Laporan Tugas Akhir 2012
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Definisi Vaksin Vaksin
merupakan
bahan
antigenik
yang
digunakan
untuk
menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat
mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme alami.Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan sehingga tidak
menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa organisme mati atau hasilhasil pemurniannya (protein, peptida, partikel serupa virus, dsb.). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan sel-sel degeneratif (kanker). 2.1.1
Vaksin DPT-HB Vaksin jenis DPT-HB memiliki fungsi yang terkombinasi yaitu
untuk memberikan kekebalan aktif terhadap penyakit difteri, pertussis, tetanus, dan hepatitis B. Vaksin DPT-HB dalam suhu -0.5°C akan rusak dalam 30 menit, tetapi dalam suhu diatas 8°C vaksin hepatitis B bisa bertahan sampai tiga puluh hari. Namun akan lebih baik jika vaksin DPT-HB disimpan pada suhu 2°C sampai 8°C karena dapat memperpanjang umur vaksin yakni sekitar 2 tahun.
4
Laporan Tugas Akhir 2012
Berikut data suhu dan lama penyimpanan untuk setiap vaksin:
Tabel 2.1UmurPenyimpanan Vaksin JENIS VAKSIN
BCG
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
1 tahun
-15ᵒ C s/d -25ᵒ C
1 tahun
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
2 tahun
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
26 bulan
TT
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
2 tahun
DT
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
2 tahun
POLIO
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
6 bulan
-15ᵒ C s/d -25ᵒ C
2 tahun
+2ᵒ C s/d +8ᵒ C
2 tahun
-15ᵒ C s/d -25ᵒ C
2 tahun
Pelarut BCG
Suhu Kamar
5 tahun
Pelarut Campak
Suhu Kamar
5 tahun
DPT-HB HEPATITIS B
UMUR VAKSIN
PENYIMPANAN
SUHU
CAMPAK
Sumber : Pedoman Pengelolaan Vaksin Vaksin memerlukan tempat penyimpanan khusus yang biasa disebut dengan Ice Line Refrigerator. Ice Line Refrigerator yaitu freezer berbentuk chest type yang dimodifikasi menjadi lemari es dengan temperatur kabinnya dijaga pada temperatur 2oC sampai 8oC.
5
Laporan Tugas Akhir 2012
Gambar 2.1 Ice Line Refrigerator (Sumber gambar : http://newmeditech.com/products/ice-lined-refrigerator-70-litres/)
2.2
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sistem refrigerasi kompresi uap menggunakan media pendingin
refrigeran sebagai media pembawa panas, untuk memperoleh temperatur yang rendah, tekanan refrigeran harus dibuat menjadi rendah juga. Dan sebaliknya untung mendapatkan temperatur yang tinggi, tekanan refrigeran pun harus dibuat menjadi tinggi. Untuk mengatasi tekanan tersebut diperlukan alat yang disebut kompresor. Untuk medapatkan produk atau ruangan yang rendah diperlukan penyerapan kalor, kalor diserap oleh media refrigeran pada temperatur dan tekanan rendah dengan cara menguapkan cairan refrigeran didalam evaporator. Penyerapan kalor dbuang di kondensor dengan bantuan kompresor, uap tekanan tinggi dan temperatur yang tinggi keluaran kompresor mempunyai kalor yang tinggi, kalor tersebut dapat dilepaskan kelingkungan melalui kondensor akibat pembuangan panas, maka terjadi kondensasi pada refrigeran bertekanan tinggi dan terjadi penurunan temperatur, untuk menguapkan lagi refrigeran di evaporator temperature harus diturunkan maka di butuhkan alat ekspansi, dengan demikian terjadi siklus yang disebut siklus refrigerasi kompresi uap.
6
Laporan Tugas Akhir 2012
2
3
1
4 1
Gambar 2.2
Diagram Pemipaan Kompresi Uap
Sistem
Refrigerasi
Proses sistem refrigerasi pada Gambar 2.2 dapat digambarkan pada diagram pressure-enthalpy (p-h diagram), seperti pada Gambar 2.3berikut ini. P (bar)
h3
3
kondensasi
h2
2
ekspansi
Kompresi Evaporasi h4 4
1
h1
h (kJ/kg)
h3,h4 Gambar 2.3
h1
h2
Siklus Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana
7
Laporan Tugas Akhir 2012
Proses kompresi
2.2.1
Proses ini terjadi di kompresor, fasa yang masuk ke kompresor adalah uap
jenuh, dengan tekanan dan temperatur yang rendah. Kerja diberikan pada refrigeran dengan cara dipompakan agar tekanannya naik sehingga temperaturnya
pun ikut naik. Proses ini menyebabkan uap refrigeran menjadi uap superheatyang
akan keluar dari kompresor dengan tekanan tinggi,selanjutnya uap refrigeran yang bertemperatur tinggi dan bertekanan tinggi akan masuk ke kondenser. Kerja kompresi berlangsung di kompresor adalah:
W= .w
w = ( h2 – h1 )
W=
. ( h2 – h1 )…………………….……………………………...(2.1)
dengan: W = Kerja kompresi (kW) = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h1 = Enthalpy refrigeran masuk kompresor (kJ/kg) h2 = Enthalpy refrigeran keluar kompresor (kJ/kg) 2.2.2
Proses kondensasi
Proses ini terjadi di kondenser, karena temperatur refrigeran lebih tinggi daritemperatur lingkungan, maka kalor dari refrigeran akan dilepas melalui dinding pipa kondenser ke lingkungan sekitar. Proses pelepasan atau perpindahan kalor secara konveksi dari refrigeran ini dapat dilakukan secara konveksi alami (natural) maupun secara konveksi paksa dengan bantuan fan.
8
Laporan Tugas Akhir 2012
Pada saat uap refrigeran yang berasal dari discharge kompresor masuk ke
kondenser maka uap (superheat) tersebut akan didinginkan dan diembunkan pada tekanan konstan.
yang dilepas di kondenser : Kalor
Qc =
qc = h2 - h3
Qc =
. qc
. (h2-h3)……………………………………………………(2.2)
dengan:
Qc = Kalor yang dilepas di kondenser (kW) = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h2 = Enthalpy refrigeran masuk kondenser (kJ/kg) h3 = Enthalpy refrigeran keluar kondenser (kJ/kg) 2.2.3
Proses ekspansi
Proses ini terjadi di katup ekspansi, setelah refrigeran melepas kalor di kondenser, refrigeran berfasa cair yang berasal dari kondenser akan mengalir menuju katup ekspansi untuk diturunkan tekanan dan temperaturnya. Diharapkan temperatur yang akan terjadi lebih rendah dari pada temperatur lingkungan, sehingga dapat menyerap kalor pada saat berada di evaporator. Proses ekspansi terjadi dalam keadaan entalpi konstan, sehingga h3 = h4. 2.2.4
Proses evaporasi
Proses ini terjadi di evaporator, temperatur refrigeran di dalam pipa evaporator lebih rendah dari ruang refrigerasi, sehingga terjadi proses penguapan
9
Laporan Tugas Akhir 2012
pada fluida refrigeran karena menyerap kalor dari beban pendingin yang ada di
dalam ruang refrigerasi. Setelah masuk ke evaporator, refrigeran akan berubah fasa dari fasa campuran menjadi fasa uap jenuh.
yang diserap di evaporator : Kalor
Qe =
qe = h1 – h4
Qe =
. qe
. (h1 – h4)…………………………….………(2.3)
dengan:
Qe = Kalor yang diserap di evaporator (kW) = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h1 = Enthalpy refrigeran keluar evaporator (kJ/kg) h4 = Enthalpy refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)
2.2.5
Kemampuan kerja / Performansi sistem
Kemampuan kerja sistem refrigerasi dinyatakan oleh besaran yang dinamakan COP (Coeficient of Performance). COP ini dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur kerja dari sistem itu sendiri. Efek refrigerasi per unit massa (qe) = h1-h4 (kJ/kg)……………………….…...(2.4) Kerja spesifik per unit massa (w) = h2-h1 (kJ/kg)……………………….……..(2.5) Efek pemanasan (kondensasi) per unit massa (qc) = h2-h3 (kJ/kg)……………....(2.6) Prestasi aktual mesin refrigerasi dapat diketahui dengan menghitung nilai COP yang dapat dicapai dengan persamaan sebagai berikut
10
Laporan Tugas Akhir 2012
h1 - h4 h2 - h1 ………………………...…………………………...…..(2.7)
qe w
COP a
dengan:
COP a
= Coeficient of Performance actual
qe
= Efek
refrigerasi per unit massa
(kJ/kg)
w
= Kerja
spesifik per unit massa
(kJ/kg)
sementara prestasi ideal mesin refrigerasi dihitung berdasarkan nilai COP Carnot
sebagai berikut
Te ………………..……...……………………….……………(2.8) Tk - Te
COPC dengan: Te
= Temperatur evaporasi
(K)
Tk
= Temperatur kondensasi
(K)
Efisiensi sistem refrigerasi dapat dihitung dengan membandingkan nilai COP aktual dengan nilai COPcarnot, yaitu:
R
COPa COPC
100%
…..………...……………………………………..….…..(2.9)
dengan ηR
=Efisiensi refrigerasi
COPa = Coeficient of Performance actual COPC =Coeficient of Performance Carnot ASHRAE (2008) menjelaskan bahwa efisiensi adalah kapasitas dalam satuan Watts dibagi dengan daya input dalam satuan Watts.
11
Laporan Tugas Akhir 2012
2.3
Perhitungan Beban Pendinginan Pada sistem refrigerasi untuk penyimpanan vaksin beban pendingin
bisa dikelompokan menjadi 4 sumber beban :
1.
Beban konduksi melalui dinding (wall gain load)
2.
Beban pertukaran udara (infiltrasi load)
3.
Beban produk (product load)
4.
Beban lain - lain
2.3.1
Beban Konduksi Melalui Dinding (wall gain load) Besarnya kalor yang masuk ruangan melalui dinding dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut : Q = U x A x ∆T………………………………(2.10) dimana, Q
= Kalor yang masuk ke ruangan melalui dinding, Watt
U
= Koefisien perpindahan panas meyeluruh, W/m² K
∆T
= Beda temperatur melalui dinding, 0C
A
= Luas penampang, m²
Nilai U bisa dicari dengan cara : …………………………………..(2.11)
dimana: U
= Koefisien perpindahan kalor meyeluruh dalam W/m²K
k
= Konduktivitas bahan (W/mK)
x
= Tebal lapisan bahan (m)
fi
= Koefisien konveksi lapisan pada dinding dalam adalah 9.37 W/m² K, nilai fi dapat dilihat pada buku Roy j. Dossat. Hal-185.
12
Laporan Tugas Akhir 2012
fo
= Koefisien konveksi lapisan pada dinding luar adalah 22.7 W/m² K, nilai fo dapat dilihat pada buku Roy j. Dossat. Hal-
185. 2.3.2
Udara
yang
masuk
kedalam
ruangan
atau
kabin
yang
direfrigerasikan bisa menjadi beban untuk pendinginan ruangan atau kabin
tersebut. Beban pertukaran udara (infiltrasi) dapat dihitung dengan
Beban Pertukaran Udara (Infiltrasi load)
menggunakan persamaan : Air Change Load(kW) = (Infiltration rate L/s).(Enthalpy Change kJ/L)(2.12) = laju infiltrasi (nilai laju dilihat dari tabel 10-7.
Infiltration rate L/s Dossat, Roy J. 1981). Enthalpy Change (kJ/L) 2.3.3
= entalpi udara (nilai dari tabel 10-6A )
Beban Kalor Dari Produk(product load) Beban pendinginan produk ini dapat dihitung dengan persamaan:
…………………(2.13) Dimana : m
: massa produk (Kg)
Cp
: Kalor spesifik produk (kj/kg.K)
ΔT
: perbadaan temperatur awal dan akhir produk (K)
n
: chilling time produk (lamanya waktu yang dibutuhkan
untuk
menurunkan
temperatur
dari
temperatur
awal
ke
temperature yang diinginkan) Rf
: chilling rate factor (nilainya berupa pecahan pada tabel
10-8 s/d 10-11, Dossat).
13
Laporan Tugas Akhir 2012
2.3.4
Beban lain – lain ( miscellaneous load ) Yang termasuk ke dalam beban lain – lain ialah :
Beban cairan coolpack.
Beban kipas.
Untukbebankipas dapat dihitung dengan persamaan:
Q = watts x hours/24 hours…………………………………(2.14)
dimana :
watts = Wattage peralatan (W) hours = Lamanya peralatan hidup (Jam) 2.3.5
Beban Total Dengan demikian beban total ialah jumlah dari keempat beban
pendinginan di atas ditambah safety Factor10% dari beban total. Untuk mencari Kapasitas Peralatan, yaitu beban total dikali dengan24 jamdibagi Running time ( dalam jam ).
14
