Konsep Fisika Udara Bertekanan

Udara bertekanan, sama seperti sistem penunjang lain, seperti Sistem Tata Udara, Air Murni ataupun Air untuk lnjeksi berdampak langsung pada kualitas produk, oleh sebab itu termasuk kriteria kritis dalam industri farmasi. Adalah sangat penting mengendalikan kualitas dari Sistem Udara Bertekanan yang digunakan dalam pembuatan produk farmasi, terutama udara bertekanan yang berkontak langsung dengan produk, agar mutu obat yang diterima oleh pasien terjaga. Udara bertekanan dan gas lain seperti nitrogen yang digunakan dalam proses pembuatan bahan aktif dan pembuatan obat, jika tidak ditangani dengan tepat, akan mengontaminasi produk.

Hukum Udara Bertekanan

Hukum Boyle, Hukum Boyle mendeskripsikan kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolut dan volume udara, jika suhu tetap konstan dalam sistem tertutup. Hukumnya sendiri berbunyi:

Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P [tekanan] dan V [volume] merupakan proporsional terbalik (di mana yang satu ganda, yang satunya setengahnya).

Sebuah animasi menunjukkan hubungan antara tekanan dan volume di mana jumlah dan suhu tetap konstan.

Hukum Pascal, Hukum Pascal dinyatakan oleh seorang filsuf sekaligus ilmuwan Prancis, Blaise Pascal (1623-1662) menyatakan bahwa:

“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”

hukum pascal pada hidrolik

Perhatikan gambar mekanisme hidrolik di atas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah sejauh h1 dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h2. Sesuai hukum Pascal, maka:

F2=F1

A_2h_2 = A_1h_1

Hukum Bernoulli, Adapun pernyataan Hukum Bernoulli adalah jumlah dari tekanan, energi kinetik tiap volume, dan energi potensial tiap volume di setiap titik sepanjang aliran fluida adalah sama.

Hukum ini ternyata bisa diaplikasikan untuk berbagai jenis aliran fluida asalkan memenuhi syarat berikut ini.

  1. Fluidanya tidak dapat dimampatkan (incompressible).
  2. Fluidanya tidak memiliki viskositas.
  3. Aliran fluidanya tetap (steady).
  4. Aliran fluidanya berjenis laminar (tetap dan tidak membentuk pusaran).
  5. Tidak ada hilang energi akibat gesekan antara fluida dan dinding serta turbulen.
  6. Tidak ada transfer energi kalor.

Persamaan Hukum Bernoulli berkaitan dengan tekanan, kecepatan, dan perbedaan ketinggian fluida. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.

Secara matematis, Hukum Bernoulli dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P1= tekanan di pipa 1 (N/m2);

P2= tekanan di pipa 2 (N/m2);

ρ1 = massa jenis pipa 1 (kg/m3);

ρ2 = massa jenis pipa 2 (kg/m3);

v1 = kecepatan fluida di pipa 1 (m/s);

v2 = kecepatan fluida di pipa 2 (m/s);

h1 = ketinggian penampang pipa 1 dari titik acuan (m);

h= ketinggian penampang pipa 2 dari titik acuan (m); dan

g = percepatan gravitasi (m/s2).

Persyaratan Udara Tekan

Spesifikasi kualitas udara ditentukan oleh 3 (tiga) komponen yang demi kepraktisan dikenal sebagai PWO, yaitu :

  • P (Particle);
  • W (Water)/moisture content; dan
  • O (Oil)/oil vapor.

Berikut adalah persyaratan Udara Tekan menurut ISO 8573-1: 2010 dan ISPE dalam pedoman udara bertekanan (ISPE Good Practice Guide Processed Gases).

Compressed Air 3

Konsep Dasar dan Pertimbangan Desain

Rancangan Sistem Udara Bertekanan untuk industri farmasi berbeda dengan untuk industri lain, karena persyaratan/spesifikasi udara bertekanan terutama untuk yang berkontak langsung dengan produk tidak sama. Ada 3 (tiga) parameter utama yang hendaklah ditetapkan dahulu, sebelum mendesain Sistem Udara Bertekanan:

  • Kualitas udara bertekanan;
  • Penggunaan udara bertekanan; dan
  • Volume udara bertekanan yang dibuiuhkan/ kapasitas.

Udara bertekanan yang keluar dari sebuah kompresor dapat mengandung semua atau sebagian dari kontaminan berikut:

  • Partikel debu;
  • Air dan uap air;
  • Aerosol oli dan uap oli;
  • Partikel (akibat gesekan); dan
  • Mikroorganisme.

Sistem yang akan kita install harus didesain untuk dapat menghilangkan kontaminan dan dapat dikendalikan sampai ke hilir terhadap semua parameter di atas, begitu udara bertekanan dihasilkan. Pemantauan secara rutin juga harus dilakukan sebelum didistribusikan, untuk memastikan kebersihan baik secara fisis maupun mikrobiologi.

Konfigurasi dan Skematika Sistem Udara Bertekanan

Sistem Udara Bertekanan untuk industri farmasi secara umum terdiri dari :

  • Kompresor : berfungsi sebagai penghasil udara bertekanan, dalam hal ini lebih diutamakanmenggunakan oil free lubricated compressor. Oil free bermakna tidak ada oli di area kompresi,tapi kompresor sendiri tetap memerlukan oli untuk melumas area gigi (gear) yang dipisahkan dengan menggunakan segel.
  • Tangki udara digunakan untuk menyediakan kapasitas lonjakan (surge) untuk memenuhi kebutuhan proses puncak dan meminimalkan perubahan tekanan sistem selama periode permintaan puncak. Tangki ini juga berfungsi sebagai pendingin.
  • Pengering : menghilangkan uap air.
  • Filter: menghilangkan uap oli dan partikulat.
  • Pipa distribusi: mendistribusikan udara ke titik pengguna pada tekanan dan kecepatan alir yang ditetapkan tanpa penurunan kualitasnya.
  • Pengatur tekanan: mengurangi tekanan udara sampai ke batas yang ditetapkan untuk pengguna akhir.
  • Perangkap kondensat: menguras akumulasi kondensat dari pipa.

Konfigurasi Sistem Udara Tekan

Baru Belajar: Pengadaan udara bertekanan untuk sistem Pneumatic

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *