation of Human Exposure to Whole Body Vibration. Geneve-Switzerland.
Jang HK. and Griffin MJ. 2000. Effect of Phase, Frequency, magnitude and posture on discomfort associated with differencial vertical vibration at the seat and feet. Jurnal of Sound and Vibration Vol 229, Issue 2 : 273 - 286. Jessica K. Ljungberga, and Gregory Neelya G. 2007. Stress, subjective experience and cognitive performance during exposure to noise and vibration. Journal of Environmental Psychology 27 : 44–54. Jiao K , Li Z, Chen M. Wang C, Qi S. 2004. Effect of different vibration frequencies on heart rate variability and driving fatigue in healthy drivers. Int Arch Occup Environ Health 77: 205–212 Kathirvel K, Binisam, Manian R, Senthikumar R. 2007. Vibration mapping of walking and riding type of power tillers. Vol 38 No 1 : 61-67.
66 Kihlberg S. 1995.. Biodynamic response of the hand-arm system to vibration from an impact hammer and a grinder. International Journal of Industrial Ergonomics 16 : 1-8. Kim KW, Kim MS, and Yoo WS. 2009. Development of frequency weighting function for Asian (Korean) people in vertical whole-body vibration; in comparison with ISO 2631-1. Journal of Mechanical Science and Technology 23: 2738~2746 Kroemer KHE. 2001. Ergonomics: How to Design for Ease and Efficien, New Jersey. Prentice Hall. Kubo M, Terauchi F, Aoki H, and Matsuoka Y. 2001. An investigation into a synthetic vibration model for humans: : An investigation into a mechanical vibration human model constructed according to the relations between the physical, psychological and physiological reactions of humans exposed to vibration. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 27, Issue 4 : 219 - 232. Lady L, 2011. Analisis variasi paparan getaran Whole Body vibration (WBV) pada pengendara sepeda motor. Di dalam : Serving Humanity for a Better Life , Proceeding 11th National Conference of Indonesia Ergonomic Society 2011; Universitas Indonesia, 14-15 September 2011 , Jakarta. hlm 1-455 – 1-461. Maeda S, Mansfield NJ, and Shibata N. 2008. Evaluation of subjective responses to whole-body vibration exposure: Effect of frequency content. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 38, Issue 5-6 : 509 515. Mani R, Milosavljevic S, Sullivan SJ. 2010. The Effect of occupational WholeBody Vibration on standing balance: A systematic review. International Journal of Industrial Ergonomics. Marjanen Y, Mansfield NJ. 2010. Relative contribution of translational and rotational vibration to discomfort. Industrial Health 48 : 519-529. McDowell TW., Wikerb SF., Donga RG., Welcome DE. 2007. Effects of vibration on grip and push force-recall performance. International Journal of Industrial Ergonomics 37 : 257–266. Myles K and Binseel MS. 2007. The Tactile Modality: A Review of Tactile Sensitivity and Human Tactile Interfaces. Human Research and Engineering Directorate, Army Research Laboratory. Mukti BG. 2008. Analisis getaran mekanis pada proses produksi gula di PG Jatitujuh, Majalengka [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
National Health and Medical Research Council. 2007. National Statement on Ethical Conduct in Human Research . Canberra – Australia.
67 Nawayseh N, and Griffin MJ. 2010. Power absorbed during whole-body vertical vibration: Effects of sitting posture, backrest, and footrest. Jurnal of Sound and Vibration Vol 329, Issue 14 : 2928 – 2938. Newell GS, Mansfield NJ. 2008. Evaluation of reaction time performance and subjective workload during whole-body vibration exposure while seated in upright and twisted postured with and without armnests. International Jurnal of Industrial Ergonomics 38 : 499-508.
Newell GS, Mansfield NJ. 2008. Evaluation of reaction time performance and subjective workload during whole-body vibration exposure while seated in upright and twisted postured with and without armnests. International Jurnal of Industrial Ergonomics 38 : 499-508. NuTesla. Critical Flicker Frequency – your wellness number http://nutesla.com/science/critical-flicker-frequency/. [1 Oktober 2012]. Oborne, DJ. 1987. Ergonomics at Work 2nd Edition. Singapore. John Wiley & Sons Ltd. Pulat, M. 1992. Fundamentals of Industrial Ergonomics. Illinois. Waveland Press, Inc. Radwin RG., Armstrong TJ., Chaffin DB., Langolf GD.,and Albers JW. 1990. Hand-arm frequency-weighted vibration effects on tactility. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 6, Issue 1 : 75 -82. Rakheja S, Mandapuram S, and Dong RG. 2008. Energy Absorption of Seated Occupants Exposed to Horizontal Vibration and Role of Back Support Condition. Industrial Health 46 : 550–566 Rammohan V, Maikala, and Yagesh N. Bhambhani. 2008. Cardiovascular responses in healthy young women during exposure to whole-body vibration. International Journal of Industrial Ergonomics. Vol 38, Issues 910. Rehn B, Lundstrom R, Nilsson L, Liljelind I. Jarvholm B. 2005. Variation in exposure to whole-body vibration for operators of forwarder vehicles aspects on measurement strategies and prevention. International journal of Industrial Ergonomic 35 : 831 -842. Salmoni AW, Cann AP, Gillin EK, Eger TR. 2008. Case studies in whole-body vibration assessment in the transportation industry–Challenges in the field. International Journal of Industrial Ergonomics 38 : 783–791. Sander MS, Ernest.J. 1993, Human Factors in Engineering and Design. New York. Mc Graw Hill. Santos BL. 2008. A Laboratory Study to Quantify Biomechanical Responses to Whole Body Vibration : The Influence on Balance, Reflex Responses, Muscular Activity and Fatigue. International Journals of Industrial Ergonomics 38 : 626 – 639. Shigley JE, Mischke CR, Budynas RG. 2004. Mechanical Engineering Design. Ed ke-7. New York : Mc Graw Hill Companies, Inc.
68 Smets MPH., Eger TR., Grenier SG. Whole-body vibration experienced by haulage truck operators in surface mining operations: A comparison of various analysis methods utilized in the prediction of health risks. Applied Ergonomics 41 : 763–770 Subhash R, Ario K. 2011. Evalution of Whole-Body Vibration exposure of operator of soil compactors. Di dalam : Noise and Vibration, Studies and Research Project Report. Quebec. IRSST, Communication Devision.
Suwandi A, Wahono DR, Hermawanto D. 2008. Analisis karakteristik getaran pada kereta api rel listrik dan kereta api rel diesel. Puslit KIM – LIPI. Jakarta. Wang W, Rakheja S, and Boileau PE. 2006. The role of seat geometry and posture on the mechanical energy absorption characteristics of seated occupants under vertical vibration. International Journals of Industrial Ergonomics Vol 36, Issue 2 : 171-184. Wu X, Rakheja S, Boileau PE. 1998. Study of human seat interface pressure distribution under vertical vibration. International Journal of Industrial Ergonomics 21 : 433-449.
Lampiran 1 :
FORM A KESEDIAAN RESPONDEN Ini adalah bagian dari penelitian untuk disertasi yang berjudul ANALISA PENGARUH
RMS ACCELERATION (a) TERHADAP
ASPEK FISIOLOGI,
MOTORIK, DAN PSIKOLOGI MANUSIA. Responden diminta menilai efek yang dirasakan akibat kondisi lingkungan kerja yang bergetar. Simulator akan bergetar pada frekuensi dominan dibawah 50 Hz dan akselarasi 0 sampai 10 m/s2. Terdapat tujuh kondisi getaran : 3 getaran arah dominan vertikal, 3 getaran arah dominan horizontal, dan kondisi tanpa getaran. Masing-masing kondisi getaran membutuhkan waktu simulasi 5 menit. Setelah simulasi akan dilakukan pengukuran heart rate saat step test. Atas kesediaan dan bantuan yang adik-adik berikan saya ucapkan terima kasih.
Lovely Lady
DATA RESPONDEN 1. Nama
:
2. Umur
:
tahun
3. Berat
:
kg
4. Tinggi
:
cm
5. Jenis kelamin
: laki-laki
6. Apakah anda dalam kondisi sehat ? ya/ tidak 7. Apakah anda pernah menderita gangguan persendian/tulang dalam setahun terakhir ? ya/tidak
Lampiran 2 :
DATA PESERTA SIMULASI GETARAN No R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14
Umur (tahun) 25 21 21 22 26 21 21 24 20 33 23 24 24 22
Berat (kg) 68 90 82 66 55 64 53 53 55 50 63 52 69 56
Tinggi (cm) 162 181 167 171 165 172 165 163 173 160 178 162 170 176
Jenis Kelamin L L L L L L L L L L L L L L
Sehat Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya Ya
Gangguan Persendian/tulang Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak
Acceleration az (RMS) m/s2 Acceleration ax, ay (RMS) m/s2
Lampiran 4 Hasil uji coba simulator getaran arah dominan vertikal Arah Arah getaran Perbandingan arah getaran a rms dominan vertikal lateral fore-aft vertikal lateral fore-aft 1 D8 vertikal 1 0.7 0.4 0.4 1.0 0.6 0.5 0.90 D6 vertikal 2 2.7 0.8 1.1 1.0 0.3 0.4 2.99 D3 vertikal 3 7.1 3.7 2.1 1.0 0.5 0.3 8.26 2 B8 vertikal 1 1.4 0.7 0.9 1.0 0.5 0.7 1.79 B6 vertikal 2 2.7 1.5 1.2 1.0 0.6 0.4 3.27 B3 vertikal 3 7.1 3.7 3.7 1.0 0.5 0.5 8.80 3 I8 vertikal 1 1.1 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5 1.27 I6 vertikal 2 7.7 1.8 4.5 1.0 0.2 0.6 9.05 I3 vertikal 3 7.1 3.7 2.1 1.0 0.5 0.3 8.26 4 F8 vertikal 2 4.3 2.4 1.0 1.0 0.6 0.2 5.02 F6 vertikal 2 6.4 2.8 7.4 1.0 0.4 1.2 10.18 F12 vertikal 1 1.6 0.5 1.1 1.0 0.3 0.7 2.00 5 H8 vertikal 3 7.4 3.0 4.3 1.0 0.4 0.6 9.07 H6 vertikal 2 4.2 2.2 5.5 1.0 0.5 1.3 7.26 H12 vertikal 1 3.6 1.9 2.3 1.0 0.5 0.6 4.68 6 T8 vertikal 2 4.3 2.4 1.0 1.0 0.6 0.2 5.02 T6 vertikal 3 4.5 3.1 4.5 1.0 0.7 1.0 7.08 T12 vertikal 1 1.8 0.8 0.6 1.0 0.4 0.3 2.06 7 P8 vertikal 1 1.1 0.7 0.6 1.0 0.6 0.5 1.43 P6 vertikal 2 2.4 0.8 1.0 1.0 0.3 0.4 2.67 P3 vertikal 3 7.1 3.7 2.1 1.0 0.5 0.3 8.26 8 A8 vertikal 1 1.1 0.5 0.7 1.0 0.5 0.7 1.43 A6 vertikal 2 2.5 2.1 1.6 1.0 0.9 0.7 3.65 A3 vertikal 3 7.1 3.7 2.1 1.0 0.5 0.3 8.26 9 S8 vertikal 1 1.4 0.7 0.6 1.0 0.5 0.5 1.71 S6 vertikal 2 4.2 1.0 2.5 1.0 0.2 0.6 5.00 S3 vertikal 3 11.5 6.0 3.3 1.0 0.5 0.3 13.35 10 Y8 vertikal 2 6.4 2.4 4.5 1.0 0.4 0.7 8.18 Y6 vertikal 3 4.2 2.2 5.5 1.0 0.5 1.3 7.26 Y12 vertikal 1 1.3 0.4 0.9 1.0 0.3 0.7 1.63 11 H8 vertikal 2 4.4 2.3 1.1 1.0 0.5 0.3 5.09 H6 vertikal 3 3.9 1.1 4.8 1.0 0.3 1.2 6.28 H12 vertikal 1 1.4 0.9 0.6 1.0 0.6 0.4 1.77 Perbandingan rata-rata 1.00 0.48 0.58
No
Data
Lampiran 5 Hasil uji coba simulator getaran arah dominan horizontal Arah Arah getaran Perbandingan arah getaran dominan vertikal lateral fore-aft vertikal lateral fore-aft 1 D8 Horizontal 1 1.4 0.7 1.4 1.0 0.5 1.0 D6 Horizontal 2 2.0 1.9 3.2 0.6 0.6 1.0 D3 Horizontal 3 5.8 2.2 5.5 1.1 0.4 1.0 2 B8 Horizontal 1 1.0 1.1 1.7 0.6 0.7 1.0 B6 Horizontal 2 0.7 2.1 3.3 0.2 0.6 1.0 B3 Horizontal 3 5.2 3.2 8.2 0.6 0.4 1.0 3 I8 Horizontal 1 0.8 1.1 1.7 0.5 0.7 1.0 I6 Horizontal 2 1.2 2.1 2.5 0.5 0.8 1.0 I3 Horizontal 3 6.2 3.1 5.3 1.2 0.6 1.0 1.6 1.0 3.9 0.4 0.3 1.0 4 F8 Horizontal 2 F6 Horizontal 3 3.8 2.2 6.3 0.6 0.3 1.0 F12 Horizontal 1 0.6 0.3 1.2 0.5 0.3 1.0 5 H12 Horizontal 0.9 0.9 1.2 0.8 0.8 1.0 H8 Horizontal 2.1 1.0 2.5 0.8 0.4 1.0 H6 Horizontal 3.0 3.0 4.1 0.7 0.7 1.0 6 T12 Horizontal 1 0.5 0.3 0.9 0.6 0.3 1.0 T8 Horizontal 2 2.1 1.0 2.5 0.8 0.4 1.0 T6 Horizontal 3 2.3 1.1 4.4 0.5 0.3 1.0 7 P8 Horizontal 1 1.5 0.8 1.5 1.0 0.5 1.0 P6 Horizontal 2 1.5 1.4 2.4 0.6 0.6 1.0 P3 Horizontal 3 4.9 1.9 4.7 1.1 0.4 1.0 8 S8 Horizontal 1 0.6 0.8 1.3 0.5 0.7 1.0 S6 Horizontal 2 1.1 1.9 2.3 0.5 0.8 1.0 S3 Horizontal 3 7.0 3.5 6.0 1.2 0.6 1.0 9 Y8 Horizontal 2 2.0 1.6 4.1 0.5 0.4 1.0 Y6 Horizontal 3 6.0 4.6 7.5 0.8 0.6 1.0 Y12 Horizontal 1 0.9 0.4 1.1 0.8 0.4 1.0 10 M12 Horizontal 1 1.2 0.9 0.9 1.3 1.0 1.0 M8 Horizontal 2 2.0 0.5 2.0 1.0 0.3 1.0 M6 Horizontal 3 2.8 0.9 3.7 0.8 0.2 1.0 11 H12 Horizontal 1 0.5 0.5 0.9 0.6 0.6 1.0 H8 Horizontal 2 2.0 0.5 1.6 1.3 0.3 1.0 H6 Horizontal 3 3.9 1.1 4.8 0.8 0.2 1.0 Perbandingan rata-rata 0.75 0.50 1.00
No
Data
a rms 2.17 4.22 8.26 2.23 3.94 10.26 2.23 3.51 8.74 4.33 7.68 1.37 1.75 3.41 5.90 1.07 3.41 5.09 2.25 3.16 7.05 1.64 3.16 9.84 4.83 10.65 1.48 1.75 2.87 4.73 1.14 2.61 6.28
Lampiran 6 : Contoh analisa FFT hasil pengukuran getaran simulator Parameter Value Name 2011/11/10 16:33:00 - FFT Lin (3200) B Template No Units M/S^2 Amplifier mode Lin Averages Avg.: Off Booster Autotuning Sensor sensitivity 7 pC Amplifier koeff. 0 Start mode Free + 0 ms Trigger External Window type Rectangle Range 10..1003 Lines FFT 3200 Common level RMS = 8.2395 Tracking analysis No Phase No Synchro*K 0 Creation date 10.11.2011 16:33:00
Parameter Name Template Units Amplifier mode Averages Booster Sensor sensitivity Amplifier koeff. Start mode Trigger Window type Range Lines FFT Common level Tracking analysis Phase Synchro*K Creation date
Value 2011/11/10 16:33:00 - FFT Lin (3200) B No M/S^2 Lin Avg.: Off Autotuning 7 pC 0 Free + 0 ms External Rectangle 10..1003 3200 RMS = 3.2724 No No 0 10.11.2011 16:33:00
Parameter Name Template Units Amplifier mode Averages Booster Sensor sensitivity Amplifier koeff. Start mode Trigger Window type Range Lines FFT Common level Tracking analysis Phase Synchro*K Creation date
Value 2011/11/10 16:33:00 - FFT Lin (3200) B No M/S^2 Lin Avg.: Off Autotuning 7 pC 0 Free + 0 ms External Rectangle 10..1003 3200 RMS = 7.6638 No No 0 10.11.2011 16:33:00
Parameter Name Template Units Amplifier mode Averages Booster Sensor sensitivity Amplifier koeff. Start mode Trigger Window type Range Lines FFT Common level Tracking analysis Phase Synchro*K Creation date
Value 2011/11/10 16:33:00 - FFT Lin (3200) B No M/S^2 Lin Avg.: Off Autotuning 7 pC 0 Free + 0 ms External Rectangle 10..1003 3200 RMS = 1.4168 No No 0 10.11.2011 16:33:00
Lampiran 7 : Nilai cresfactor pada sampel getaran No
a
RMS
(m/s 2 )
1
1.72
2
4.22
3
4.47
4
7.6
5
1.05
6
3.27
7
1.58
8
8.24
9
5.24
10
10.9
11
1.66
12
1.02
13
1.32
14
1.78
a dominan (m/s 2 ) 0.89 0.175 0.07 3.9 0.4 38 3.9 1.9 7.2 104 52 10 51 2.8 0.33 52 0.85 1.02 0.19 5.9 2.4 0.23 3.3 2.5 9.4 1 104 1.38 0.2 0.1 52 0.5 0.27 0.19 0.76 0.15 0.4 0.8 0.5 0.6 0.36
Frekwensi (Hz) pada a dominan 18 18 17 12 11 10 12 12 12 288 115 0.01 270 12 12 201 12 12 13 23.5 23.8 47.3 23 23 23.5 23.8 238 27 18 34 437 27 27 46 27 46 18 12 12 24 37
crest factor (a max /a RMS ) 0.52
9.00
0.87 0.95 0.01
0.86
0.65
0.72
0.63 0.86
0.83
0.49
0.58
0.45
No
a
RMS
(m/s 2 )
15
1.52
16
11.47
17
3.3
18
0.8396
19
4.17
20
1.01
21
0.675
22
0.86
23
0.99
24
0.53
25
0.643
26
7.66
a dominan (m/s 2 ) 0.4 0.5 0.3 12.3 1.7 2.9 1.5 0.14 0.12 0.29 2.9 1.7 0.6 0.23 0.14 0.29 0.17 0.1 0.18 0.18 0.68 0.4 0.1 0.14 0.1 0.2 0.1 0.17 7.17 1.35 1.69
Frekwensi (Hz) pada a dominan 12 24 25 23 47 23 23 45.76 34 27 23.5 23 12 24 49 12.5 25 25 28 46 12 12.5 24 18 18.5 18 18.5 27 12 24.5 36
crest factor (a max /a RMS ) 0.33
1.07 0.88 0.35
0.70 0.59
0.43 0.21
0.69
0.26 0.31
0.94
Lampiran 8 : Nilai Critical Frequency Flicker (CFF) manusia pada berbagai tingkat akselarasi 0 34.5 37.0 35.5 35.0 32.5 33.5 31.5 35.0 37.5
0,5 - 1.5 36 34.5 36.5 33.5 34.5 37.5 34.5 36.5 36
Rata-rata : 34.67 35.5
1.5 - 2.5 35 33.5 33 37 33 36.5 36 35 36 35.5 33.5 34.5 34.5 27.5 34.5 32 34.5 34.2
Accelerasi (m/dt2) 2.5 - 3.5 3.5 - 4,5 36.5 33.5 33.5 36 38 37.5 35.5 35.5 33.5 34.5 35 36.5 31.5 33 35 35.5 34
34.6
35.6
4.5 - 5,5 36.5 33.5 39 34.5 33.5 35.5 35.5 35.5 32.5
35.1
6.5 - 8,5 8.5 - 10,5 31.5 34.5 34.5 35 37 33 37.5 37 36.5 33.5 37 36 34.5 36 32.5 36 33 37 34.5
35.0
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances Antara a (0 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 34.636364 34.666667 Variance 3.2045455 3.8125 Observations 11 9 Hypothesized Mean Difference 0 df 17 t Stat -0.035839 P(T<=t) one-tail 0.4859142 t Critical one-tail 1.3333794 P(T<=t) two-tail 0.9718284 t Critical two-tail 1.7396067
Kesimpulan : Kelelahan saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2tidak signifikan lebih besar dari energi saat akselarasi 0 m/dt2 .
35.1
df t Stat
Kesimpulan : En
energi saat aksela
t-Test: Two-Sam
Antara a (0.5 sam Mean Variance
df t Stat
Kesimpulan : En
energi saat aksela
Lampiran 10 : Energi kerja selama getaran berdasarkan tingkat akselarasi (kkal/mt) dan hasil uji t
0 0,5 - 1.5 0.32 0.59 0.57 0.52 0.31 0.40 0.63 0.63 0.45 0.74 0.38 0.60 0.52 0.34 0.35 0.79 0.53 0.27 0.52 0.77 Rata-rata : 0.4910.545
1.5 - 2.5 0.34 0.55 0.55 0.78 0.68 0.64 0.59 0.47 0.39 0.58 0.54 0.66 0.49 0.559
Tingkat accelerasi (m/dt2) 2.5 - 3.5 3.5 - 4,5 4.5 - 5,5 0.64 0.66 0.46 0.45 0.40 0.63 0.65 0.55 0.32 0.58 0.65 0.50 0.46 0.73 0.53 0.62 0.74 0.66 0.60 0.58 0.65 0.59
0.580
0.598
0.553
6,5-8,5 0.63 0.68 0.49 0.41 0.60 0.39 0.49 0.34 0.70 0.33
8,5-10,5 0.69 0.66 0.35 0.48 0.56 0.55 0.72 0.56
0.506
0.571
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances Antara a (0 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 0.5800081 0.4914881 Variance 0.0061682 0.0283046 Observations 9 13 Mean Difference 0 df 18 t Stat 1.6544674 P(T<=t) one-tail 0.0576823 t Critical one-tail 1.3303909 P(T<=t) two-tail 0.1153646 t Critical two-tail 1.7340636 Kesimpulan : Energi kerja saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2 lebih besar dari saat akselarasi 0 m/dt2 dengan peluang terjadi 90%
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances a = 0.1 Antara a (0.5 sampai 1.5 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 0.5800081 0.544747 Variance 0.0061682 0.0187038 Observations 9 7 Mean Difference 0 df 9 t Stat 0.6085544 P(T<=t) one-tail 0.2789322 t Critical one-tail 1.3830287 P(T<=t) two-tail 0.5578645 t Critical two-tail 1.8331129 Kesimpulan : Energi kerja saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2tidak signifikan lebih besar dari energi saat akselarasi 0.5 sampai 1.5 m/dt2 .
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0.5 sampai 1.5 m/dt2) dan a (1.5 sampai 2.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 0.5590333 0.544747 Variance 0.0142795 0.0187038 Observations 13 7 Mean Difference 0 df 11 t Stat 0.232663 P(T<=t) one-tail 0.4101477 t Critical one-tail 1.3634303 P(T<=t) two-tail 0.8202955 t Critical two-tail 1.7958848 Kesimpulan : Energi kerja saat akselarasi 1.5 sampai 2.5 m/dt2tidak signifikan lebih besar dari energi saat akselarasi 0.5 sampai 1.5 m/dt2
Lampiran 11 : Waktu respon manusia pada berbagai tingkat akselarasi (ms) dan hasil uji t
0 261 322 366 299 243 282 332 295 300 254
0,5 - 1.5 417 244 273 378 304 281 277 359 303 284
Rata-rata : 295.4 312
1.5 - 2.5 454 275 314 411 502 302 380 446 516 249 354 286 276 385 324 257 367 359
Accelerasi (m/dt2) 2.5 - 3.5 3.5 - 4,5 287 370 274 334 514 478 322 385 494 275 288 276 349 270 274 500 417 249
353
353
4.5 - 5,5 427 461 404 463 260 267 243 225 285
337
6.5 - 8,5 253 257 308 345 276 326 287 295 243 404 284
298
8.5 - 10,5 356 367 330 242 320 253 393
323
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 353.16667 295.4 Variance 10113.788 1432.0444 Observations 12 10 Mean Difference 0 df 15 t Stat 1.8396467 P(T<=t) one-tail 0.0428473 t Critical one-tail 1.3406056 P(T<=t) two-tail 0.0856946 t Critical two-tail 1.7530503 Kesimpulan : Waktu respon saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2 lebih besar dari saat akselarasi 0 m/dt2 dengan peluang terjadi 90%
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0.5 sampai 1.5 m/dt2) dan a (1.5 sampai 2.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 358.1875 312 Variance 7586.9625 2983.3333 Observations 16 10 Mean Difference 0 df 24 t Stat 1.6617666 P(T<=t) one-tail 0.054784 t Critical one-tail 1.3178359 P(T<=t) two-tail 0.1095681 t Critical two-tail 1.7108821 Kesimpulan : Waktu respon saat akselarasi 1.5 sampai 2.5 m/dt2 lebih besar dari saat akselarasi 0.5 sampai 1.5 m/dt2 dengan peluang terjadi 90%
Lampiran 14 : Nilai ketidaknyamanan berdasarkan tingkat akselarasi dan hasil uji t
a =0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1
0,5 - 1.5 3 2 5 1 1 1 3 2
Tingkat accelerasi (m/dt2) 1.5 - 2,5 2,5 - 3,5 3,5 -4,5 2 6 3 1 3 7 4 6 3 6 6 3 6 2 2 2 3 2 2 3 3 4 7 4 3 5 4 2 3 3 2 4 5
4,5 - 5,5 6 6 3 3 4 3
6,5 - 8,5 3 3 8 8 2 6 5 3 5 2
8,5 - 10,5 6 5 6 8 3 4 5
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 4.0909091 0.4545455 Variance 3.2909091 0.2727273 Observations 11 11 Mean Difference 0 df 12 t Stat 6.3887656 P(T<=t) one-tail 1.73E-05 t Critical one-tail 1.3562173 P(T<=t) two-tail 3.46E-05 t Critical two-tail 1.7822875 Kesimpulan : Ketidaknyamanan saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2 lebih besar dari saat akselarasi 0 m/dt2 dengan peluang terjadi lebih dari 90%
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0.5 sampai 1.5 m/dt2) dan a (2.5 sampai 3.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 4.0909091 2.25 Variance 3.2909091 1.9285714 Observations 11 8 Mean Difference 0 df 17 t Stat 2.5045919 P(T<=t) one-tail 0.0113665 t Critical one-tail 1.3333794 P(T<=t) two-tail 0.0227331 t Critical two-tail 1.7396067 Kesimpulan : Ketidaknyamanan saat akselarasi 2.5 sampai 3.5 m/dt2 lebih besar dari ketidaknyamanan saat akselarasi 0.5 sampai 1.5 m/dt2 dengan peluang lebih dari 90%.
t-Test: Two-Sample Assuming Unequal Variances, a = 0.1 Antara a (0.5 sampai 1.5 m/dt2) dan a (1.5 sampai 2.5 m/dt2) Variable 1 Variable 2 Mean 4.0909091 2.25 Variance 3.2909091 1.9285714 Observations 11 8 Mean Difference 0 df 17 t Stat 2.5045919 P(T<=t) one-tail 0.0113665 t Critical one-tail 1.3333794 P(T<=t) two-tail 0.0227331 t Critical two-tail 1.7396067 Kesimpulan : Ketidaknyamanan saat akselarasi 1.5 sampai 2.5 m/dt2lebih besar dari ketidaknyamanan saat akselarasi 0.5 sampai 1.5 m/dt2 dengan peluang lebih dari 90%.
Lampiran 9 : Rumus energi kerja setiap responden Responden Masa (kg) Rumus Energi R1 63 y = 0.023x-1.214 R2 52 y = 0.017x -1.026 R3 53 y = 0.018x -1.08 R4 53 y = 0.027x - 2.38 R5 55 y = 0.018x - 1.03 R6 50 y = 0.03x - 1.77 R7 66 y = 0.026x - 1.03 R8 67 y = 0.026x - 1.41 R9 64 y = 0.026x - 1.68 R10 90 y = 0.034x - 2.064 R11 82 y = 0.037x - 2.87 R12 69 y = 0.032x - 2.36 R13 56 y = 0.023x-1.214 R14 55 y = 0.018x -1.08 Keterangan : y = energi yang dikeluarkan (kkal/menit) x = denyut jantung/menit
R2 (%) 99.7 96.7 97.1 99.4 99.6 98.5 99.0 96.8 99.8 99.4 98.3 97.0 99.7 97.1
Lampiran 12 Perubahan energi (kkal/menit) per-responden akibat perubahan akselarasi getaran Getaran dominan vertikal Getaran dominan horizontal a rms a rms Responden Energi kerja Energi kerja 0.90 0.59 2.17 0.39 R1 2.99 0.46 4.22 0.65 8.26 0.49 8.26 0.33 1.79 0.68 2.23 0.54 R2 3.27 0.66 3.94 0.55 8.80 0.66 10.26 0.56 1.49 0.40 2.23 0.58 R3 7.51 0.35 3.51 0.66 10.53 0.34 8.74 0.69 1.51 1.09 1.37 1.28 R4 2.85 1.03 2.93 1.33 9.41 0.95 10.16 1.37 1.51 0.74 2.25 0.66 R5 2.67 0.64 3.16 0.62 8.26 0.70 7.05 0.63 1.43 0.17 1.77 0.06 R6 3.55 0.25 1.90 0.18 8.26 0.18 13.54 0.14 1.71 0.49 1.64 1.02 R7 5.00 0.53 3.16 1.14 13.35 0.51 9.84 1.28 1.46 0.60 2.76 0.40 R8 2.85 0.65 3.28 0.45 9.41 0.56 10.33 0.55 10.18 0.72 7.68 0.60 R9 5.02 0.60 4.33 0.73 2.00 0.64 1.37 0.63 5.81 0.41 10.65 0.30 R10 4.71 0.39 4.83 0.32 1.63 0.34 1.48 0.34 7.26 0.46 5.90 0.55 R11 9.07 0.48 3.41 0.58 4.68 0.49 1.75 0.57 4.92 0.59 4.73 0.55 R12 2.41 0.49 2.87 0.58 2.06 0.50 1.75 0.63 7.08 0.52 5.09 0.47 R13 5.02 0.59 3.41 0.74 2.06 0.65 1.07 0.68 6.28 1.12 6.28 0.78 R14 5.09 1.12 2.61 1.13 1.77 1.02 1.14 1.02 Jumlah data dengan pola sama * 17 Total data 28 Persentase 61% *Pola sama : Responden memiliki energi kerja tertinggi dalam interval 1.5 sampai 4.5 m/s2 (daerah diarsir)
Lampiran 13 Perubahan waktu respon (ms) per-responden akibat perubahan akselarasi getaran Getaran dominan vertikal Getaran dominan horizontal a rms a rms Responden Waktu respon Waktu respon 0.90 417 2.17 276 R1 2.99 349 4.22 275 8.26 287 8.26 284 1.79 446 2.23 324 R2 3.27 500 3.94 385 8.80 446 10.26 393 1.49 378 2.23 385 R3 7.51 367 3.51 370 10.53 295 8.74 356 1.51 330 1.37 304 R4 2.85 322 2.93 288 9.41 303 10.16 320 1.51 277 2.25 257 R5 2.67 274 3.16 270 8.26 243 7.05 253 1.43 359 1.77 380 R6 3.55 334 1.90 516 8.26 404 13.54 377 1.71 314 1.64 275 R7 5.00 260 3.16 274 13.35 254 9.84 242 1.46 623 2.76 478 R8 2.85 629 3.28 514 9.41 597 10.33 530 10.18 253 7.68 276 R9 5.02 267 4.33 276 2.00 249 1.37 281 5.81 308 10.65 332 R10 4.71 326 4.83 404 1.63 454 1.48 284 7.26 345 5.90 350 R11 9.07 479 3.41 417 4.68 427 1.75 411 4.92 463 4.73 461 R12 2.41 367 2.87 494 2.06 354 1.75 502 7.08 257 5.09 225 R13 5.02 243 3.41 249 2.06 286 1.07 244 6.28 284 6.28 275 R14 5.09 285 2.61 287 1.77 302 1.14 273 Jumlah data dengan pola sama * 17 Total data 28 Persentase 61% *Pola sama : Responden memiliki waktu respon terlama dalam interval 1.5 sampai 4.5 m/s2 (daerah diarsir)
International Journal of Scientific and Engineering Research (IJSER) ACCEPTANCE LETTER Paper Number: I019648 Paper Title: Design of Vibration Simulator with Output Vibration in Translational Direction Authors: Lovely Lady, Sam Herodian, Bambang Pramudya N, I Dewa Made Subrata Type of the paper: (Please highlight) � Research � Application �Case Study � Survey �On-going �Other Evaluation: (Please highlight) Significance of Contribution: Originality of Content: Technical Quality: Clarity of Presentation:
Low 1 1 1 1
2 2 2 2
3 3 3 3
4 4 4 4
High 5 5 5 5
Overall recommendation (Please highlight) Accept in current state Accept with minor revision Major Revision needed, recommend resubmission Reject
Any additional comment: Paper published in IJSER Volume 3, Issue 12, December 2012 (ISSN 2229-5518).
