Tugas Akhir
PERANCANGAN ALAT TERAPI SAUNA BERKAPASITAS SATU ORANG
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Menempuh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : JOKO TRI WINDARTO 01301-067
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008
1
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Joko Tri Windarto
NIM
: 01301-067
Program Studi
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Judul Tugas Akhir
: Perancangan Alat Terapi Sauna Berkapasitas Satu Orang.
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Laporan Tugas Akhir ini adalah benar hasil karya saya sendiri, bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain, kecuali kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya, atas perhatiannya saya ucapkan terima kasih.
Jakarta, 7 Agustus 2008
Joko Tri Windarto
2
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir Perancangan Alat Terapi Sauna Berkapasitas Satu Orang
Disusun oleh : Nama
: Joko Tri Windarto
NIM
: 01301-067
Program Studi : Teknik Mesin Fakultas
: Teknologi Industri
Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh, Mengetahui :
Pembimbing
Koordinator TugasAkhir
(Nanang Ruhyat. ST.MT)
(Nanang Ruhyat. ST.MT)
3
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim, Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya –Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini, serta tidak lupa salawat dan salam pada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat dan para pengikut beliau yang setia hingga akhir jaman. Penyusunan laporan tugas akhir yang berjudul ‘Perancangan Alat Terapi Sauna Berkapasitas Satu Orang ‘ ini dilakukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam meraih gelar Sarjana Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. Penulis menyadari tidak mungkin dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini tanpa adanya petunjuk, pengarahan, bimbingan serta dorongan dan semangat dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Kedua orang tua, kakak-kakak, adik dan keponakan saya tercinta, thanksfull, cause I’m just nothing without all of you. 2. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma. MSc selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri. 3. Bapak Ir. Ruli Nutranta. M.Eng selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin. 4. Bapak Nanang Ruhyat. ST.MT selaku Dosen Pembimbing, sekaligus sebagai Koordinator Tugas Akhir. 5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu dan pengetahuannya selama ini. 6. Bapak Firman dan Bapak Sumantri selaku Staff Laboratorium Proses Produksi. 7. Rekan kerja saya dalam perancangan alat terapi sauna ini, sekaligus sahabat terdekat saya, Muttaqien Arrasyid ST, yang telah banyak membantu, baik dalam proses pembuatan alat maupun dalam penyusunan laporan tugas akhir ini.
4
8. Jamal Aris ST, Iman Dwi Nurdian ST, Yudi Syarifudin ST, Bambang Mujiharto ST, Agi Ergin ST, Beni Siswanto ST, Dwi Febrianto ST, Budiyanto ST, Rizki Abdi Hakim ST, Roby Hernawan ST, Sefty Maulana ST, Sugiyanto ST, Syarif H. Ramdani ST, Ucok Galelea Purba ST, Yan Ratianto ST, Mochamad Thoief Anwari ST. 9. Jajat Sudrajat ST, Budi Listiyono ST, Donal Hutapea ST, Doni Haryadi ST, Muhammad Syarip ST, Nurrahmatulloh ST, Nurhadi ST, Rudi Tahiyan ST, Yanuar Fahmiansyah ST, Iwan Wahyudi ST, Lukman Nulhakim ST, Herry Kurniawan ST, Muhammad Ali Alatas ST, Dhawe ST, Heru Kurniawan ST, Reza Fadriansyah ST, Jery ST, Hendi Saryanto ST, Achmad Samtari ST, Angga Triesnata ST, Ari Yulianto ST, Jarot Winarto ST, Verry Saputra. 10. Osep Hermawan ST, Priatmadi ST, Mohammad Adnan ST, Moch. Heru Saputra ST, Kasito ST, James Bond ST, Irfan Setiawan ST (Alm). 11. Andi Rahayu ST, Ucok Parningotan ST, Willy ‘ncek ST, Sepno Alamsyah ST, serta seluruh rekan-rekan hebat di Teknik Mesin Universitas Mercu Buana serta sahabat-sahabat terbaik di Cipondoh. 12. Mbak Wied, my second mom, atas kebaikan hati dan kesabarannya selama ini. 13. Ita Puji Astuti, thank’s, cause you were there when I was scare. 14. Seluruh pihak yang telah sangat banyak membantu saya selama ini, yang mungkin luput dari ingatan saya. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan kemudahan kepada kalian semua, Amin. Penulis menyadari dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki, oleh karna itu, kritik dan saran sangat di harapkan untuk penyempurnaan tugas akhir ini dalam rangka mendapatkan hasil yang lebih baik di masa-masa yang akan datang.
Jakarta, 7 Agustus 2008
Joko Tri Windarto
5
DAFTAR ISI
Halaman Lembar Pernyataan ....................................................................................... i Lembar Pengesahan ......................................................................................
ii
Kata Pengantar .............................................................................................. iii Daftar Isi ......................................................................................................... v Daftar Gambar ............................................................................................... vii Daftar Tabel ................................................................................................... ix Nomenklatur ................................................................................................... x Abstrak ............................................................................................................ xi
BABI
PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................... 1 1.2 Tujuan ....................................................................................... 2 1.3 Pembatasan Masalah ................................................................. 2 1.4 Teknik Pengumpulan Data ........................................................ 3 1.5 Sistematika Penulisan ................................................................ 3
BAB II TEORI DASAR ................................................................................ 5 2.1 Kegiatan Sauna .......................................................................... 5 2.2 Manfaat Kegiatan Sauna ........................................................... 6 2.3 Gambaran Umum Alat Terapi Sauna ........................................ 7 2.4 Mekanisme Alat Terapi Sauna .................................................. 9 2.5 Perpindahan Kalor ..................................................................... 10 2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi .................................... 10 2.5.2 Konduktivitas Termal ............................................... 11 2.5.3 Konduksi Melalui DindingDatar .............................. 12 2.5.4 Perpindahan Kalor Konveksi .................................... 14 2.5.5 Sistem Konveksi Bebas ............................................ 15 2.5.6 Rumus Empiris Untuk Konveksi Bebas ................... 16 2.5.7 Konveksi Bebas Dari Silinder Horizontal ................ 19
6
2.5.8 Konveksi Bebas Dari Bidang Vertikal ..................... 21 2.5.9 Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh ............... 24 2.6 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan .......................... 25 2.6.1 Pengertian Ergonomi ................................................ 25 2.6.2 Aspek Pertimbangan Desain ..................................... 28 2.6.3 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan Alat Terapi Sauna ..................................................... 32 BAB III PERANCANGAN ALAT ............................................................... 33 3.1 Tahap Awal Perancangan ........................................................ 33 3.2 Jenis Alat Yang Akan Dirancang ............................................
34
3.3 Fungsi Alat Yang Dirancang ..................................................
34
3.4 Keuntungan dan Kerugian Alat Terapi Sauna .......................
35
3.5 Komponen-Komponen Alat ....................................................
36
3.6 Proses Perancangan ................................................................
41
BAB IV PERHITUNGAN RANCANGAN ................................................
49
4.1 Kalor Yang Dilepaskan Oleh Pemanas Elektrik Ke Ruangan ............................................................................
50
4.2 Perpindahan kalor Menyeluruh Melalui Dinding Alat Terapi Sauna ...................................................................
52
4.3 Pengujian Alat Terapi Sauna ..................................................
58
4.4 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan Alat Terapi Sauna ...................................................................
60
BAB V PENUTUP ......................................................................................
65
5.1 Kesimpulan ............................................................................
65
5.2 Saran ......................................................................................
66
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
67
LAMPIRAN .................................................................................................
68
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Alat terapi sauna........................................................................ 8
Gambar 2.2
Perpindahan kalor konduksi melalui dinding datar .................. 12
Gambar 2.3
Perpindahan kalor melalui dinding komposit ........................... 13
Gambar 2.4
Konveksi bebas dari silinder horizontal ................................... 19
Gambar 2.5
Konveksi bebas dari bidang vertikal ......................................... 22
Gambar 2.6
Perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding datar............... 24
Gambar 3.1
Dimensi ruangan alat terapi sauna ............................................. 34
Gambar 3.2
Bahan isolasi dinding pada ruangan alat terapi sauna ............... 35
Gambar 3.3
Ruangan alat terapi sauna .......................................................... 36
Gambar 3.4
Pemanas elektrik glass heater ................................................... 37
Gambar 3.5
Contactor .................................................................................. 38
Gambar 3.6
Thermo control ......................................................................... 38
Gambar 3.7
Termokopel .............................................................................. 39
Gambar 3.8
Mini circuit breaker ................................................................. 39
Gambar 3.9
Glass Wool dan karton Aluminium .......................................... 41
Gambar 3.10 Rangka utama dari ruangan alat terapi sauna ........................... 43 Gambar 3.11 Rangka tempat duduk ............................................................... 46 Gambar 4.1
Kalor yang dilepaskan oleh pemanas elektrik ke ruangan ....... 50
Gambar 4.2
Dinding sebelah dalam dari ruangan alat terapi sauna ............. 52
Gambar 4.3
Dinding sebelah luar dari ruangan alat terapi sauna ................. 54
Gambar 4.4
Perpindahan kalor menyeluruh yang melalui dinding ruangan alat terapi sauna .......................................................... 56
8
Gambar 4.5
Penempatan ketiga buah termometer dalam pengujian alat terapi sauna .......................................................................
58
Gambar 4.6
Dimensi alat terapi sauna ; (a) bagian luar (b) bagian dalam .. 60
Gambar 4.7
Tempat duduk pada alat terapi sauna ....................................... 62
9
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Konduktivitas termal berbagai bahan ...........................................
11
Tabel 2.2 Nilai kira-kira koefisien perpindahan kalor konveksi ...................
15
Tabel 2.3 Konstanta persamaan untuk permukaan isotermal ........................ 18 Tabel 2.4 Sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer ........................................
20
Tabel 4.1 Hasil Pengujian .............................................................................
59
10
NOMENKLATUR Simbol
Keterangan
Satuan
A
Luas
m²
d
Diameter
m
g
Percepatan gravitasi
h
Koefisien perpindahan kalor
W/m².°C
k
Konduktivitas termal
W/m.°C
L
Panjang
m
q
Laju perpindahan kalor
W
Rth
Tahanan termal
T
Suhu
°C
Suhu dinding
°C
T
Suhu fluida
°C
U
Koefisien perpindahan kalor menyeluruh
W/m².°C
v
Viskositas kinematik
m²/s 10
T
Beda suhu
°C
x
Tebal dinding
m
Koefisien volume pemuaian
K
w
ß
m/s²
°C/W
Kelompok Tak Berdimensi Simbol
Keterangan
C
Konstanta untuk permukaan isotermal
f
Dievaluasi pada kondisi film
Gr
Grashof number
m
Konstanta untuk permukaan isotermal
Nu
Nusselt number
Pr
Prandtl number
Ra
Rayleigh number
11
1
6
ABSTRAK
Kegiatan sauna sangat dianjurkan untuk menjadi rangkaian penutup setelah berolahraga atau setelah bekerja dengan intensitas dan ketegangan yang tinggi dengan tujuan untuk menjaga tubuh agar tetap bugar. Namun, keterbatasan fasilitas sauna yang biasanya hanya dapat ditemui di tempat-tempat tertentu saja, seperti di pusat kebugaran atau di hotel-hotel, menjadi kendala bagi sebagian besar masyarakat untuk dapat melakukan kegiatan sauna secara rutin. Dengan alasan-alasan di atas, maka dibuat sebuah alat yang dinamakan alat terapi sauna berkapasitas satu orang, yang mana di dalam ruangan tersebut terjadi pembangkitan kalor yang bersumber dari pemanas elektrik, sehingga suhu terapi sebesar 55-60 °C dapat dicapai untuk kemudian dipertahankan. Hasil perhitungan rancangan menunjukkan bahwa kalor total yang dilepas oleh pemanas elektrik adalah sebesar 500,3 Watt dan perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding sebesar 51,36 Watt. Data yang didapat dari hasil pengujian menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu terapi dari suhu awal ruangan adalah sekitar 30 menit.
Kata kunci : Sauna, perancangan, pemanas elektrik.
12
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dalam dunia kesehatan, kegiatan sauna bukan lagi menjadi hal yang baru, kegiatan ini dilakukan dengan tujuan untuk menjaga tubuh agar tetap bugar. Kegiatan sauna dianjurkan menjadi rangkaian penutup setelah berolahraga, karena dapat membantu mengendurkan kembali otot-otot tubuh yang mengejang dan berkontraksi saat berolahraga atau setelah bekerja dengan intensitas dan ketegangan tinggi. Dengan melakukan kegiatan sauna, maka racun dalam tubuh pun dapat terangkat, melancarkan peredaran darah dan memperbaiki jaringan otot sehingga terasa lebih rileks. Sayangnya, fasilitas sauna biasanya hanya dapat kita temui di tempattempat tertentu saja, seperti di pusat kebugaran atau di hotel-hotel. Hal inilah yang kadang menjadi kendala bagi sebagian besar masyarakat untuk dapat melakukan kegiatan sauna secara rutin, mengingat tidak sedikit biaya dan juga waktu yang dibutuhkan untuk dapat melakukan kegiatan yang menyehatkan ini. Dengan alasan-alasan di ataslah, penulis bermaksud membuat sebuah alat yang dinamakan alat terapi sauna berkapasitas satu orang, yang memanfaatkan panas dari pemanas elektrik. Tentunya penulis berharap alat ini nantinya dapat membantu mereka yang ingin tetap dapat melakukan kegiatan sauna, namun dengan cara yang lebih efisien, baik dari segi biaya maupun waktu.
13
1.2 Tujuan Tujuan dari perancangan alat ini adalah : Membuat alat terapi sauna berkapasitas satu orang yang memanfaatkan panas dari pemanas elektrik. Memproduksi alat terapi sauna dengan biaya yang dapat terjangkau oleh masyarakat. Meminimalisasi kerugian kalor yang terjadi di dalam alat terapi sauna.
1.3 Pembatasan Masalah Dalam laporan tugas akhir ini, penulis hanya membatasi pembahasan pada hal-hal di bawah ini : Proses perancangan alat terapi sauna. Perhitungan rancangan. Pengujian dan pertimbangan ergonomi pada alat terapi sauna.
1.4 Teknik Pengumpulan Data Teknik yang dilakukan dalam pengumpulan data pembuatan alat terapi sauna ini adalah sebagai berikut : 1. Study Literature, yang dilakukan dengan cara mempelajari buku-buku referensi yang berhubungan dengan proses pembuatan alat ini. 2. Metode Pengujian, yaitu metode yang dilakukan dengan cara mengambil data yang diperoleh dari hasil pengujian terhadap alat.
5
1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, teknik pengumpulan data dan sistematika penulisan.
BAB II
TEORI DASAR Bab ini berisi tentang teori-teori, serta perhitungan-perhitungan yang yang menjadi dasar dan acuan dalam perancangan alat ini.
BAB III
PERANCANGAN ALAT Bab ini berisi tentang langkah-langkah pekerjaan yang dilakukan di dalam proses perancangan alat.
BAB IV
PERHITUNGAN RANCANGAN Bab ini berisi tentang perhitungan rancangan, hasil pengujian serta pertimbangan ergonomi yang dilakukan pada rancangan alat terapi sauna.
BAB V
PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dari seluruh proses perancangan, perhitungan dan pengujian yang dilakukan terhadap alat serta saran-saran yang bermanfaat agar hasil perancangan dapat lebih sesuai dengan yang diharapkan.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
6
BAB II TEORI DASAR
2.1 Kegiatan Sauna Menjaga kebugaran tubuh merupakan satu rangkaian yang terdiri dari beberapa proses dan memerlukan satu sinergi untuk memberi hasil maksimal. Salah satunya adalah kegiatan sauna yang biasa dilakukan setelah berolahraga atau setelah bekerja dengan intensitas dan ketegangan tinggi. Namun, tidak sedikit orang yang melewatinya karena menganggap sauna hanya bagian dari pelengkap ritual. Padahal bila mau menilik lebih dalam, mandi sauna memiliki ragam manfaat bagi kesehatan dan telah dikenal sejak ribuan tahun lalu, antara lain di kebudayaan Roma, Mediteranian, Rusia dan Indian. Pada masa awalnya, sauna digunakan untuk membantu mengeluarkan racun dari dalam tubuh, menyegarkan pikiran dan tubuh. Hal ini pulalah yang kemudian menyebabkan sauna terkenal di berbagai belahan dunia lain. Hingga kini, manfaat kesehatan dari sauna tetap menjadi dasar bagi orang banyak untuk melakukannya. Itu sebabnya, mengapa sauna dianjurkan menjadi rangkaian penutup setelah berolahraga atau bekerja. Pasalnya, mandi sauna ini dapat membantu mengendurkan kembali otot-otot tubuh yang mengejang dan berkontraksi saat berolahraga atau setelah bekerja dengan intensitas dan ketegangan tinggi. Rasa pegal dari otot yang terasa mengejang setelah bekerja bisa disebabkan racun yang
7
menumpuk di jaringan otot. Dengan melakukan sauna, maka racun dalam tubuh pun dapat terangkat, melancarkan peredaran darah dan memperbaiki jaringan otot sehingga terasa lebih rileks. Keringat yang dihasilkan saat mandi sauna ini pun memberi keuntungan tersendiri. Keringat tersebut merupakan hasil dari pembakaran tubuh karena metabolisme tubuh yang meningkat selama proses sauna. Tidak heran, bila sauna kemudian menjadi salah satu proses untuk membantu melangsingkan tubuh. Panas yang dihasilkan pada saat melakukan kegiatan sauna ini pun akan membuka poripori kulit, sehingga membantu mengeluarkan racun dan kotoran dari dalam tubuh. Efeknya, kulit akan terasa lebih bersih dan kencang. Dengan demikian, tubuh pun akan terasa lebih segar dan sehat. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, dianjurkan untuk minum air mineral sebelum dan sesudah melakukan sauna. Kemudian, duduk atau berbaring sejenak, setidaknya selama 10 menit untuk memperoleh manfaat sauna secara maksimal. Patut diketahui pula bahwa kegiatan sauna tidak boleh dilakukan pada kondisi tertentu, seperti pada ibu hamil atau yang memiliki masalah pada saluran pernapasan.
2.2 Manfaat Kegiatan Sauna Dengan melakukan kegiatan sauna, kita dapat memperoleh manfaatmanfaat yang akan berguna bagi kesehatan tubuh, berikut ini adalah manfaatmanfaat yang dapat diperoleh apabila kita melakukan kegiatan sauna : Melancarkan sirkulasi darah tanpa meninggikan tekanan darah. Meningkatkan kadar oksigen dalam darah.
8
Meredakan ketegangan otot. Relaksasi saraf-saraf tubuh. Menghilangkan kekakuan dan gangguan-gangguan otot. Mempercepat hilangnya rasa sakit khususnya pada otot dan persendian. Membantu pengeluaran zat-zat yang tidak berguna dari dalam tubuh sehingga akan membantu proses detoksifikasi tubuh. Membantu mengontrol berat badan. Dengan lancarnya peredaran darah, terpenuhinya kadar oksigen dan meningkatnya proses detoksifikasi, maka metabolisme akan meningkat sehingga immunitas tubuh akan terjaga dengan baik. Cukup dengan penggunaan 30 menit setiap hari, tubuh akan merasakan kebugaran, relaks serta terasa lebih energik.
2.3 Gambaran Umum Alat Terapi Sauna Berbeda dengan ruangan sauna pada umumnya, yang biasanya berukuran besar dan memanfaatkan uap panas yang dialirkan ke dalam ruangan melalui lubang masukan, alat terapi sauna berkapasitas satu orang ini memiliki dimensi dan mekanisme yang berbeda, yaitu berukuran panjang 1m, lebar 1m dan tinggi 2m, serta memanfaatkan panas dari pemanas elektrik jenis glass heater yang ditempatkan pada bagian dalam alat terapi sauna.
9
Gambar 2.1 Alat terapi sauna, (a) bagian luar, (b) bagian dalam.
Alat terapi sauna di atas terdiri dari 3 (tiga) bagian utama, yaitu : 1. Ruangan alat terapi sauna Berfungsi sebagai tempat dimana suhu yang diinginkan yang mengacu pada suhu terapi, yaitu antara 55-60°C akan dipertahankan. Ruangan alat terapi sauna berkapasitas satu orang ini memiliki panjang 1m, lebar 1m dan tinggi 2m. Konstruksi dinding-dindingnya terdiri dari tiga lapisan, yaitu kayu triplex pada lapisan paling luarnya, diikuti dengan isolasi glass wool dan karton aluminium pada lapisan paling dalamnya. 2. Pemanas elektrik Berfungsi sebagai sumber panas yang digunakan untuk meningkatkan temperatur pada bagian dalam alat terapi sauna. Pemanas elektrik yang
10
digunakan adalah jenis glass heater, jumlahnya sebanyak 6 unit, yang masing-masing memiliki daya sekitar 150 Watt. Keenam glass heater ini memiliki dimensi yang sama yaitu panjang 0,29 m dan diameter 0,04 m. 3. Pengendali suhu Berfungsi untuk mengatur suhu di dalam alat terapi sauna agar sesuai dengan temperatur yang diinginkan. Pengendali suhu ini dilengkapi dengan termokopel sebagai sensor suhu otomatis.
2.4 Mekanisme Alat Terapi Sauna Prinsip kerja dari alat terapi sauna ini didasarkan pada teori perpindahan kalor secara konveksi bebas, yaitu bilamana sebuah benda ditempatkan dalam suatu fluida yang suhunya lebih rendah daripada benda tersebut, panas akan mengalir dari benda ke fluida itu serta mengakibatkan perubahan kerapatan lapisan-lapisan fluida di dekat permukaan. Perbedaan kerapatan menyebabkan fluida yang lebih berat mengalir ke bawah dan fluida yang lebih ringan mengalir ke atas. Keenam glass heater ditempatkan pada bagian bawah dan kedua sisi dari alat terapi sauna dengan pengaturan jarak yang disesuaikan agar panas dapat tersebar merata, glass heater ini dihubungkan dengan pengendali suhu dan juga sensor suhu termokopel. Ketika suhu diset pada besaran tertentu, glass heater akan mulai mengisi dan menghasilkan panas. Termokopel yang ujungnya diletakkan pada bagian dalam ruangan akan berfungsi sebagai pembaca suhu, apabila besaran suhu yang diset tadi telah tercapai, secara otomatis glass heater akan berhenti mengisi, dan begitu seterusnya.
11
2.5 Perpindahan Kalor Perpindahan kalor ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material, dimana bentuk energi yang berpindah tersebut adalah kalor atau panas. Secara umum, mekanisme perpindahan kalor dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi, namun yang akan dibahas hanyalah masalah perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi bebas, karena hanya kedua mekanisme itulah yang terjadi di dalam alat terapi sauna.
2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi Pada perpindahan kalor secara konduksi, kalor atau panas mengalir tanpa disertai gerakan zat, tetapi melaui satu jenis zat. Arah aliran energi kalor dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Konduksi panas mengikuti hukum Fourier yang dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : q
kA.
T x
(2.1)
di mana : q
= Laju perpindahan panas, W
k
= Konduktivitas termal bahan, W/m.°C
A
= Luas penampang melalui mana panas mengalir, yang harus diukur tegak lurus terhadap arah aliran panas, m² T = Gradien suhu ke arah perpindahan kalor, °C x
12
2.5.2 Konduktivitas Termal Konduktivitas termal dapat didefinisikan sebagai sifat bahan yang digunakan untuk menyatakan bahwa bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor dan juga menunjukkan berapa cepat kalor mengalir dalam suatu bahan. Nilai konduktivitas termal untuk beberapa bahan diberikan dalam tabel 2.1 di bawah ini : Tabel 2.1 Konduktivitas termal berbagai bahan.
13
2.5.3 Konduksi Melalui Dinding Datar Perhatikan suatu dinding datar pada gambar 2.2, di mana kita akan menerapkan hukum Fourier (Persamaan 2.1). Jika persamaan ini diintegrasikan, maka akan didapatkan : q
kA . T2 x
T1
(2.2)
Gambar 2.2 Perpindahan kalor konduksi melalui dinding datar.
bilamana konduktivitas termal dianggap tetap. Tebal dinding adalah
x,
sedang T1 dan T2 adalah suhu muka dinding. Jika dalam sistem itu terdapat lebih dari satu macam bahan, seperti dalam hal dinding lapis rangkap pada gambar 2.3 di bawah ini :
14
Gambar 2.3 Perpindahan kalor melalui dinding komposit.
maka aliran kalor dapat dituliskan sebagai berikut : q
T1 T4 xB / k B A
xA / kAA
xC / k C A
(2.3)
Laju perpindahan kalor dapat dipandang sebagai aliran, gabungan dari konduktivitas termal, tebal bahan dan luas merupakan tahanan terhadap aliran ini, sedangkan suhu merupakan fungsi potensial atau pendorong aliran itu, maka dapat dituliskan: Alirankalor
beda. potensial.termal tahanan.termal
(2.4)
atau q
Tmenyeluruh Rth
di mana Rth adalah tahanan termal dari bermacam-macam bahan itu.
15
(2.5)
2.5.4 Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan panas antara suatu permukaan padat dan suatu fluida berlangsung secara konveksi. Konveksi panas dapat dihitung dengan persamaan pendinginan Newton: q
hA Tw
T
(2.6)
di mana : q
= Laju perpindahan panas, W
h
= Koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m².°C
A
= Luas permukaan penampang panas, m²
Tw = Suhu dinding, °C T
= Suhu fluida, °C
Persamaan di atas mendefinisikan tahanan panas terhadap konveksi. Koefisien perpindahan panas permukaan h, bukanlah suatu sifat zat, akan tetapi menyatakan besarnya laju perpindahan panas di daerah yang dekat pada permukaan itu. Nilai kira-kira koefisien perpindahan kalor konveksi ditunjukkan pada tabel 2.2 di bawah ini :
33
Tabel 2.2 Nilai kira-kira koefisien perpindahan kalor konveksi.
2.5.5 Sistem Konveksi Bebas Perpindahan panas konveksi bebas terjadi bilamana sebuah benda ditempatkan dalam suatu fluida yang suhunya lebih tinggi atau lebih
34
rendah daripada benda tersebut, panas mengalir antara fluida dan benda itu serta mengakibatkan perubahan kerapatan lapisan-lapisan fluida di dekat permukaan. Perbedaan kerapatan menyebabkan fluida yang lebih berat mengalir ke bawah dan fluida yang lebih ringan mengalir ke atas.
2.5.6 Rumus Empiris Untuk Konveksi Bebas Selama bertahun-tahun telah diketahui bahwa koefisien perpindahan kalor konveksi bebas rata-rata untuk berbagai situasi, dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi berikut : Nu f
C Gr f Pr f
m
(2.7)
di mana : Nu f = Angka Nusselt C,m = Konstanta untuk permukaan isotermal Grd
= Angka Grashof
Pr f = Angka Prandtl Subskrip f menunjukkan bahwa sifat-sifat untuk gugus tak berdimensi dievaluasi pada suhu film : T
Tf
Tw
2
(2.8)
Angka Nusselt Angka Nusselt adalah suatu besaran tanpa dimensi dan dapat ditafsirkan secara fisik sebagai perbandingan gradien suhu yang
35
langsung bersinggungan dengan permukaan terhadap suatu gradien suhu acuan. Angka Grashof Angka Grashof dapat ditafsirkan secara fisis sebagai suatu gugus tak berdimensi yang menggambarkan perbandingan antara gaya apung dengan gaya viskos di dalam sistem aliran konveksi bebas. Angka grashof merupakan variabel utama yang digunakan sebagai kriteria transisi dari aliran lapisan-batas laminar menjadi turbulen, di mana angka grashof kritis adalah kira-kira 4 10 8 sedangkan nilai antara 10 8 dan 10 9 biasa diamati untuk berbagai fluida dan lingkungan tingkat turbulen. Angka Prandtl Angka Prandtl merupakan parameter yang menghubungkan ketebalan relatif antara lapisan batas hidrodinamik dan lapisan batas termal. Angka Rayleigh Angka Rayleigh merupakan produk perkalian antara angka Grashof dan angka Prandtl. Ra
Gr Pr
Dimensi karakteristik yang digunakan dalam angka Nusselt dan angka Grashof bergantung pada geometri soal itu. Untuk bidang vertikal, hal itu ditentukan oleh tinggi plat, L ; untuk silinder horizontal oleh diameter d ; dan demikian seterusnya. Pada tabel 2.3 di bawah ini,
36
diberikan nilai-nilai konstanta C dan m untuk permukaan isotermal dalam berbagai situasi yang dapat digunakan untuk tujuan perhitungan.
Tabel 2.3 Konstanta persamaan untuk permukaan isotermal.
10 1 10 4 10 9 10 9 0 10 5 10 4 10 9 10 10 10 2 10 2 10 4 10 7 2 10 4
10 4 10 9 1013 10 13 10 5 10 4 10 9 10 12 10 2 10 2 10 4 10 7 10 12 8 10 6
8 10 6 10 11
10 5 10 11 10 4 10 6
10 4 10 9
37
2.5.7 Konveksi Bebas Dari Silinder Horizontal Untuk permukaan silinder horizontal, angka Nusselt dan angka Grashof dibentuk dengan d, yaitu diameter silinder, sebagai dimensi karakteristik. T
Tw
Gambar 2.4 Konveksi bebas dari silinder horizontal.
Keterangan : Tw
Temperatur permukaan silinder, °C
T
Temperatur fluida, °C d
Diameter silinder, m
L
Panjang silinder, m
Suhu film dihitung dengan persamaan : Tf
T
Tw
2
subskrip f menunjukkan bahwa sifat-sifat untuk : k = Konduktivitas termal fluida, W/m. C v = Viskositas kinematik, m²/s 10
6
ß = Koefisien volume pemuaian, 1/K Pr = Angka Prandtl
38
dievaluasi pada suhu film, yang dapat ditemukan pada tabel 2.4 di bawah ini : Tabel 2.4 Sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer.
Selanjutnya, dilakukan perkalian antara angka Grashof dan angka Prandtl : Grd Pr
T d3
g Tw 2
39
Pr
(2.9)
Untuk menghitung besarnya angka Nusselt digunakan persamaan berikut : Nu d
C Grd Pr
m
(2.10)
di mana : Nu d = Angka Nusselt C,m = Konstanta untuk permukaan isotermal Grd
= Angka Grashof
Pr
= Angka Prandtl
Sehingga, koefisien perpindahan panas konveksi dapat dihitung dengan rumus: h
k .Nu d d
(2.11)
di mana : h = Koefisien perpindahan panas konveksi, W/m². C Nu = Angka Nusselt k = Konduktivitas termal fluida, W/m. C d = Diameter silinder, m Maka, perpindahan kalor dapat dihitung dengan persamaan : q
hA Tw
T
di mana A, luas untuk silinder adalah A
40
.d .L
2.5.8 Konveksi Bebas Dari Bidang Vertikal Untuk permukaan silinder horizontal, angka Nusselt dan angka Grashof dibentuk dengan L, yaitu tinggi permukaan, sebagai dimensi karakteristik.
T h
Gambar 2.5 Konveksi bebas dari bidang vertikal.
Keterangan : Tw
Temperatur dinding, °C
T
Temperatur lingkungan, °C
L l
Tinggi dinding, m Lebar dinding, m
Suhu film dihitung dengan persamaan : Tf
T
Tw
2
41
Subskrip f menunjukkan bahwa sifat-sifat untuk : k = Konduktivitas termal fluida, W/m. C v = Viskositas kinematik, m²/s 10
6
ß = Koefisien volume pemuaian, 1/K Pr = Angka Prandtl dievaluasi pada suhu film, yang dapat ditemukan dalam pada tabel 2.4, sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer. Kemudian, produk Gr Pr dihitung sebagai berikut : T L3
g Tw
GrL Pr
2
Pr
(2.12)
Selanjutnya, untuk menghitung besarnya angka Nusselt digunakan persamaan berikut : Nu L
0,670 Ra
0,68 1
Nu L
1
2
0,492 / Pr
1
4 9
4 16
0,387 Ra
0,825 1
0,492 / Pr
1
untuk Ra L
(2.13)
9
6
9
10 9
8 16
untuk 10
1
Ra L
1012
(2.14)
27
Sehingga, koefisien perpindahan panas konveksi dapat dihitung dari rumus: h
k .Nu L L
di mana : h = Koefisien perpindahan panas konveksi, W/m². C Nu = Angka Nusselt
42
(2.15)
k = Konduktivitas termal fluida, W/m. C L
= Tinggi dinding, m
Maka, perpindahan kalor dapat dihitung dengan persamaan : q
hA Tw
T
di mana A, luas untuk bidang vertikal adalah A
L l
2.5.9 Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh Perhatikan dinding datar seperti pada gambar 2.6(a), di mana pada satu sisinya terdapat fluida panas A, dan pada sisi lainnya terdapat fluida B yang lebih dingin. Proses perpindahan kalor dapat digambarkan dengan jaringan tahanan seperti pada gambar 2.6(b). Perpindahan kalor menyeluruh dihitung dengan jalan membagi beda suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan termal : q
T A TB 1 / h1 A x / kA 1 / h2 A
(2.16)
Gambar 2.6 (a) Perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding datar. (b) Jaringan tahanan termal.
43
Perhatikanlah bahwa nilai 1 / h1 A digunakan di sini untuk menunjukkan tahanan konveksi. Aliran kalor menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi bisa dinyatakan dengan koefisien perpindahan kalor menyeluruh U, yang dirumuskan dalam hubungan : q
U . A. Tmenyeluruh
(2.17)
di mana A ialah luas bidang aliran kalor. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh ialah : U
1 / h1
1 x / k 1 / h2
(2.18)
2.6 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan 2.6.1 Pengertian Ergonomi Ergonomi adalah ilmu yang menemukan dan mengumpulkan informasi
tentang
tingkah
laku,
kemampuan,
keterbatasan,
dan
karakteristik manusia untuk perancangan mesin, peralatan, sistem kerja, dan lingkungan yang produktif, aman, nyaman dan efektif bagi manusia. Ergonomi merupakan suatu cabang ilmu yang sistematis untuk memanfaatkan informasi mengenai sifat manusia, kemampuan manusia dan keterbatasannya untuk merancang suatu sistem kerja yang baik agar tujuan dapat dicapai dengan efektif, aman dan nyaman. Fokus utama pertimbangan ergonomi adalah mempertimbangkan unsur manusia dalam perancangan objek, prosedur kerja dan lingkungan kerja. Sedangkan metode pendekatannya adalah dengan mempelajari hubungan manusia, pekerjaan dan fasilitas pendukungnya, dengan harapan
44
dapat sedini mungkin mencegah kelelahan yang terjadi akibat sikap atau posisi penggunaan produk yang keliru. Untuk itu, dibutuhkan adanya data pendukung seperti ukuran bagian-bagian tubuh yang memiliki relevansi dengan tuntutan aktivitas, dikaitkan dengan profil tubuh manusia, baik orang dewasa, anak-anak atau orang tua, laki-laki dan perempuan, utuh atau cacad tubuh, gemuk atau kurus. Jadi, karakteristik manusia sangat berpengaruh pada desain dalam meningkatkan produktivitas kerja manusia untuk mencapai tujuan yang efektif, sehat, aman dan nyaman. Tujuan tersebut dapat tercapai dengan adanya pengetahuan tentang kesesuaian, kepresisian, keselamatan, keamanan, dan kenyamanan manusia dalam menggunakan hasil produk desain, yang kemudian dikembangkan dalam penyelidikan di bidang ergonomi. Penyelidikan ergonomi dibedakan menjadi empat kelompok, yakni : 1. Penyelidikan tentang kekuatan fisik manusia Penyelidikan dengan mengukur kekuatan serta ketahanan fisik manusia dengan tujuan mendapatkan perancangan obyek serta peralatan yang sesuai dengan kemampuan fisik manusia. 2. Penyelidikan tentang ukuran Penyelidikan ini bertujuan untuk mendapatkan rancangan yang sesuai dengan ukuran atau dimensi tubuh manusia. 3. Penyelidikan tentang produk yang akan dirancang
45
Meliputi penyelidikan mengenai kondisi fisik produk rancangan dan fasilitasnya, misalnya pengaturan cahaya, kebisingan, temperatur dan suara. Berkenaan dengan penyelidikan tersebut, beberapa disiplin ilmu ergonomi yang terlibat antara lain anatomi dan fisiologi (struktur dan fungsi pada manusia), antropometri (ukuran-ukuran tubuh manusia), fisiologi psikologi (sistim syaraf dan otak manusia), dan psikologi eksperimen (perilaku manusia). Studi tentang psikologi eksperimen dalam desain diperlukan untuk mengetahui kebutuhan dimensi/ukuran tubuh manusia (misalnya saja kebiasaan, perilaku dan budaya manusia duduk, berdiri, mengambil sesuatu, dan bergerak), sehingga didapatkan ukuran yang tepat agar tidak terjadi kekeliruan data dalam perencanaan desain. Psikologi dijadikan studi karena dianggap penting untuk menelaah perilaku dan hal-hal yang dipikirkan oleh manusia sebagai pengguna desain. Manusia adalah faktor utama yang mempengaruhi bentuk, proporsi dan skala produk rancangan. Untuk memperoleh manfaat dan kenyamanan dalam menggunakannya, produk harus dirancang sesuai dengan ukuran tubuh manusia, jarak bebas yang diperlukan oleh pola aktivitas dan sifat aktivitas yang dijalani. yang tepat dalam perencanaan desain. Esensi dasar dari evaluasi ergonomi dalam proses perancangan desain adalah sedini mungkin mencoba memikirkan kepentingan manusia agar bisa terakomodasi dalam setiap kreativitas. Fokus perhatian dari sebuah kajian ergonomis akan mengarah ke upaya pencapaian sebuah
46
perancanganan desain suatu produk yang memenuhi persyaratan sehingga setiap rancangan desain harus selalu memikirkan kepentingan manusia, yakni perihal keselamatan, kesehatan, keamanan maupun kenyamanan. Untuk melaksanakan kajian atau evaluasi (pengujian) bahwa desain sudah memenuhi persyaratan ergonomis adalah dengan
mempertimbangkan
faktor manusia, dalam hal ini ada empat aturan sebagai dasar perancangan desain, yakni : 1. Memahami bahwa manusia merupakan fokus utama perancangan desain, sehingga hal-hal yang berhubungan dengan struktur anatomi (fisiologik) tubuh manusia harus diperhatikan, demikian juga dengan dimensi ukuran tubuh (anthropometri). 2. Menggunakan prinsip-prinsip kinesiologi dalam perancangan desain (studi mengenai gerakan tubuh manusia dilihat dari aspek biomechanics), tujuannya untuk menghindarkan manusia melakukan gerakan kerja yang tidak sesuai, tidak beraturan dan tidak memenuhi persyaratan efektivitas efisiensi gerakan. 3. Pertimbangan
mengenai
kelebihan
maupun
kekurangan
(keterbatasan) yang berkaitan dengan kemampuan fisik yang dimiliki oleh manusia di dalam memberikan respon sebagai kriteriakriteria yang perlu diperhatikan pengaruhnya dalam perancangan desain.
47
4. Mengaplikasikan semua pemahaman yang terkait dengan aspek psikologik
manusia
sebagai
prinsip-prinsip
yang
mampu
memperbaiki motivasi, attitude, moral dan kepuasan. Selain hal-hal tersebut di atas, unsur lain yang juga penting untuk diperhatikan
dalam perancangan
desain
adalah
hubungan
antara
lingkungan, manusia, alat-alat atau perangkat kerja, dengan produk fasilitas kerjanya. Satu sama lain saling berinteraksi dan memberi pengaruh signifikan terhadap peningkatan produktivitas, efisiensi, keselamatan, kesehatan, kenyamanan maupun ketenangan pengguna produk sehingga menghindarkan diri dari segala bentuk kesalahan manusiawi (human error) yang berakibat kecelakaan kerja.
2.6.2 Aspek Pertimbangan Desain Desain merupakan hasil dari sebuah proses berfikir yang berlandaskan pada ilmu pengetahuan yang bersifat rasional dan pragmatis. Mendesain
berarti
melaksanakan
suatu
rentetan
kegiatan
yang
menggabungkan daya cipta, penguasaan perkembangan teknologi, dan unsur estetika yang memenuhi syarat untuk diproduksi. Desain adalah kegiatan pemecahan masalah dan inovasi teknologis yang bertujuan untuk mencari solusi terbaik dengan jalan memformulasikan terlebih dahulu gagasan inovatif ke dalam suatu model, dan kemudian merealisasikan kenyataan secara kreatif. Sekalipun desain itu adalah disiplin keilmuan yang menyangkut sains alam (hal-hal yang fisis) dan sains sosial yang
48
menyangkut perilaku (behavior), peranan seni dalam pengertian cita rasa estetis juga memegang peranan dalam pemecahan masalah dan pengambilan keputusan. Pemecahan masalah yang berlaku di satu kasus, tidak dengan sendirinya berlaku di kasus yang lain, desain pun jadi relatif terhadap waktu dan tempat. Apa yang dipecahkan saat ini, cepat atau lambat akan menjadi usang. Konsep inovasi desain kemudian berkembang menjadi dasar kehadiran profesi desain produk. Desain bukan lagi berfungsi sebagai pemberi bentuk akhir atau intervensi estetis pada sebuah produk saja, tugasnya lebih meluas lagi pada pemecahan masalah melalui media desain. Ada dua hal yang bisa dikatakan sebagai signifikasi sosial desain, yang pertama adalah bentuk dari desain itu sendiri yang mengekspresikan konteks sosial suatu fenomena desain, yang kedua adalah desain sebagai kegiatan sintesis yang berorientasi terhadap sasaran akhir yang bersifat antroposentris. Suatu kegiatan yang secara fundamental didefinisikan oleh kemampuannya untuk menyatupadukan beberapa kebutuhan yang saling bertentangan, misalnya pertimbangan etika dengan kepentingan ekonomi, atau tuntutan teknologi dengan persyaratan sosial. Dengan potensinya yang terakhir inilah desain mempunyai kesempatan besar untuk ikut memajukan mutu kehidupan manusia, memecahkan permasalahan dan membuat kemungkinan-kemungkinan menjadi kenyataan.
49
Keberhasilan desain terbentuk dari adanya persepsi yang sama antara pemilik proyek atau pemilik modal yang ingin memproduksi bendabenda berkualitas, desainer yang terlatih dan mempunyai cita rasa tinggi, dan pelaksana di workshop yang bertanggung jawab dan berketrampilan baik, selain aspek produsen, ditambah dengan konsumen yang sudah mempunyai kesadaran desain dan selalu menuntut kualitas, maka produk dengan mutu desain yang baik adalah konsekuensi yang wajar. Berbicara mengenai desain yang baik, di dalamnya mencakup bukan hanya bentuk, bahan dan warna saja, tetapi yang lebih penting adalah fungsi, yaitu apakah bisa menjawab kebutuhan sosial pemakainya. Selain itu, harus memperhatikan teknis dalam reproduksi, durabilitas, konstruksi, efisiensi material, ergonomi, penerapan teknologi menjadi lebih menonjol selain masalah estetika, dan kenyamanan yang mengacu pada selera pemakai atau pengguna. Desain dapat disesuaikan dengan tujuan, penampilan dan kenikmatan (kenikmatan untuk bergerak, memperbaiki, penyimpanan, dan membersihkan, serta kenikmatan pada ukuran, bentuk, proporsi dan daya lentur). Desain yang baik perlu memperhatikan hal-hal di bawah ini : 1. Tingkat kegunaan yang tinggi. 2. Aman. 3. Produk berumur panjang dan tidak cepat usang. 4. Ergonomis. 5. Mempunyai tingkat kesesuaian yang tinggi dalam lingkungannya.
50
6. Ramah lingkungan. 7. Cara kerja produk mudah dipahami. 8. Kualitas bentuk yang tinggi. 9. Mampu menstimulasi perasaan. Aspek pertimbangan dalam mendesain suatu produk diungkapkan dengan bagan di bawah ini:
Bagan Yang Menunjukkan Aspek Pertimbangan Desain.
51
2.6.3 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan Alat Terapi Sauna Secara garis besar, pertimbangan ergonomi yang dilakukan dalam perancangan alat terapi sauna ini adalah dengan memperhatikan hal-hal di bawah ini : 1. Dimensi. 2. Tempat duduk. 3. Warna. 4. Kebisingan. 5. Cahaya. 6. Temperatur. Selain hal-hal tersebut di atas, kemampuan untuk meningkatkan manfaat dari penggunaan produk alat terapi sauna ini dipengaruhi pula oleh sikap, gerakan, aktivitas, struktur fisik tubuh manusia, struktur tulang, otot rangka, sistem saraf dan proses metabolisme. Sikap yang tidak tepat menyebabkan gangguan, stress, rasa malas, ketidaknyamanan dan kelelahan (kelelahan pada seluruh tubuh, mental, urat syaraf, bahkan menyebabkan rasa sakit dan kelainan pada struktur tubuh manusia.
52
BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1 Tahap Awal Perancangan Sebelum kita melakukan perancangan suatu alat, tentunya terlebih dahulu harus diketahui jenis alat, fungsi alat, keuntungan dan kerugian alat yang akan dirancang serta komponen-komponen yang akan digunakan agar proses perancangan dapat berjalan dengan baik. Flow Chart Perancangan
53
3.2 Jenis Alat Yang Akan Dirancang Jenis alat yang akan dirancang adalah alat terapi sauna berkapasitas satu orang yang memiliki dimensi tinggi 2 m, panjang 1 m dan lebar 1 m.. Berbeda dengan ruangan sauna pada umumnya, yang biasanya memanfaatkan uap panas yang dialirkan ke dalam ruangan melalui lubang masukan, ruangan alat terapi sauna ini memiliki mekanisme yang berbeda, yaitu dengan memanfaatkan panas dari pemanas elektrik jenis glass heater yang ditempatkan di dalam ruangan sauna.
Gambar 3.1 Dimensi ruangan alat terapi sauna.
3.3 Fungsi Alat Yang Dirancang Alat ini berfungsi sebagai ruangan yang di dalamnya terjadi pembangkitan panas dari pemanas elektrik yang bertujuan untuk meningkatkan temperatur udara
49
di dalam ruangan hingga mencapai suhu terapi, yaitu antara 55-60°C, sehingga orang yang ada di dalam ruangan tersebut dapat memanfaatkannya untuk menghasilkan keringat sebagai akibat dari pembakaran kalori di dalam tubuh. Untuk memperkecil rugi kalor dari dalam ruangan, triplex yang dilapisi dengan glass wool dan karton alumunium digunakan sebagai bahan isolasi dinding.
Gambar 3.2 Bahan isolasi dinding pada ruangan alat terapi sauna.
3.4 Keuntungan dan Kerugian Alat Terapi Sauna a. Keuntungan : 1. Pengoperasian alat sangat mudah dan aman. 2. Biaya pembuatan relatif terjangkau. 3. Dapat dipindah-pindahkan sesuai dengan kebutuhan.
50
b. Kerugian 1. Alat masih dalam pengembangan sehingga belum sempurna baik dari segi konstruksi maupun effisiensinya. 2. Membutuhkan daya listrik yang cukup besar, yaitu sekitar 900 Watt.
3.5 Komponen-Komponen Alat Pada perancangan alat ruangan sauna ini akan digambarkan secara garis besar apa saja komponen-komponen yang digunakan serta fungsi dan penempatannya, komponen-komponen tersebut antara lain : 1. Ruangan alat terapi sauna Ruangan sauna ini berfungsi sebagai tempat dimana suhu akhir yang diinginkan dapat dipertahankan. Ruangan sauna berkapasitas satu orang ini memiliki tinggi 2 m, panjang 1 m dan lebar 1 m. Sebagai bahan rangka utama dan dinding dipilih bahan kayu, karena selain harganya yang relatif terjangkau, kayu memiliki konduktivitas termal bahan yang kecil, sehingga panas yang dibangkitkan oleh pemanas elektrik tidak dapat dengan mudah merambat ke bagian rangka utama dan dinding ruangan. Jenis kayu yang digunakan untuk rangka adalah kayu meranti yang memiliki kekuatan dan tahan lama.
51
Gambar 3.3 Ruangan alat terapi sauna, (a) bagian luar, (b) bagian dalam.
2. Pemanas Elektrik Glass Heater Pemanas elektrik atau heater yang digunakan adalah jenis glass heater, yaitu sebanyak 6 unit, yang masing-masing memiliki daya maksimum sebesar 150 Watt. Keenam glass heater ini memiliki dimensi yang sama yaitu panjang 0,29 m dan diameter 0,04 m. Konstruksi dari glass heater ini terdiri atas lilitan kawat yang pada kedua ujungnya terdapat kabel yang nantinya akan dihubungkan ke contactor, bagian luarnya diselubungi oleh tabung kaca.
52
Gambar 3.4 Pemanas elektrik glass heater.
3. Contactor Contactor dilengkapi dengan saklar otomatis yang akan menjalankan dan menghentikan aliran listrik ke pemanas-pemanas elektrik secara otomatis. Ketika sensor suhu termokopel membaca suhu berada di bawah temperatur yang diset, contactor akan melakukan pengisian dan akan menghentikan pengisian secara otomatis apabila temperatur yang diinginkan telah tercapai, dan begitu seterusnya.
Gambar 3.5 Contactor.
53
4. Thermo Control Thermo control merupakan salah satu komponen terpenting pada ruangan sauna ini, fungsinya adalah sebagai pengendali suhu, di mana suhu ruangan yang diinginkan dapat diatur melalui alat ini. Konstruksinya terdiri dari tombol pengatur suhu dan lampu indikator pengisian heater.
(a)
(b)
Gambar 3.6 Thermo control : (a) Bagian depan, (b) Bagian belakang.
5. Termokopel Termokopel
merupakan
sensor
suhu
elektrik
yang
bekerja
berdasarkan efek seeback, yaitu jika dua buah kabel yang terbuat dari logam yang berbeda disambungkan pada kedua ujungnya dan salah satu ujung itu dipanaskan, maka akan mengalir arus listrik.
54
Gambar 3.7 Termokopel.
6. Mini Circuit Breaker Mini Circuit Breaker atau MCB adalah alat pengaman yang sangat diperlukan dalam sebuah unit instalasi listrik. Fungsi dari MCB ini adalah sebagai pemutus arus listrik apabila terjadi hubungan listrik arus pendek, sehingga bahaya kebakaran dan sebagainya dapat dicegah.
Gambar 3.8 Mini circuit breaker.
7. Kabel Kabel yang digunakan adalah kabel jenis kawat tembaga dengan ukuran 1 x 1,5 mm untuk instalasi heater dan ukuran 2 x 2,5 mm untuk instalasi listrik utama dan lampu.
55
8. Glass Wool Glass Wool adalah bahan isolasi yang berdaya serap tinggi, selain dapat digunakan untuk meredam panas, glass wool juga sekaligus berfungsi
sebagai
peredam
suara.
Bentuknya
yang
fleksibel
menjadikannya tidak terlalu sulit dalam hal pemasangannya. Glass wool yang digunakan memiliki ketebalan sekitar 0,105 m.
9. Karton Alumunium Karton alumunium digunakan sebagai lapisan isolasi bagian paling dalam pada ruangan, dengan tebal sekitar 0,0005 m. Pemilihan bahan ini sebagai lapisan interior ruangan didasarkan pada keunggulan bahan ini yang memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut : 1. Pemantul panas yang baik. 2. Tahan terhadap korosi. 3. Memiliki konduktivitas termal yang sangat baik. 4. Memiliki permukaan yang menarik (mengkilap).
Gambar 3.9 Glass Wool dan karton Aluminium.
56
10. Roda Fungsi roda pada alat ini adalah untuk memudahkan apabila alat akan dipindahkan atau digeser. Roda ini berjumlah 4 buah yang masingmasingnya dilengkapi dengan kunci pengaman.
11. Lampu Fungsi lampu pada alat ini tidak berbeda seperti fungsi lampu pada umumnya, yaitu sebagai alat penerangan di dalam ruangan. Lampu yang digunakan adalah lampu ball lamp berdaya 5 Watt.
3.6 Proses Perancangan 1. Perancangan Rangka Ruangan Langkah awal proses perancangan rangka ruangan adalah melakukan pemilihan bahan rangka. Sebagai bahan dipilih kayu, karena selain harganya yang relatif terjangkau, kayu memiliki konduktivitas termal bahan yang kecil, sehingga panas yang dibangkitkan oleh pemanas elektrik tidak dapat dengan mudah merambat ke bagian rangka. Jenis kayu yang digunakan untuk rangka adalah kayu meranti yang memiliki kekuatan dan tahan lama. Langkah selanjutnya adalah melakukan pemotongan kayu dengan menggunakan mesin potong dengan rincian ukuran dan jumlah sebagai berikut :
57
1. Rangka vertikal, ukuran panjang 2 m, lebar 0,06 m dan tebal 0,04 m, rangka ini dibuat sebanyak 5 buah, sebagai rangka untuk sisi kiri, kanan, belakang dan depan ruangan. 2. Rangka horizontal, ukuran panjang 1 m, lebar 0,06 m dan tebal 0,04 m, rangka ini dibuat sebanyak 10 buah, sebagai rangka untuk sisi atas dan sisi bawah ruangan. 3. Rangka untuk dudukan pemanas elektrik, rangka untuk dudukan pemanas elektrik dibuat dari dua buah rangka berukuran panjang 0,9 m, lebar 0,06 m dan tebal 0,04 m. Keduanya kemudian dibuatkan alur pada bagian tengahnya yang nantinya akan digunakan sebagai dudukan heater, rangka ini dibuat sebanyak 6 pasang sesuai dengan jumlah heater yang akan digunakan. Kemudian setelah dihaluskan dengan menggunakan amplas, semua potongan rangka tadi kemudian disambung dengan menggunakan lem kayu dan paku hingga terbentuk rangka utama dari ruangan alat terapi sauna, seperti yang terlihat pada gambar 3.10 di bawah ini :
58
Gambar 3.10 Rangka utama dari ruangan alat terapi sauna.
2. Perancangan Dinding Ruangan Sebagai bahan untuk dinding ruangan, dipilih triplex dengan ketebalan 0,003 m, karena selain harganya yang relatif terjangkau, bahan triplex memiliki konduktivitas termal bahan yang kecil, sehingga panas yang dibangkitkan di dalam ruangan tidak dapat dengan mudah merambat ke dinding permukaan bagian luar ruangan alat terapi sauna. Langkah selanjutnya adalah melakukan pemotongan triplex dengan menggunakan gergaji kayu dengan rincian ukuran dan jumlah sebagai berikut :
59
1. Dinding sisi vertikal, ukuran panjang 2 m dan lebar 1 m, sebanyak 3 lembar, yang akan digunakan untuk dinding sisi kiri, kanan dan belakang ruangan. 2. Dinding sisi atas, ukuran persegi 1 m x 1 m, sebanyak 1 lembar, yang akan digunakan untuk dinding sisi atas (atap). 3. Sisi bagian bawah (lantai), bahan yang di gunakan adalah papan dengan tebal 0,03 m, agar lebih kuat dalam menahan beban. Sama seperti sisi bagian atas, papan dipotong dengan ukuran 1 m x 1m dengan menggunakan mesin potong. 4. Sisi bagian depan, untuk dinding sisi bagian depan, triplex dipotong menurut ukuran rangka bagian depan, namun tidak termasuk bagian pintu, yaitu berukuran tinggi 2 m dan lebar 0,35 m. Bagian sebelah atas dari triplex dibuat lubang berbentuk persegi yang nantinya akan digunakan sebagai tempat kedudukan control box. Selanjutnya semua potongan triplex untuk dinding dipasang, termasuk potongan papan untuk lantai. Pemasangan dilakukan dengan menggunakan lem kayu dan paku, sehingga terbentuk ruangan utama dari alat terapi sauna.
3. Perancangan Pintu Sebelumnya dibuat rangka pintu yang meliputi rangka utama pintu dan rangka untuk jendela. Rangka pintu ini berukuran panjang 2 m dan lebar 0,65 m. Selanjutnya dilakukan pemotongan triplex sesuai dengan ukuran
60
rangka untuk kedua sisi bagian dalam dan luar pintu. Triplex lalu dipasang dengan menggunakan lem kayu dan paku, dilanjutkan dengan pemasangan jendela kaca. Pada bagian atas pintu dibuat lubang dengan diameter 0,015 m sebanyak 6 buah, lubang ini nantinya akan berfungsi sebagai ventilasi udara. Kemudian dilakukan pemasangan pintu ke ruangan utama alat dengan menggunakan engsel sebanyak 2 buah, setelah itu dilanjutkan dengan pemasangan handle pintu.
4. Pemasangan Roda Roda yang akan dipasang berjumlah 4 buah yang masing-masingnya dilengkapi dengan kunci pengaman. Sebelumnya dilakukan pelubangan pada keempat sudut bagian lantai dari alat dengan menggunakan mesin bor. Lubang ini berfungsi sebagai tempat pemasangan baut untuk dudukan roda. Jumlah lubang pada masing-masing sudut berjumlah 4 buah dengan diameter lubang masing-masing 0,01 m, ukuran jarak antara lubang disesuaikan dengan ukuran jarak pada dudukan roda. Keempat buah roda lalu dipasang dengan menggunakan baut dan ring dan kemudian mengencangkannya.
5. Perancangan Tempat Duduk Sebelumnya, dirancang rangka untuk tempat duduk dengan ukuran seperti yang terlihat pada gambar 3.11, kemudian dilakukan pemasangan
61
rangka didalam ruangan alat terapi sauna dengan menggunakan lem kayu dan paku. Tempat duduk dirancang dengan ukuran tinggi 0,43 m dari pijakan kaki, lebarnya disesuaikan dengan lebar ruangan bagian dalam, yakni 0,93 m. Sebagai sandaran untuk bagian punggung hingga kepala, bagian atas dari tempat duduk sengaja dibuat miring dengan kemiringan sebesar 10°. Bahan untuk rangka menggunakan kayu ukuran lebar 0,06 m dan tebal 0,04 m. Selanjutnya setelah rangka terpasang pada bagian dalam ruangan, dilakukan pemasangan alas tempat duduk, bahan yang digunakan untuk alas tempat duduk adalah papan kayu dengan ukuran tebal sekitar 0,03 m.
Gambar 3.11 Rangka tempat duduk.
62
6. Pemasangan Lapisan Isolasi Glasswool Lapisan isolasi glasswool yang akan dipasang memiliki ketebalan sekitar 0,105 m. Bagian ruangan yang akan diberikan isolasi glasswool adalah dinding sisi bagian kiri, kanan, belakang dan atas. Setelah dipotong sesuai
dengan
ukuran
dinding,
glasswool
lalu
dipasang
dengan
menggunakan lem perekat hingga menutupi seluruh permukaan dinding yang dimaksud di atas.
7. Pemasangan Lembaran Alumunium Lembaran alumunium setebal 0,0005 mm digunakan sebagai lapisan terakhir pada bagian dalam ruangan. Setelah dipotong sesuai dengan ukuran dinding sisi bagian kiri, kanan, depan, belakang dan atas, lembaran alumunium ini kemudian dipasang dengan menggunakan lem perekat.
8. Perancangan Control Box Fungsi dari control box adalah sebagai tempat kedudukan untuk thermo control, contactor dan MCB. Control box dibuat dari papan kayu berukuran persegi dengan tebal 0,02 m, panjang 0,3 m dan lebar 0,2 m. Pada bagian belakangnya dibuat semacam pintu untuk memudahkan dalam pemasangan kabel-kabel instalasi dari heater dan sebagainya. Setelah thermo control, contactor dan MCB dipasang pada control box dengan menggunakan baut, control box lalu dipasang pada sisi kanan bagian depan ruangan yang telah dilubangi tadi dengan bagian thermo control
63
menghadap ke luar. Untuk memperkuat kedudukannya, bagian sisi-sisi box control dipaku ke rangka ruangan bagian depan.
9. Pemasangan Instalasi Pemanas elektrik Masing-masing pemanas elektrik dipasang pada dudukannya yang telah tersedia pada kedua sisi bagian dalam ruangan, selanjutnya dilakukan pemotongan kabel untuk instalasi pemanas elektrik ke contactor. Ukuran panjang kabel yang akan dipotong disesuaikan dengan jarak masing-masing pemanas elektrik ke contactor. Kabel-kabel yang sudah dipotong kemudian disambungkan ke masingmasing pemanas elektrik dan lalu dihubungkan ke contactor. Dari contactor kabel kemudian dihubungkan ke thermo control dan ke MCB. Demikian juga dengan kabel untuk arus listrik utama, dihubungkan ke MCB. Untuk termokopel, kedua ujung kabelnya dihubungkan ke thermo control, sedangkan ujung yang satu dimasukkan ke dalam ruangan sebagai pendeteksi suhu. Selanjutnya, untuk keamanan, semua jalur kabel dibungkus dengan isolasi alumunium.
64
BAB IV PERHITUNGAN RANCANGAN
Perhitungan dilakukan untuk mengetahui besarnya kalor yang dilepaskan oleh pemanas elektrik ke dalam ruangan alat terapi sauna yang mekanisme perpindahan kalornya terjadi secara konveksi bebas dan untuk mengetahui perpindahan kalor menyeluruh yang melalui dinding alat terapi sauna sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi. Kemudian, dilakukan perhitungan perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding jika tanpa menggunakan isolasi glass wool untuk mengetahui berapa besarnya pengurangan rugi kalor yang melalui dinding dengan adanya lapisan isolasi glass wool tersebut. Selanjutnya, akan dilanjutkan pembahasan mengenai proses pengujian alat terapi sauna dan hasil-hasil yang diperoleh yang disajikan dalam sebuah tabel dan juga grafik. Pembahasan pada bab ini akan diakhiri dengan pertimbangan ergonomi yang dilakukan dalam perancangan alat terapi sauna ini, dengan tujuan untuk menghasilkan sebuah desain yang ergonomis.
65
4.1 Kalor Yang Dilepaskan Oleh Pemanas Elektrik Ke Ruangan Mekanisme perpindahan kalor dari pemanas elektrik ke ruangan alat terapi sauna terjadi secara konveksi bebas, temperatur permukaan pemanas elektrik dan temperatur udara di dalam ruangan diketahui, selanjutnya temperatur dievaluasi pada suhu film, tabel sifat-sifat udara pada tekanan atmosfir yang terdapat pada lampiran dapat digunakan untuk mengetahui besarnya parameter-parameter penting dalam konveksi bebas. Setelah angka Rayleigh, angka Nusselt dan koefisien perpindahan kalor konveksi, h telah diketahui, maka dapat dihitung besarnya aliran kalor, q. T
Tw
Gambar 4.1 Kalor yang dilepaskan oleh pemanas elektrik ke ruangan.
Diketahui : Temperatur permukaan pemanas elektrik
Tw
250 C
Temperatur udara di dalam ruangan
T
34 C
Diameter pemanas elektrik
d
0,04 m
Panjang pemanas elektrik
L
0,29 m
Suhu film adalah : Tf
T
Tw
2
34 250 2
66
142 C
415 K
Dari tabel sifat-sifat udara, diperoleh : k
1 Tf
0,03467 W/m. C
27,64 10
6
Pr
m²/s
1 415
2,40 10
0,687
Produk Gr Pr dihitung sebagai berikut : Grd Pr
T d3
g Tw 2
9,8 . 2,40 10
Pr 3
. 250 34 . 0,04
27,64 10
3
6 2
2,923 10 5
Dari tabel 2.3 diperoleh C = 0,53 dan m = ¼, sehingga : Nu d h
q
0,53. Grd Pr k .Nu d d
hA Tw
1
4
(0,53). 2,923 10 5
0,03467 . 12,3 0,04
1
4
10,6 W/m². C
T
h. .d .L . Tw
T
10,6. 3,14.0,04.0,29 . 250 34 83,4 W
Jadi, total kalor yang dilepaskan oleh 6 buah heater : q
6 83,4 W
12,3
500,3 W
67
0,687
3
4.2 Perpindahan Kalor Menyeluruh Melalui Dinding Alat Terapi Sauna Mekanisme perpindahan kalor pada dinding alat terapi sauna terjadi secara konduksi, namun karena dinding sebelah dalam maupun luar berada pada lingkungan konveksi, maka sebelumnya perlu dilakukan perhitungan analitis untuk menentukan koefisien perpindahan kalor konveksi h1 dan h2 , yang nantinya akan digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan besarnya koefisien perpindahan kalor menyeluruh, U sebagai berikut :
Perhitungan untuk mengetahui besarnya koefisien perpindahan kalor konveksi di dalam ruangan, ( h1 )
T h1
Gambar 4.2 Dinding sebelah dalam dari ruangan alat terapi sauna.
Diketahui : Suhu dinding dalam
Tw
54 C
Suhu udara di dalam ruangan
T
60 C
Tinggi dinding
L
68
2m
Suhu film adalah : Tf
T
Tw
60 54 2
2
57 C
330 K
Dari tabel sifat-sifat udara, diperoleh : k
1 Tf
0,02851 W/m. C
18,73 10
6
m²/s
Pr
1 330
3,03 10
0,701
Produk Gr Pr dihitung sebagai berikut : GrL Pr
Tw L3
g T
Pr
2
9,8 . 3,03 10
3
. 60 54 . 2
18,73 10
3
0,701
6 2
2,848 10 9
Untuk rentang angka Rayleigh 10
Nu L
1
2
1
Ra L
0,387 Ra
0,825 1
0,492 / Pr
1
6
9
8 16
27
0,387 . 2,848 10 9
0,825 1 13,02 Nu L
1012 , berlaku persamaan :
169
69
0,492 / 0,701
9
1 8
16
6 27
3
Koefisien perpindahan kalor menjadi : k .Nu L L
h Jadi, h1
0,02851 . 169 2
2,4 W/m². C
2,4 W/m². C
Perhitungan untuk mengetahui besarnya koefisien perpindahan kalor konveksi di luar ruangan, ( h2 )
T h
Gambar 4.3 Dinding sebelah luar dari ruangan alat terapi sauna.
Diketahui : Suhu dinding luar
Tw
34 C
Suhu udara di luar ruangan
T
30 C
Tinggi dinding
L
2m
Suhu film adalah : Tf
T
Tw
2
30 34 2
70
32 C
305 K
Dari tabel sifat-sifat udara, diperoleh : k
1 Tf
0,02661 W/m. C
16,19 10 6 m²/s
Pr
1 305
3,27 10
0,706
Produk Gr Pr dihitung sebagai berikut : GrL Pr
T L3
g Tw
Pr
2
9,8 . 3,27 10
3
. 34 30 . 2
16,19 10
3
0,706
6 2
2,762 10 9
Untuk rentang angka Rayleigh 10
Nu L
1
2
1
Ra L
1012 , berlaku persamaan : 0,387 Ra
0,825 1
0,492 / Pr
1
6
9
8 16
27
0,387 . 2,762 10 9
0,825 1
0,492 / 0,706
9
1
6
8 16
27
12,97 Nu L
168
Koefisien perpindahan kalor menjadi : h Jadi, h2
k .Nu L L
0,02661 . 168 2
2,23 W/m². C
71
2,23 W/m². C
3
Perhitungan untuk mengetahui besarnya perpindahan kalor menyeluruh yang melalui dinding ruangan alat terapi sauna
Gambar 4.4 perpindahan kalor menyeluruh yang melalui dinding ruangan alat terapi sauna.
Diketahui : Luas dinding
A
Temperatur di dalam ruangan
TA
60 C
Temperatur di luar ruangan
TB
30 C
Koefisien konveksi di dalam ruangan
h1
2,4 W/m². C
Koefisien konveksi di luar ruangan
h2
2,23 W/m². C
2m
Tebal karton aluminium
xA
0,0005 m
Tebal glass wool
xB
0,0105 m
Tebal kayu triplex
xC
0,003 m
72
Konduktivitas termal karton aluminium
kA
0,064 W/m. C
Konduktivitas termal glass wool
kB
0,038 W/m. C
Konduktivitas termal kayu triplex
kC
0,17 W/m. C
Koefisien perpindahan kalor menyeluruh, U dihitung sebagai berikut : U
U
1 / h1
xA / kA
1 xB / k B
xC / k C
1 / h2
1 1 / 2,4 0,0005 / 0,064 0,0105 / 0,038 0,003 / 0,17 1 / 2,23 0,856991654 W/m².°C
Jadi, perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding alat terapi sauna dapat dihitung dengan persamaan : q
U . A. Tmenyeluruh 0,856 . 2 . 60 30
51,36 W
Kemudian dilakukan perhitungan untuk membandingkan perpindahan kalor yang terjadi pada dinding jika tanpa menggunakan isolasi glass wool, sebagai berikut : Dari perhitungan, di peroleh : U
1,122 W/m².°C q
U . A. Tmenyeluruh 1,122 . 2 . 30
67,32 W
Jadi, dengan adanya penambahan isolasi glass wool, dapat mengurangi rugi kalor pada dinding sebesar
67,32 51,36 67,32
23,7 %
73
4.3 Pengujian Alat Terapi Sauna Pengujian dilakukan untuk mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu terapi antara 55-60°C dan untuk mengetahui apakah distribusi suhu terapi dapat tersebar secara merata pada ruangan. Oleh karena itu pengujian dilakukan dengan cara menggunakan alat bantu termometer yang ditempatkan pada tiga titik ketinggian yang diukur dari lantai ruangan, seperti yang terlihat pada gambar 4.5 di bawah ini :
Gambar 4.5 Penempatan ketiga buah termometer dalam pengujian alat terapi sauna.
74
Tabel 4.1 Hasil Pengujian
Waktu (menit) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Termometer A (°C)
Termometer B (°C) 34 42 44,5 46,5 48,5 50 53 55 57 56,3 56,8 56,2 57,5
34 41 43 44 45,5 47 49 52 54 53,8 55 54,5 56
Grafik Hasil Pengujian
75
Termometer C (°C) 34 40 43 45 49 52 55 57 60 59,5 60 59,3 60
4.4 Pertimbangan Ergonomi Dalam Perancangan Alat Terapi Sauna Berikut ini akan dibahas satu per satu mengenai pertimbangan ergonomi yang dilakukan dalam perancangan alat terapi sauna : 1. Dimensi Pemilihan dimensi yang tepat sangat diperlukan dalam perancangan alat terapi sauna ini. Dengan pertimbangan bahwa alat terapi sauna dirancang memiliki kapasitas 1 (satu) orang dan akan diaplikasikan sebagai produk interior yang lebih banyak digunakan di dalam ruangan, dimensi alat terapi sauna dirancang memiliki ukuran panjang 1 m, lebar 1 m dan tinggi 2 m. Dimensi ini pun dirancang dengan mempertimbangkan standar ukuran tinggi dan lebar tubuh orang dewasa.
Gambar 4.6 Dimensi alat terapi sauna ; (a) bagian luar, (b) bagian dalam.
65
2. Tempat duduk Duduk memerlukan lebih sedikit tenaga dari pada berdiri, karena hal itu dapat mengurangi banyaknya beban otot statis pada kaki. Seseorang yang melakukan kegiatan sambil duduk memerlukan sedikit istirahat dan secara potensial lebih produktif. Namun sikap duduk yang keliru akan merupakan penyebab adanya masalah-masalah punggung, sebab tekanan pada bagian tulang belakang akan meningkat pada saat duduk, dibandingkan dengan saat berdiri ataupun berbaring. Perancangan tempat duduk pada alat terapi sauna dikaitkan dengan jenis kegiatan, postur yang diakibatkan, gaya yang dibutuhkan, arah visual (pandangan mata), dan kebutuhan akan perlunya mengubah posisi (postur). Jenis kegiatan yang dilakukan di dalam alat terapi sauna adalah kegiatan relaksasi, maka tempat duduk dirancang dengan mempertimbangkan hal-hal di bawah ini : 1. Bahan material dipilih yang cukup lunak tetapi memiliki kekuatan yang cukup, sehingga dipilih bahan papan kayu meranti dengan tebal 0,03 m. 2. Sandaran punggung dirancang memiliki lebar dan tinggi maksimal serta dibuat miring dengan kemiringan sekitar 10°. 3. Tempat duduk dirancang memiliki lebar dan panjang yang maksimal. 4. Pada bagian bawah tempat duduk, dirancang pijakan kaki (foot-rest), setinggi 0,18 m dari lantai.
66
5. Tempat duduk dirancang berhadapan dengan lubang ventilasi udara dan jendela kaca untuk memberikan kenyamanan visual.
Gambar 4.7 Tempat duduk pada alat terapi sauna.
3. Warna Permainan warna dalam desain memberi dampak psikologis bagi pengamat dan pemakainya, misalnya warna merah memberi kesan merangsang, kuning memberi kesan luas dan terang, hijau atau biru memberi suasana sejuk dan segar, gelap memberi kesan sempit, permainan warna-warna terang memberi kesan luas.
67
Dengan mempertimbangkan bahwa lemari sauna ini adalah sebuah peralatan interior yang nantinya akan lebih sering ditempatkan di dalam ruangan, maka untuk menimbulkan kesan alami, lemari sauna dipolitur dengan pilihan warna coklat jati sebagai warna utama dari keseluruhan permukaan bagian luarnya. Sedangkan untuk menimbulkan kesan luas pada bagian dalamnya yang memang memiliki ukuran yang terbatas, maka lembaran karton aluminium yang memiliki warna mengkilap dan menarik dipilih sebagai warna untuk keseluruhan permukaan bagian dalamnya.
4. Kebisingan Usaha-usaha pengurangan kebisingan dapat dilakukan dengan pengurangan kegaduhan pada sumber, pengisolasian peralatan penyebab kebisingan, tata akustik yang baik dengan memberikan bahan penyerap suara dan memberikan perlengkapan pelindung. Untuk memenuhi semua hal di atas, keseluruhan dinding alat terapi sauna dirancang memiliki tiga lapisan, yaitu triplex, glass wool dan lembaran karton aluminium. Dengan demikian akan mengurangi kebisingan dan gangguan bunyi yang mungkin akan timbul dari luar terhadap orang di dalamnya.
5. Cahaya Dalam faktor cahaya, kemampuan mata untuk melihat obyek dipengaruhi oleh ukuran obyek, derajat kontras antara obyek dan
68
sekelilingnya, luminensi (brightness), lamanya melihat, serta warna dan tekstur yang memberikan efek psikologis pada manusia. Mata diharapkan memperoleh cahaya yang cukup, pemandangan yang menyenangkan, menenangkan pikiran, tidak silau, dan nyaman. Pencahayaan yang kurang dapat mengakibatkan kelelahan pada mata. Untuk memenuhi semua tuntutan visual di atas dan dengan mempertimbangkan dimensi di dalam ruang alat terapi sauna yang memang terbatas, sebagai pencahayaan digunakan lampu ball lamp dengan daya 5 Watt berwarna terang, sehingga mata akan memperoleh cahaya yang cukup. 6. Temperatur Temperatur yang terlalu panas akan mengakibatkan cepat timbulnya kelelahan tubuh, sedangkan temperatur yang terlalu dingin membuat gairah kerja menurun. Kemampuan adaptasi manusia dengan temperatur luar adalah jika perubahan temperatur luar tersebut tidak melebihi 50 % untuk kondisi panas dan 35 % untuk kondisi dingin (dari keadaan normal tubuh). Dalam kondisi normal, temperatur tiap anggota tubuh berbeda-beda. Tubuh manusia bisa menyesuaikan diri karena kemampuannya untuk melakukan proses konveksi, radiasi dan penguapan. Produktivitas manusia paling tinggi pada suhu 24 – 27°C. Dalam perancangan alat terapi sauna ini, yang di dalamnya terjadi pembangkitan panas dengan
pemanas elektrik sebagai sumbernya,
temperatur di dalam ruangan dipelihara dengan temperatur yang masih dapat diterima oleh tubuh manusia, yaitu sekitar 55-60°C.
69
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan Dari hasil perancangan dan pembuatan alat terapi sauna berkapasitas satu orang yang memanfaatkan panas dari pemanas elektrik, serta dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya, maka penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Secara keseluruhan, hasil perancangan dan pembuatan alat terapi sauna telah berhasil, ini dibuktikan dengan pengujian yang telah dilakukan dan hasil pengujian menunjukkan bahwa ruangan terapi sauna dapat mempertahankan suhu yang stabil dan mengacu pada suhu terapi, yaitu antara 55-60 °C. 2. Perancangan didasarkan pada pertimbangan ergonomi yang meliputi aspek kesesuaian dimensi, kenyamanan tempat duduk, pengaturan warna dan cahaya terhadap efek visual manusia, meminimalisasi tingkat kebisingan bagi si pengguna serta pengkajian terhadap batasan temperatur yang dapat diterima oleh tubuh manusia. 3. Dari perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh bahwa kalor total yang dilepaskan oleh 6 buah heater pada alat terapi sauna adalah sebesar 500,3 W dan perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding alat terapi sauna adalah sebesar 51,36 W.
70
4. Dengan adanya penambahan isolasi wool kaca dengan ketebalan sekitar 0,105 m dapat mengurangi perpindahan kalor yang melalui dinding sebesar 23,7 % , sehingga peningkatan temperatur pada sisi dinding bagian luar tidak terlalu tinggi. 5. Terjadi perbedaan suhu antara 1-4°C pada tiga titik pengujian di dalam ruangan yang diketahui dari hasil pengujian dan pengukuran dengan mengunakan alat bantu termometer.
5.2 Saran Untuk dapat mengembangkan alat terapi sauna yang lebih mendekati sempurna, baik dari segi kualitas maupun efisiensinya, saran-saran berikut ini dapat dijadikan sebagai acuan : 1. Bahan untuk dinding hendaknya dipilih dari bahan kayu yang lebih tebal, karena selain dapat mengurangi perpindahan kalor yang melalui dinding ruangan, usia pakai alat pun akan bertambah. 2. Bagian sandaran punggung dan kepala pada tempat duduk sebaiknya didesain memiliki kemiringan antara 15-20°, hal ini berguna untuk memberikan efek nyaman, sehingga penggunanya dapat merasa lebih rileks. 3. Penempatan pemanas elektrik diusahakan sedapat mungkin agar tidak terlihat oleh orang yang ada di dalamnya, sehingga orang yang menggunakannya akan merasa aman dan terhindar dari bahaya.
DAFTAR PUSTAKA
1. Holman, J.P., “Perpindahan Kalor”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994 2. Kanginan, Marten, ”Fisika SMA Jilid 1A”, Erlangga, Jakarta, 1991 3. Koestoer, Raldi A., ”Perpindahan Kalor Untuk Mahasiswa Teknik”, Salemba Teknika, Jakarta, 2002 4. www.google.com / Ergonomi / Desain Ergonomis 5. www.google.com / Sauna / Tetap Bugar Dengan Sauna
No. 1 2 3 4 5 6 7
Nama Bagian Alat Jumlah Pengendali Suhu 1 Dudukan pemanas elektrik 6 Lubang Ventilasi Udara 6 Jendela Kaca 1 Pijakan Kaki 1 Sandaran Punggung dan Kepala 1 Tempat Duduk 1 Skala : 1:5 Digambar : Joko Tri Windarto
FTI-UMB
Satuan : mm
NIM
Tanggal : 07-08-2008
Diperiksa : Nanang Ruhyat,ST.MT
Catatan
Keterangan :
: 01301-067
ALAT TERAPI SAUNA BERKAPASITAS SATU ORANG
Tugas Akhir
A4
