Perbaikan Desain Kerja Untuk Mereduksi Heat Stress Pada Pekerja Stasiun Ketel Uap (Boiler Station) di PTPN II Pagar Merbau Chapter III VII
BAB III
LANDASAN TEORI
3.1.
Kenyamanan Termal 1
American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning
Engineering (ASHRAE) mendefinisikan kenyamanan termal sebagai hasil
pemikiran seseorang mengenai kepuasan terdadap keadaan termal di sekitarnya.
Oleh karena kenyamanan adalah “suatu pemikiran, persamaan empiris harus
digunakan untuk mengaitkan respon kenyamanan terhadap sambutan tubuh.
Kenyamanan termal merupakan kepuasan yang dialami oleh seseorang manusia
yang menerima suatu keadaan termal. Keadaan ini dapat dialami secara sadar
ataupun tidak. Pemikiran ‘suhu netral’ atau suhu tertentu yang sesuai untuk
seseorang dinilai agak kurang tepat karena nilai kenyamanan bukan merupakan
konsep yang pasti dan berbeda bagi setiap individu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal antara lain:
1.
Tingkat aktivitas (metabolisme dalam tubuh)
2.
Insulasi pakaian (nilai clo)
3.
Temperatur udara
4.
Temperatur radian
5.
Kadar kelembapan udara relatif
1
Parsons, K.C, 2003, Human Thermal Environment (London and New York: Taylor & Francis
Group), hal 257.
Universitas Sumatera Utara
6.
Kecepatan angin
3.2.
Suhu Radiasi 2
Selain pengaruh dari suhu udara terhadap suhu tubuh manusia, ada hal lain
yang ikut mempengaruhi suhu tubuh manusia yaitu suhu radiasi. Suhu radiasi
adalah panas yang beradiasi dari objek yang dapat mengeluarkan panas. Suhu
radiasi memberikan pengaruh yang lebih besar dibandingkan dengan suhu udara
dalam melepas atau menerima panas dari atau ke lingkungan.
Dalam setiap lingkungan kerja akan terjadi pertukaran panas yang
berkelanjutan, refleksi dan absorbsi.
3.3.
Suhu Udara (T) 3
Pada umumnya, sistem sistem termoregulasi tubuh manusia selalu
mencoba untuk mempertahankan kestabilan suhu internal (inti) tubuh sekitar
36,1oC hingga 37,2oC (97oF hingga 99oF). Suhu inti harus selalu berada dalam
interval tersebut untuk menghindari kerusakan terhadap tubuh dan performansi.
Ketika pekerjaan fisik dilakukan, tambahan suhu tubuh akan terjadi. Jika
ditambahkan keadaan yang tingkat kelembabannya tinggi terhadap suhu ambient,
maka hasilnya akan mengarah pada kelelahan dan resiko kesehatan.
Tubuh manusia mempertahankan keseimbangan panas tersebut dengan
meningkatkan sirkuliasi darah ke kulit, karena itu kita berkeringat pada hari panas.
2
Ibid., hal 16.
Altwood, Dennis A, et.al., 2004, Ergonomic Solutions for the Process Industries (United States:
El Sevier), hal 121-122.
3
Universitas Sumatera Utara
Ketika hari dingin, tubuh mereduksi sirkulasi darah ke kulit dan kita akan merasa
sedikit hangat. Tubuh menghasilkan panas melalui metabolisme dan pekerjaan
fisik. Untuk menjaga keseimbangan panas internal, tubuh melakukan pertukaran
panas dengan lingkungan dengan empat cara berikut ini.
1. Konveksi
Proses ini tergantung pada perbedaan udara dan suhu kulit. Jika suhu udara
lebih panas daripana kulit, maka kulit akan menyerap panas dari udara, yang
dapat dikatakan berarti menambah panas ke tubuh. Akan tetapi, jika suhu
udara lebih dingin daripada kulit, maka tubuh akan kehilangan panas.
2. Konduksi
Proses ini berkaitan dengan perbedaan suhu dari kulit dan permukaan yang
mengenai kontak langsung. Contoh, jika menyentuh sesuatu yang panas, maka
kulit akan menerima panas dan mungkin akan mengalami luka bakar.
3. Penguapan
Proses ini tergantung pada perbedaan tekanan uap air dari uap kulit dan uap
air pada lingkungan (atau kelembaban relatif).
4. Radiasi
Proses
ini
tergantung
pada
perbedaan
termperatur
kulit
dengan
permukaan pada lingkungan. Contoh, berdiri di bawah pancaran sinar
matahari akan membuat kita menerima radiasi dari matahari.
Dari suatu penelitian dapat diperoleh hasil bahwa produktivitas kerja manusia
akan mencapai tingkat paling tinggi pada suhu sekitar 24 oC sampai
dengan 27 oC.
Universitas Sumatera Utara
3.4.
Kecepatan Udara (v) 4
Pergerakan udara melalui tubuh dapat mempengaruhi aliran panas ke dan
dari suhu tubuh. Pergerakan udara akan bervariasi dalam setiap waktu, ruang dan
arah. Gambaran kecepatan udara pada suatu titik dapat bervariasi dalam waktu,
intensitas. Penelitian terhadap respon manusia, misalnya, ketidaknyamanan karena
aliran udara menunjukkan pentingnya variasi kecepatan udara. Pergerakan udara
(kombinasi dengan suhu udara) akan mempengaruhi tingkatan udara hangat atau
keringat 'diambil' dari tubuh, sehingga mempengaruhi suhu tubuh (Ken Parsons,
2003). Kecepatan aliran udara yang melewati seseorang dapat membantu
mendinginkan orang tersebut apabila angin lebih dingin dari lingkungan.
Kecepatan aliran udara adalah faktor yang sangat penting dalam kenyamanan
suhu karena manusia sensitif akan hal ini. Udara yang tidak bergerak yang
mendapat panas dalam ruangan tertutup akan menyebabkan seseorang merasa
kaku ataupun berkeringat. Menggerakkan udara dapat meningkatkan heat loss
melalui konveksi tanpa perubahan pada temperatur udara keseluruhan.
3.5.
Kelembaban Udara (RH)
Kelembaban relatif adalah perbandingan antara jumlah uap air pada udara
dengan jumlah maksimum uap air di udara yang bisa ditampung pada temperatur
tersebut. Kelembaban relatif antara 40%-70%
terhadap thermal comfort. Pada ruangan
kurang begitu berpengaruh
kantor, biasanya kelembaban
dipertahankan pada 40% sampai 70% karena adanya komputer, sedangkan pada
4
Parsons, K.C, Op.Cit.., hal. 24-25.
Universitas Sumatera Utara
tempat kerja outdoor, kelembaban relatif mungkin lebih besar dari 70% pada hari
yang panas. Lingkungan yang mempunyai kelembaban relatif tinggi mencegah
penguapan keringat dari kulit. Di lingkungan yang panas, kelembaban sangat
penting karena semakin sedikit keringat yang menguap pada kelembaban tinggi.
3.6.
Keseimbangan Termal 5,6
Pengaturan suhu atau regulasi termal adalah suatu pengaturan secara
kompleks dari suatu proses fisiologis dimana terjadi kesetimbangan antara
produksi panas dengan kehilangan panas sehingga suhu tubuh dapat
dipertahankan. Suhu tubuh manusia yang dapat kita raba/rasakan tidak hanya
didapat dari metabolism, tetapi juga dipengaruhi oleh panas lingkungan. Panas
lingkungan yang semakin tinggi menyebabkan pengaruh yang semakin besar
terhadap suhu tubuh, sebaliknya jika suhu lingkungan semakin rendah maka
semakin banyak panas tubuh yang hilang. Dengan kata lain terjadi pertukaran
proses antara tubuh manusia yang di dapat dari metabolisme dengan tekanan
panasyang dirasakan sebagai kondisi panas lingkungan. Selama pertukaran masih
seimbang, tidak akan menimbulkan gangguan, baik penampilan kerja maupun
keselamatan kerja. Keseimbangan panas antara panas yang dihasilkan dengan
panas yang dikeluarkan dapat dilihatpada Gambar 2.1. berikut.
5
Naville, Stanton dkk. 2005. Handbook of Human Factors and Ergonomics Method. London:
CRC Press. Hal.60-62.
6
Parsons, K. C, Op.Cit., hal.36-38.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Keseimbangan antara Panas yang Dihasilkan dengan Panas
yang Dikeluarkan
Sumber: Handbook of Human Factors and Ergonomics Method, Naville Stanton
Pengeluaran panas (heat loss) dari tubuh ke lingkungan atau sebaliknya
berlangsung secara fisika. Permukaan tubuh dapat kehilangan panas melalui
pertukaran panas secara radiasi, konduksi, konveksi, dan evaporasi air. Heat stress
dapat terjadi pada kondisi panas yang diproduksi lebih besar daripada panas yang
hilang. Keseimbangan panas yang terjadi dalam tubuh dapat dilihat pada Gambar
2.2. berikut.
Gambar 2.2. Pertukaran Panas Tubuh Ke Lingkungan
Sumber: Handbook of Human Factors and Ergonomics Method, Naville Stanton
Universitas Sumatera Utara
ASHRAE (1989a) memberikan persamaan keseimbangan panas sebagai
berikut:
M – W = (C + R + Esk) + ( Cres + Eres)
Dimana :
M
: tingkat produksi energi metabolisme
W
: tingkat pekerjaan mekanik
C
: tingkat kehilangan panas konvektif dari kulit
R
: tingkat kehilangan panas radiatif dari kulit
Esk
: tingkat kehilangan panas pengupan total dari kulit
Cres
: tingkat kehilangan panas konvektif dari pernapasan
Eres
: tingkat kehilangan panas penguapan dari pernapasan
Catatan bahwa:
Esk = Ersw + Edif
Dimana:
Ersw
: tingkat kehilangan panas penguapan kulit melalui keringat
Edif
: tingkat kehilangan panas penguapan kulit melalui kelembaban
Universitas Sumatera Utara
Sebuah pendekatan praktis menganggap produksi panas didalam tubuh (M
– W), kehilangan panas pada kulit (C + R + Esk) dan kehilangan panas
dikarenakan pernapasan (Cres – Eres). Tujuan berikutnya adalah untuk
mengukur komponen persamaan keseimbangan panas di dalam istilah-istilah
parameter yang bisa ditentukan (diukur atau ditaksir). Produksi panas di
dalam tubuh di hubungkan kepada aktivitas seseorang. Umumnya, oksigen
dibawa ke dalam tubuh (menghirup udara) dan dibawa melalui darah ke selsel tubuh, dimana digunakan untuk membakar makanan. Kebanyakan energi
yang dilepaskan berkenaan dengan panas bergantung pada aktivitas, beberapa
pekerjaan ekternal yang dilakukan.
Dimana:
fcl
: Faktor area pakaian. Area permukaan tubuh yang ditutupi pakaian
Acl dibagi dengan area permukaan tubuh yang terbuka tanpa
pakaian
Rcl
: daya tahan panas pakaian
to
: Suhu operatif (oC)
tsk
: Suhu kulit rata-rata (oC)
tr
: Suhu radian rata-rata (oC)
hc
: 8.3 v 0.6 untuk 0.2 201−350 kkal/jam
Beban kerja berat
: >351−500 kkal/jam
Sebagai contoh berikut adalah perhitungan konsumsi energi untuk
operator 1 dengan Denyut Nadi Kerja 146 yaitu:
Y
= 1,80411 − 0,0229038 (146) + 4,71733. 10-4 (146)2
= 8,515Kkal/menit
= 510,909 Kkal/jam
5.1.7.2. Metode Penilaian secara Tidak Langsung
Perhitungan % Cardiovascular Load (%CVL) Cardiovascular Load
yaitu suatu perhitungan untuk menentukan klasifikasi beban kerja berdasarkan
peningkatan denyut nadi kerja yang dibandingkan dengan denyut nadi maksimum.
Cardiovasculair Load (%CVL) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
%CVL =
100 × (Denyut nadi kerja − Denyut nadi istirahat)
Denyut nadi maksimum − Denyut nadi istirahat
Denyut nadi maksimum yaitu:
Universitas Sumatera Utara
a.
Laki-laki = 220 – umur
b.
Wanita = 200 - umur
Dari perhitungan % CVL tersebut akan dibandingkan dengan klasifikasi
yang telah ditetapkan sebagai berikut :
< 30%
= Tidak terjadi kelelahan
30 –
LANDASAN TEORI
3.1.
Kenyamanan Termal 1
American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning
Engineering (ASHRAE) mendefinisikan kenyamanan termal sebagai hasil
pemikiran seseorang mengenai kepuasan terdadap keadaan termal di sekitarnya.
Oleh karena kenyamanan adalah “suatu pemikiran, persamaan empiris harus
digunakan untuk mengaitkan respon kenyamanan terhadap sambutan tubuh.
Kenyamanan termal merupakan kepuasan yang dialami oleh seseorang manusia
yang menerima suatu keadaan termal. Keadaan ini dapat dialami secara sadar
ataupun tidak. Pemikiran ‘suhu netral’ atau suhu tertentu yang sesuai untuk
seseorang dinilai agak kurang tepat karena nilai kenyamanan bukan merupakan
konsep yang pasti dan berbeda bagi setiap individu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal antara lain:
1.
Tingkat aktivitas (metabolisme dalam tubuh)
2.
Insulasi pakaian (nilai clo)
3.
Temperatur udara
4.
Temperatur radian
5.
Kadar kelembapan udara relatif
1
Parsons, K.C, 2003, Human Thermal Environment (London and New York: Taylor & Francis
Group), hal 257.
Universitas Sumatera Utara
6.
Kecepatan angin
3.2.
Suhu Radiasi 2
Selain pengaruh dari suhu udara terhadap suhu tubuh manusia, ada hal lain
yang ikut mempengaruhi suhu tubuh manusia yaitu suhu radiasi. Suhu radiasi
adalah panas yang beradiasi dari objek yang dapat mengeluarkan panas. Suhu
radiasi memberikan pengaruh yang lebih besar dibandingkan dengan suhu udara
dalam melepas atau menerima panas dari atau ke lingkungan.
Dalam setiap lingkungan kerja akan terjadi pertukaran panas yang
berkelanjutan, refleksi dan absorbsi.
3.3.
Suhu Udara (T) 3
Pada umumnya, sistem sistem termoregulasi tubuh manusia selalu
mencoba untuk mempertahankan kestabilan suhu internal (inti) tubuh sekitar
36,1oC hingga 37,2oC (97oF hingga 99oF). Suhu inti harus selalu berada dalam
interval tersebut untuk menghindari kerusakan terhadap tubuh dan performansi.
Ketika pekerjaan fisik dilakukan, tambahan suhu tubuh akan terjadi. Jika
ditambahkan keadaan yang tingkat kelembabannya tinggi terhadap suhu ambient,
maka hasilnya akan mengarah pada kelelahan dan resiko kesehatan.
Tubuh manusia mempertahankan keseimbangan panas tersebut dengan
meningkatkan sirkuliasi darah ke kulit, karena itu kita berkeringat pada hari panas.
2
Ibid., hal 16.
Altwood, Dennis A, et.al., 2004, Ergonomic Solutions for the Process Industries (United States:
El Sevier), hal 121-122.
3
Universitas Sumatera Utara
Ketika hari dingin, tubuh mereduksi sirkulasi darah ke kulit dan kita akan merasa
sedikit hangat. Tubuh menghasilkan panas melalui metabolisme dan pekerjaan
fisik. Untuk menjaga keseimbangan panas internal, tubuh melakukan pertukaran
panas dengan lingkungan dengan empat cara berikut ini.
1. Konveksi
Proses ini tergantung pada perbedaan udara dan suhu kulit. Jika suhu udara
lebih panas daripana kulit, maka kulit akan menyerap panas dari udara, yang
dapat dikatakan berarti menambah panas ke tubuh. Akan tetapi, jika suhu
udara lebih dingin daripada kulit, maka tubuh akan kehilangan panas.
2. Konduksi
Proses ini berkaitan dengan perbedaan suhu dari kulit dan permukaan yang
mengenai kontak langsung. Contoh, jika menyentuh sesuatu yang panas, maka
kulit akan menerima panas dan mungkin akan mengalami luka bakar.
3. Penguapan
Proses ini tergantung pada perbedaan tekanan uap air dari uap kulit dan uap
air pada lingkungan (atau kelembaban relatif).
4. Radiasi
Proses
ini
tergantung
pada
perbedaan
termperatur
kulit
dengan
permukaan pada lingkungan. Contoh, berdiri di bawah pancaran sinar
matahari akan membuat kita menerima radiasi dari matahari.
Dari suatu penelitian dapat diperoleh hasil bahwa produktivitas kerja manusia
akan mencapai tingkat paling tinggi pada suhu sekitar 24 oC sampai
dengan 27 oC.
Universitas Sumatera Utara
3.4.
Kecepatan Udara (v) 4
Pergerakan udara melalui tubuh dapat mempengaruhi aliran panas ke dan
dari suhu tubuh. Pergerakan udara akan bervariasi dalam setiap waktu, ruang dan
arah. Gambaran kecepatan udara pada suatu titik dapat bervariasi dalam waktu,
intensitas. Penelitian terhadap respon manusia, misalnya, ketidaknyamanan karena
aliran udara menunjukkan pentingnya variasi kecepatan udara. Pergerakan udara
(kombinasi dengan suhu udara) akan mempengaruhi tingkatan udara hangat atau
keringat 'diambil' dari tubuh, sehingga mempengaruhi suhu tubuh (Ken Parsons,
2003). Kecepatan aliran udara yang melewati seseorang dapat membantu
mendinginkan orang tersebut apabila angin lebih dingin dari lingkungan.
Kecepatan aliran udara adalah faktor yang sangat penting dalam kenyamanan
suhu karena manusia sensitif akan hal ini. Udara yang tidak bergerak yang
mendapat panas dalam ruangan tertutup akan menyebabkan seseorang merasa
kaku ataupun berkeringat. Menggerakkan udara dapat meningkatkan heat loss
melalui konveksi tanpa perubahan pada temperatur udara keseluruhan.
3.5.
Kelembaban Udara (RH)
Kelembaban relatif adalah perbandingan antara jumlah uap air pada udara
dengan jumlah maksimum uap air di udara yang bisa ditampung pada temperatur
tersebut. Kelembaban relatif antara 40%-70%
terhadap thermal comfort. Pada ruangan
kurang begitu berpengaruh
kantor, biasanya kelembaban
dipertahankan pada 40% sampai 70% karena adanya komputer, sedangkan pada
4
Parsons, K.C, Op.Cit.., hal. 24-25.
Universitas Sumatera Utara
tempat kerja outdoor, kelembaban relatif mungkin lebih besar dari 70% pada hari
yang panas. Lingkungan yang mempunyai kelembaban relatif tinggi mencegah
penguapan keringat dari kulit. Di lingkungan yang panas, kelembaban sangat
penting karena semakin sedikit keringat yang menguap pada kelembaban tinggi.
3.6.
Keseimbangan Termal 5,6
Pengaturan suhu atau regulasi termal adalah suatu pengaturan secara
kompleks dari suatu proses fisiologis dimana terjadi kesetimbangan antara
produksi panas dengan kehilangan panas sehingga suhu tubuh dapat
dipertahankan. Suhu tubuh manusia yang dapat kita raba/rasakan tidak hanya
didapat dari metabolism, tetapi juga dipengaruhi oleh panas lingkungan. Panas
lingkungan yang semakin tinggi menyebabkan pengaruh yang semakin besar
terhadap suhu tubuh, sebaliknya jika suhu lingkungan semakin rendah maka
semakin banyak panas tubuh yang hilang. Dengan kata lain terjadi pertukaran
proses antara tubuh manusia yang di dapat dari metabolisme dengan tekanan
panasyang dirasakan sebagai kondisi panas lingkungan. Selama pertukaran masih
seimbang, tidak akan menimbulkan gangguan, baik penampilan kerja maupun
keselamatan kerja. Keseimbangan panas antara panas yang dihasilkan dengan
panas yang dikeluarkan dapat dilihatpada Gambar 2.1. berikut.
5
Naville, Stanton dkk. 2005. Handbook of Human Factors and Ergonomics Method. London:
CRC Press. Hal.60-62.
6
Parsons, K. C, Op.Cit., hal.36-38.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Keseimbangan antara Panas yang Dihasilkan dengan Panas
yang Dikeluarkan
Sumber: Handbook of Human Factors and Ergonomics Method, Naville Stanton
Pengeluaran panas (heat loss) dari tubuh ke lingkungan atau sebaliknya
berlangsung secara fisika. Permukaan tubuh dapat kehilangan panas melalui
pertukaran panas secara radiasi, konduksi, konveksi, dan evaporasi air. Heat stress
dapat terjadi pada kondisi panas yang diproduksi lebih besar daripada panas yang
hilang. Keseimbangan panas yang terjadi dalam tubuh dapat dilihat pada Gambar
2.2. berikut.
Gambar 2.2. Pertukaran Panas Tubuh Ke Lingkungan
Sumber: Handbook of Human Factors and Ergonomics Method, Naville Stanton
Universitas Sumatera Utara
ASHRAE (1989a) memberikan persamaan keseimbangan panas sebagai
berikut:
M – W = (C + R + Esk) + ( Cres + Eres)
Dimana :
M
: tingkat produksi energi metabolisme
W
: tingkat pekerjaan mekanik
C
: tingkat kehilangan panas konvektif dari kulit
R
: tingkat kehilangan panas radiatif dari kulit
Esk
: tingkat kehilangan panas pengupan total dari kulit
Cres
: tingkat kehilangan panas konvektif dari pernapasan
Eres
: tingkat kehilangan panas penguapan dari pernapasan
Catatan bahwa:
Esk = Ersw + Edif
Dimana:
Ersw
: tingkat kehilangan panas penguapan kulit melalui keringat
Edif
: tingkat kehilangan panas penguapan kulit melalui kelembaban
Universitas Sumatera Utara
Sebuah pendekatan praktis menganggap produksi panas didalam tubuh (M
– W), kehilangan panas pada kulit (C + R + Esk) dan kehilangan panas
dikarenakan pernapasan (Cres – Eres). Tujuan berikutnya adalah untuk
mengukur komponen persamaan keseimbangan panas di dalam istilah-istilah
parameter yang bisa ditentukan (diukur atau ditaksir). Produksi panas di
dalam tubuh di hubungkan kepada aktivitas seseorang. Umumnya, oksigen
dibawa ke dalam tubuh (menghirup udara) dan dibawa melalui darah ke selsel tubuh, dimana digunakan untuk membakar makanan. Kebanyakan energi
yang dilepaskan berkenaan dengan panas bergantung pada aktivitas, beberapa
pekerjaan ekternal yang dilakukan.
Dimana:
fcl
: Faktor area pakaian. Area permukaan tubuh yang ditutupi pakaian
Acl dibagi dengan area permukaan tubuh yang terbuka tanpa
pakaian
Rcl
: daya tahan panas pakaian
to
: Suhu operatif (oC)
tsk
: Suhu kulit rata-rata (oC)
tr
: Suhu radian rata-rata (oC)
hc
: 8.3 v 0.6 untuk 0.2 201−350 kkal/jam
Beban kerja berat
: >351−500 kkal/jam
Sebagai contoh berikut adalah perhitungan konsumsi energi untuk
operator 1 dengan Denyut Nadi Kerja 146 yaitu:
Y
= 1,80411 − 0,0229038 (146) + 4,71733. 10-4 (146)2
= 8,515Kkal/menit
= 510,909 Kkal/jam
5.1.7.2. Metode Penilaian secara Tidak Langsung
Perhitungan % Cardiovascular Load (%CVL) Cardiovascular Load
yaitu suatu perhitungan untuk menentukan klasifikasi beban kerja berdasarkan
peningkatan denyut nadi kerja yang dibandingkan dengan denyut nadi maksimum.
Cardiovasculair Load (%CVL) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
%CVL =
100 × (Denyut nadi kerja − Denyut nadi istirahat)
Denyut nadi maksimum − Denyut nadi istirahat
Denyut nadi maksimum yaitu:
Universitas Sumatera Utara
a.
Laki-laki = 220 – umur
b.
Wanita = 200 - umur
Dari perhitungan % CVL tersebut akan dibandingkan dengan klasifikasi
yang telah ditetapkan sebagai berikut :
< 30%
= Tidak terjadi kelelahan
30 –