REKABENTUK ALAT PENAPIS UDARA

(AIR CLEANER)

LIM LOON CHANG

UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA

REKABENTUK ALAT PENAPIS UDARA

(AIR CLEANER)

LIM LOON CHANG

Laporan projek ini dikemukakan

sebagai memenuhi sebahagian daripada syarat

penganugerahan ijazah Sarjana Muda Sains Serta Pendidikan

(Elektrik)

Fakulti Pendidikan

Universiti Teknologi Malaysia

MAC, 2004

iii

DEDIKASI

Untuk

ayah yang disanjungi

Lim Hock Cheng

dan ibu yang tersayang

Khor Loo Chin

Segala jasa dan pengorbanan ayah ibu

yang telah bersusah payah mendidikku dan memeliharaku

agar menjadi seorang manusia yang berguna

serta

adik yang dikasihi

Lim Loon Ming

Segala kerinduan, kesabaran, dan doa kalian yang diberikan

amat dihargai serta besar ertinya.

Kejayaan ini adalah milik bersama.

Terima Kasih

iv

PENGHARGAAN

Penulis ingin merakamkan ribuan penghargaan dan terima kasih kepada

pensyarah Pembimbing Projek Sarjana Muda, En. Kamalularifin Bin Subari telah

banyak memberi bimbingan, tunjuk ajar, perbincangan serta nasihat pakar yang beliau

berikan tanpa berasa jemu sejak dari awal kajian ini dirancang sehinggalah projek reka

bentuk ini dapat disempurnakan.

Selain tiu, di sini penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada pengurus

UV Industri, En. Simon Yong, pengurus ALS Technichem, En. Ken Lam dan En. Mohd.

Fadil pakar microbiologist atas pertolongan untuk menghabiskan ujian makmal.

Akhir sekali, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang

terlibat secara langsung atau tidak langsung dalam membantu penulis menjayakan

projek penyelidikan ini.

v

ABSTRAK Perkembangan teknologi boleh membawa kesenangan dan keselesaan kepada

manusia. Akan tetapi, ia juga dapat mendatangkan pelbagai masalah kepada manusia.

Salah satu masalah yang besar ialah masalah pencemaran udara. Kebanyakan orang

menghabiskan 85-90% daripada masa mereka berada di dalam rumah untuk berehat,

dalam pejabat untuk bekerja atau dalam bangunan untuk sebarang aktiviti. Kualiti udara

dalam bilik yang kurang baik akan menjejaskan kesihatan manusia. Bagi kualiti udara

yang baik, bacaan indeks pencemaran udaranya mesti kurang daripada 50 cfu / m3.

Daripada masalah ini, pengkaji telah mereka cipta satu alat yang dapat meningkatkan

kualiti udara dalam bilik untuk kegunaan orang ramai. Alat ini dicipta dan telah

dibuktikan mampu meningkatkan kualiti udara dalam bilik dengan berkesan. Syarikat

ALS Technichem (M) Sdn Bhd merupakan tempat di mana pengujian makmal

dilakukan. Daripada laporan ujian makmal yang telah dijalankan, alat penapis udara ini

mampu meningkatkan kualiti udara dalam bilik sebanyak 33-75%. Alat penapis udara

ini juga mementingkan keselamatan pengguna iaitu rekabentuknya yang menghalang

pancaran lampu UV secara langsung dan kotak adalah diperbuat daripada acrylic yang

merupakan bahan penebat. Dengan terciptanya alat penapis udara ini moga-moga dapat

digunakan oleh orang ramai dan memanfaatkan kehidupan orang ramai dengan

meningkatkan kualiti udara dalam bilik.

vi

ABSTRACT

Advances of the technologies can make human life much easier and more

relaxing. However, it will also cause some problems to human. One the major problem

is the air pollution. Most of the people will spend 85-90% of their time to rest at home,

work at office or in building to carry on their activities. The indoor air is considered as

clean if the reading of air pollution index is less than 50 cfu / m3. Regarding to this

matter, researcher has designed an air cleaner which is able to purify the indoor’s air for

people to use. This air cleaner is well designed and it is proven that can improve the

indoor’s air quality efficiently. ALS Technichem (M) Sdn Bhd is the company who has

tested the air cleaner. From the laboratory test report, the air cleaner is able to improve

the quality of air up to 33-75%. The air cleaner is well designed to ensure the safety of

the user where the UV ray is trapped inside the box so that it cannot be seen directly by

the user and the box is made by acrylic which is an insulator. Therefore, hoping that the

air cleaner can be used by people and benefits people by improving the indoor’s air

quality.

vii

KANDUNGAN

BAB PERKARA MUKA SURAT

JUDUL i

PENGAKUAN ii

DEDIKASI iii

PENGHARGAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KANDUNGAN vii

SENARAI JADUAL x

SENARAI GAMBAR xi

SENARAI RAJAH xii

SENARAI GRAF xiii

SENARAI SIMBOL / SINGKATAN xiv

SENARAI LAMPIRAN xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.0 Pengenalan 1

1.1 Latar Belakang Masalah 3

1.2 Objektif Kajian 5

1.3 Kepentingan Kajian 6

1.3.1 Keselamatan Pengguna 6

viii

1.3.2 Masa 7

1.3.3 Mudah Dikendalikan 7

1.3.4 Kos 7

1.3.5 penyelenggaraan Yang Mudah 7

1.4 Skop Kajian 8

1.5 Definisi Terminologi 8

1.6 Kesimpulan 10

BAB II SOROTAN PENULISAN 11

2.0 Pengenalan 11

2.1 Teori Reka Bentuk 12

2.2 Kaedah Reka Bentuk 13

2.3 Memutuskan Sesuatu Reka Bentuk 14

2.4 Bahan-bahan Untuk Reka Bentuk 15

2.5 Reka Bentuk berkaitan 19

2.6 Kesimpulan 22

BAB III PEMILIHAN REKA BENTUK 23 3.0 Pengenalan 23

3.1 Kesesuaian penggunaan 23

3.2 Prosedur Reka Bentuk 23

3.3 Pemilihan Reka Bentuk 24

3.4 Senarai Kos Bahan 29

3.5 Kesimpulan 31

ix

BAB IV ANALISIS REKA BENTUK 32 4.0 Pengenalan 32

4.1 Objektif 32

4.2 Ujian Makmal 33

4.2.1 Ujian Makmal 1 33

4.2.2 Ujian Makmal 2 34

4.2.3 Proses Ujian Makmal 35

4.2.4 Keputusan Ujian Makmal 36

4.3 Jangka Hayat Penggunaan Alat penapis Udara 43

BAB V PERBINCANGAN DAN KESIMPULAN 44

5.0 Perbincangan 44

5.1 Pengendalian Alat Penapis Udara 44

5.2 Kebaikan dan Kelebihan 47

5.3 Masalah dan Kelemahan 47

5.4 Cadangan Pembaikan Masa Hadapan 48

5.5 Kesimpulan 48

RUJUKAN 50

LAMPIRAN 53

x

SENARAI JADUAL

NO TAJUK MUKA SURAT

1.1 Masalah-masalah kesihatan yang disebabkan

oleh udara yang tidak bersih 2

1.2 Kandungan udara yang bersih dan kering 3

2.1 Perbandingan keberkesanan pelbagai jenis alat

pembersih udara untuk menghapuskan untuk

menghapuskan asap 21

3.1 Senarai nama komponen elektronik 28

3.2 Kos bahan 29

3.3 Kos keseluruhan alat penapis udara 31

4.1 Data keputusan daripada ujian makmal 36

4.2 Indeks pencemaran udara 39

xi

SENARAI GAMBAR

NO TAJUK MUKA SURAT

2.1 Perintang 15

2.2 Pemuat 16

2.3 Diod 17

2.4 Pengubah 18

2.5 Transistor 18

2.6 Air Ionizer Model : TW982 20

2.7 XJ2000 21

3.1 Alat penapis udara 25

4.1 Ujian makmal pertama 34

4.2 Ujian makmal kedua 35

4.3 Tempat penyimpanan sampel-sampel 35

4.4 Sampel sebelum ujian 37

4.5 Sampel selepas ujian 38

4.6 Sampel yang diambil terus daripada alat penapis

udara 39

5.1 Langkah pertama menggunakan alat penapis udara 45

5.2 Langkah kedua menggunakan alat penapis udara 46

5.3 Langkah ketiga menggunakan alat penapis udara 46

xii

SENARAI RAJAH

NO TAJUK MUKA SURAT

3.1 Litar skematik alat penapis udara 27

3.2 Litar pendawaian lampu UV 29

xiii

SENARAI GRAF

NO TAJUK MUKA SURAT

4.1 Bacaan indeks pencemaran udara ujian makmal 41

4.2 Peningkatan kualiti udara 42

xiv

SENARAI SIMBOL / SINGKATAN

% - Peratus

ºC - Darjah Celsius

API - Air Pollution Index

AT - Arus Terus

AU - Arus Ulangalik

Cfu - Colony forming unit

CO - Karbon Monoksida

FDA BAM - Food and Drug Administration Bacteriological Manual

HC - Metrik Hidrokarbon

KV - Kilo Volt

KΩ - Kilo Ohm

LED - Diod Pemancar Cahaya

M3 - Meter per padu

N - Ion Negatif

P - Ion Positif

PM - Metrik Habuk Terampai

PPK - Sukatan Pelajaran dan Huraian Mata Pelajaran Reka Cipta

SARS - Severe Acute Respiratory Syndrome

S2O - Metrik Sulfur Dioksida

TR - Transfomer

UTM - Universiti Teknologi Malaysia

UV - Ultraviolet

V - Voltan

W - Watt

WHO - World Health Organizersation

xv

SENARAI LAMPIRAN

NO TAJUK MUKA SURAT

A AUTOCAD LUKISAN ALAT PENAPIS UDARA 54

B LAPORAN UJIAN MAKMAL 59

C RISALAH PRODUK YANG BERKAITAN 60

D PROFILE SYARIKAT ALS 62

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.0 Pengenalan

Kebanyakan orang menganggap istilah kualiti udara adalah hanya bermaksud

kualiti udara di luar bilik (outdoor). Sejak kebelakang ini, anggapan ini telah berubah.

Ini disebabkan pakar-pakar kualiti udara telah memberi perhatian yang lebih terhadap

kualiti udara di dalam bilik (indoor) kerana kebanyakan orang menghabiskan majoriti

daripada masa mereka di dalam bilik. Dengan kata lain, kualiti udara dalam bilik

memainkan peranan yang lebih penting terhadap kesihatan manusia. Menurut Fisk W.J

(1987), kebanyakan orang menghabiskan 10-15% daripada masa mereka di luar bilik.

Masa yang selebihnya adalah berada dalam rumah untuk berehat, dalam pejabat bekerja

atau dalam perjalanan ke suatu destinasi. Menurut Fisk W.J (1987) juga, “Buildings

were assumed to shelter occupants from outdoor pollutants and little thought was given

to pollutants generated or trapped indoors.”

Oleh itu, kualiti udara dalam bilik adalah memainkan peranan yang amat

penting terhadap kesihatan manusia. Udara yang tidak bersih atau kurang bersih akan

membawa penyakit kepada manusia. Menurut Melius, J (1984), kualiti udara yang tidak

baik akan mendatangkan beberapa masalah kesihatan seperti dalam jadual di bawah.

2

Jadual 1.1 : Masalah-masalah kesihatan yang disebabkan oleh udara yang tidak bersih.

Health complaint % of Buildings

Eye irritation 81

Dry throat 71

Headache 67

Fatigue 53

Sinus congestion 53

Skin irritation 38

Shortness of breath 33

Cough 24

Dizziness 22

Nausea 15

Memandangkan kualiti udara dalam bilik adalah begitu penting terhadap

kesihatan, maka langkah penyelesaian perlu diambil dengan cepat dan berkesan. Untuk

menyelesaikan masalah kualiti udara ini, punca-punca pencemaran udara perlu

diketahui terlebih dahulu. Menurut Fisk W.J (1987), dua faktor yang memainkan

peranan yang penting dalam persoalan tentang pencemaran udara dalam bilik ialah

punca pencemaran udara dan cara pembersihan udara. Menurut Richard A.Wadden &

Peter A.Scheff (1982), bahan-bahan pencemaran yang utama dalam bilik adalah seperti

berikut:

• Karbon monoksida

• Nitrogen oksida

• Tembakau rokok

• Asbestos

• Karbon dioksida

• Mikroorganisma

3

1.1 Latar belakang masalah

Kualiti udara boleh dijejas oleh kandungan atau bahan dalam udara yang

dinamakan bahan pencemar udara (air pollutant). Paul L.Bishop (2000) memberi

definisi yang lengkap terhadap bahan pencemar udara iaitu: “Hundreds of materials are

discharged into the atmosphere as a result of human activities. Those that produce

adverse health or environmental effects are termed air pollutants. Air pollutants may be

classified as primary pollutants, which are released directly into air in a harmful form

or secondary pollutants, which are modified into a hazardous form after they enter the

atmosphere due to chemical reaction or which are formed in the atmosphere. Typical

primary pollutants are carbon monoxide, hydrocarbons, particulates, sulfur dioxide and

nitrogen compounds. Examples of secondary pollutants are photochemical oxidants and

atmospheric acids formed in the atmosphere due to solar energy-activated reactions of

less harmful materials.”

Menurut Paul L.Bishop (2000), udara yang bersih dan kering mempunyai

kandungan seperti yang ditunjukkan dalam jadual dibawah.

Jadual 1.2 : Kandungan udara yang bersih dan kering.

Gas Formula Peratusan (%)

Nitrogen N2 78.08

Oksigen O2 20.94

Argon Ar 0.934

Karbon dioksida CO2 0.033

Neon Ne 0.00182

Helium He 0.00052

Methane CH4 0.00015

Krypton Kr 0.00011

Hydrogen H2 0.00005

Nitrous oksida N2O 0.00005

Xenon Xe 0.000009

4

Penulis berpendapat bahawa kesan pencemaran udara ini tidak boleh dipandang

rendah kerana ia akan membawa penyakit dan kematian. Menurut bekas Presiden Paru-

paru Amerika (ALA), Dr. Alfred Munzer, dari Hong Kong ke Mexico City, (2003),

kematian dan penyakit yang diakibatkan oleh pencemaran udara adalah semakin

meningkat dan menghampiri berjuta. Semua maklumat adalah dipetik daripada risalah

pencemaran udara.

Kualiti udara dalam kebanyakan bangunan yang tidak baik akan membawa

kesan-kesan negatif terhadap kesihatan orang yang berada dalam bangunan-bangunan

tersebut. Menurut laporan World Health Organizersation (WHO) dalam First Annual

Air Quality convention pada 1992, 40% daripada bangunan adalah terdedah dengan

masalah kesihatan yang serius. Selain daripada itu, WHO juga menyatakan bahawa

lebih kurang 20% pekerja menghadapi masalah kesihatan seperti alergi, asthma, auto-

immune diseases dan lain-lain. Semua ini berlaku adalan disebabkan berlakunya

pencemaran udara dalam bilik.

Menurut laporan Jabatan Alam Sekitar Malaysia (1997), kenderaan bermotor

melepaskan 1.9 juta tan gas karbon monoksida (CO), 101,000 tan metrik hidrokarbon

(HC), 36,000 tan metrik sulfur dioksida (S2O) dan 16,000 tan metrik habuk terampai

(PM) ke atmosfera. Manakala indeks pencemaran udara atau “air pollution index”

(API) yang baik ialah 0-50 dan bacaan API yang sederhana ialah 50-100. Bacaan API

yang tidak sihat ialah melebihi 100.

Isu tentang kualiti udara menjadi lebih rumit dengan munculnya penyakit

Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS). Penyakit ini dapat merebak melalui

pengaliran udara. Maka ia merupakan sejenis penyakit yang amat bahaya. Penyakit ini

telah meragut banyak nyawa di seluruh dunia. Menurut laporan Sin Chew Daily pada 5

May 2003, kematian penyakit SARS yang paling tinggi adalah di rantau Asia.

Walaupun pada masa kini penyakit SARS ini telah dapat dikawal, tetapi pada

masa akan datang mungkin akan terdapat lagi virus lain yang menjejaskan kesihatan

manusia. Menurut Sin Chew Daily, 5 May 2003, saintis Amerika Syarikat menyatakan

bahawa penyakit SARS yang telah meragut banyak nyawa adalah permulaan bagi virus

5

menyerang manusia. Pada masa depan akan muncul lagi virus-virus lain yang

meyerupai virus SARS. Menurut Oriental Daily News, 19 June 2003, World Health

Organizertion (WHO) memberi amaran bahawa penyakit SARS hanya merupakan

permulaan bagi peperangan antara virus dengan manusia. Pada masa depan, lebih

banyak virus yang menyerupai virus SARS atau virus yang lebih hebat akan muncul

dan menyerang manusia.

Menyedari masalah inilah maka pereka berhasrat untuk mencipta satu alat yang

boleh menapis udara untuk menghasilkan udara yang bersih dan segar. Alat yang

dimaksudkan ialah mesin penapis udara (Alat Penapis Udara) yang dapat digunakan

untuk kerja-kerja meningkatkan kualiti udara dalam satu bilik atau dalam satu keadaan

tutup.

1.2 Objektif Kajian

Rekacipta adalah untuk membantu orang ramai untuk mencapai kesempurnaan

kehidupan. Jadi rekacipta yang dihasilkan bertujuan melindungi serta membantu orang

ramai untuk hidup dalam satu kawasan yang selamat dan sihat. Menurut Berita Harian,

8 Jun 1994, Mahathir Mohamad menyaran bahawa hasil penyelidikan, inovasi dan

rekacipta teknologi harus mampu diperdagangkan bagi memenuhi keperluan pasaran

global. Santis dan ahli teknologi mesti memberi tumpuan kepada keusahawaan

berteknologi dengan memikirkan konsep keperluan pengguna serta strategi pemasaran

yang berkesan. Bagi mengatasi masalah pembersihan udara, pereka berpendapat satu

rekabentuk alat menapis udara adalah amat diperlukan. Tetapi harga alat-alat penapis

udara dalam pasaran adalah mahal dan tidak mampu dimiliki oleh semua orang. Di

bawah merupakan beberapa objektif kajian ini.

I. Untuk merekabentuk satu alat penapis udara yang mampu meningkatkan lagi

kualiti udara.

II. Untuk merekabentuk satu alat penapis udara yang dapat digunakan oleh orang

ramai.

6

III. Untuk merekabentuk satu alat penapis udara yang setanding serta berkualiti

dengan harga berpatutan.

1.3 Kepentingan Kajian

Alat Penapis Udara yang dicadangkan ini merupakan suatu alat yang

mengabungkan ionizer dengan lampu UV. Maka, ia akan dapat membantu menapis

udara dengan menghasilkan udara yang segar dan bersih.

Ionizer dan sinaran UV adalah dua jenis kaedah yang digunakan untuk

meningkatkan kualiti udara. Ionizer mampu ‘membersihkan’ udara dan sinaran UV

dapat membunuh kuman, bakteria dan virus. Menurut Donald W.Moffat (1996),

“Electronic Air Cleaners will let air first passes through a pre-filter for removal of

larger particles and then it passes through an electronic field. The airborne particles,

some as small as 0.001micron, pass into this strong filed (ionizing section), where each

particles is given an electrical charge. Charged particles then move into a collector with

alternate positive and negative charges. Those plates that have the same charge as the

particles repel them; plates with the opposite charge attract and collect them. This

process removes up to 99% of the impurities.”

Rekabentuk ini perlu mengambilkira aspek-aspek yang berkaitan dengan

keselamatan, faktor masa, pengoperasian, penyenglenggaraan serta kos yang rendah.

1.3.1 Keselamatan pengguna.

Rekabentuk alat ini telah mengambilkira faktor-faktor keselamatan terhadap

pengguna. Ini disebabkan jarum pengion akan mencapai bacaan voltan yang tinggi dan

pancaran lampu UV tidak boleh dilihat secara langsung atau tidak langsung oleh mata

manusia kerana ia akan merosakkan mata.

7

1.3.2 Masa

Faktor masa merupakan aspek yang penting kerana dengan adanya Alat Penapis

Udara dapat menapis udara dengan masa yang singkat. Dengan itu, masa yang telah

dijimatkan tersebut dapat membantu manusia mendapat udara yang segar dan bersih

dengan lebih cepat lagi. Pengguna tidak perlu menunggu alat itu berfungsi (berfungsi

24 Jam) kerana alat itu telah berfungsi untuk menyediakan suatu keadaan yang selesa

untuk pengguna.

1.3.3 Mudah dikendalikan

Alat Penapis Udara ini sangat mudah dikendalikan. Pengguna hanya perlu

meletakkan Alat Penapis Udara di dalam bilik tidur, ruang tamu atau mana-mana

tempat yang pengguna suka dan sambung kepada sumber tenaga (elektrik).

1.3.4 Kos

Kos Alat Penapis Udara ini adalah murah jika berbanding dengan alat-alat

penapis udara yang terdapat dalam pasaran dengan fungsi yang sama. Dengan kos yang

rendah, maka para pengguna daripada pelbagai peringkat mampu membelinya.

1.3.5 Penyelenggaraan yang mudah

Alat ini adalah mudah diselenggara kerana ia diperbuat daripada komponen-

kompenen elektronik yang biasa dijumpa. Selain daripada itu, lampu UV ia hanya perlu

diitukar ganti setiap dua tahun (penggunaan 12 jam sehari).

8

1.4 Skop Kajian

Kajian ini dijalankan dengan tujuan menghasilkan satu alat penapis udara yang

mengabungkan dua teknik pembersihan udara iaitu ionizer dan sinaran UV. Di mana

alat ini akan mampu meningkatkan kualiti udara dalam bilik.

1.5 Definisi Terminologi

Penulis menggunakan beberapa definisi di dalam kajian ini untuk menerangkan

perbendaharaan kata supaya lebih jelas dan tepat.

Reka Cipta

Menurut Sukatan Pelajaran dan Huraian Mata Pelajaran Reka Cipta, PPK

(1994), istilah Reka Cipta dalam dokumen ini membawa makna satu proses atau

hasilan aktiviti yang menlibatkan tiga elemen iaitu masalah atau keperluan, siasatan dan

penyelesaian.

Mesin

Menurut Kamus Dewan, mesin membawa maksud alat atau perkakas yang

menggunakan kuasa seperti elektrik dan enjin untuk melakukan sesuatu kerja, jentera,

pesawat.

Menurut kajian yang dijalankan, mesin membawa maksud satu alatan untuk

membuat atau menjalankan sesuatu kerja.

9

Menapis

Menurut Kamus Dewan, menapis membawa maksud menuras dengan saringan,

menyaring sesuatu.

Menurut kajian yang dijalankan, menapis ini membawa maksud membersih dan

meningkatkan kualiti udara.

Kualiti

Menurut Kamus Dewan, kualiti membawa maksud darjah kecemerlangan

biasanya yang tinggi, mutu. Dan berkualiti adalah bermaksud mempunyai kualiti,

bermutu.

Udara

Menurut Kamus Dewan, udara membawa maksud campuran berbagai-bagai

jenis gas yang terdapat di atas muka bumi, hawa, keadaan hawa dan ruang yang di atas

muka bumi yang berisi hawa, angkasa, awang-awang.

Ion

Menurut Kamus Dewan, ion bererti atom atau kumpulan atom yang bercas

elektrik.

10

Ionizer

Menurut Oxford Advanced Learner’s Dictionary, ionizer adalah satu alat yang

digunakan untuk meningkatkan kualiti udara dalam bilik dengan menghasilkan ion-ion

negatif.

UV (ultraviolet)

Menurut Oxford Advanced Learner’s Dictionary, UV adalah satu sinaran atau

cahaya yang dengan kepanjangan gelombangnya melebihi pancaran warna unggu dan

lebih had penglihatan manusia.

1.6 Kesimpulan

Secara keseluruhan, penulis telah memberi penerangan secara menyeluruh

tentang rekabentuk dan kepentingan udara dalam pengenalan. Selain itu, latar belakang

masalah dan pernyataan masalah juga dinyatakan di bab ini. Di samping itu, objektif

kajian, kepentingan kajian, skop kajian, kaedah kajian, dan definisi termologi telah

dinyatakan dengan jelas.