MAKALAH MESIN UAP

HILARIUS DONATUS HUN 1501050028 ( MAHASISWA PENDIDIKAN FISIKA)  PENDAHULUAN  Catatan paling awal dari sejarah teknologi mesin uap ditemukan di kota Alexandria mesin uap sudah digunakan oleh masyarakat kota Alexandria sejak tahun 75. Di sana terdapat seorang ahli matematika bernama Hero, yang juga dikenal dengan nama Heros atau Heron. Hero menulis tiga buku tentang mekanika dan sifat-sifat udara serta memperkenalkan rancangan dari mesin uap sederhana. Mesin ini dikenal dengan nama Aeolipile atau Aeolypile, atau juga disebut dengan Eolipile. Prinsip kerja mesin ini adalah dengan menggunakan tekanan uap untuk memutarkan bola (bejana) yang berisi air sebagai bahan baku penghasil uap. Bola (bejana) tersebut dapat berputar karena adanya dorongan dari uap yang keluar dari nosel yang terletak pada sisi samping bejana. Dari kota Alexandria mesin uap terus berkembang dan menyebar sampai ke Italia. Tepatnya di kota Napoli, seorang sarjana, Polymath, dan dramawan yang bernama Giovanni Battista della Porta berhasil menemukan peranan uap dalam menciptakan ruang hampa. Teori yang dikemukakannya adalah bahwa jika air dikonversikan menjadi uap dalam wadah tertutup dapat menghasilkan peningkatan tekanan. Demikian pula sebaliknya, jika uap dikondensasikan menjadi air dalam ruangan tertutup maka akan menghasilkan penurunan tekanan. Teori inilah yang nantinya akan menjadi konsep utama rancangan pada pengembangan mesin uap yang dilakukan oleh para penerusnya. Pada tahun 1679 Denis Papin seorang fisikawan, ahli matematika, dan penemu berkebangsaan Prancis menemukan suatu alat yang dinamakan steam digester yang menjadi cikal bakal ditemukannya mesin uap dan presser cooker (panci masak bertekanan). Penemuan tersebut ia kerjakan bersama–sama dengan rekannya yang bernama Robert Boyle, seorang filusuf, fisikawan, kimiawan, penemu, dan ilmuan berkebangsaan Irlandia. Alat di samping merupakan mesin uap Denis Papin. Alat ini berbentuk seperti sebuah wadah dengan penutup yang digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan. Untuk menjaga agar alat tersebut tidak meledak, Papin melengkapi penemuannya tersebut dengan katup yang dapat bergerak naik turun sebagai tempat pembuangan uap untuk mengatur tekanan di dalam wadahnya. Selain itu Papin juga mengembangkan mesinnya dengan menambahkan torak di bagian atas silinder yang tertutup yang akan bergerak naik dan turun sesuai dengan teori yang ditemukan oleh Giovanni Battista della Porta. Konsep inilah yang kemudian mengawali ditemukannya mesin uap pertama di dunia yang menggunakan piston dan silinder mesin. Pada tahun 1698 mesin uap pertama di dunia yang menggunakan piston dan silinder akhirnya dapat dilihat oleh manusia. Orang yang menemukan mesin uap ini adalah Thomas Savery seorang insinyur yang bekerja pada militer Inggris. Penemuannya ini diawali ketika ia bekerja pada sebuah tambang batubara yang mengalami kesulitan dalam memompa air yang digunakan untuk mengairi tambang. Prinsip kerja mesin ini adalah dengan menaikkan tekanan uap di dalam ketel. Uap tersebut kemudian dimasukkan ke bejana kerja, sehingga memungkinkan untuk meniup air keluar melalui pipa bawah. Ketika temperatur dalam bejana menjadi panas karena dipenuhi uap keran antara ketel dan bejana ditutup, jika perlu bagian luar bejana didinginkan. Hal ini mengakibatkan uap didalamnya berkondensasi, menciptakan vakum parsial dan tekanan atmosfer mendorong air ke atas melalui pipa bawah hingga bejana penuh. Pada titik ini keran di bawah bejana ditutup, dan keran antara bejana dan pipa atas dibuka untuk mengalirkan pipa dari ketel. Tekanan uap yang tinggi akan memaksa air keluar dari bejana. Ternyata mesin uap yang dibuat oleh Thomas savery masih memilki kekurangan. Akhirnya pada tahun 1712 Thomas Newcomen seorang pandai besi Inggris berhasil menemukan mesin uap baru. Mesin uap ini disebut mesin uap atmosfer karena menggunakan kekuatan tekanan atmosfer untuk bekerja. Pada mesin Newcomen ini intensitas tekanan tidak dibatasi oleh tekanan uap, tidak seperti apa yang dipatenkan Thomas Savery pada tahun 1698. karena aktivitas manusia semakin banyak, maka permintaan mesin uap semakin meningkat. Manusia membutuhkan mesin uap untuk memudahkan pekerjaannya, seperti menimba air, menggerakan kereta, dan masih banyak lagi. Namun ternyata mesin-mesin uap yang berhasil dicipatakan sangat merugikan karena membutuhkan bahan bakar dalam jumlah banyak namun tenaga yang dihasilkannya tidaklah sebanding dengan jumlah bahan bakar yang diberikan. Masalah ini akhirnya dapat diatasi. Pada tahun 1769, James Watt seorang insinyur mesin asal Skotlandia berhasil menciptakan mesin uap pertama yang efisien. Mesin uap ini memilki kondenser terpisah yang terhubung ke silinder oleh sebuah katup. Ternyata mesin uap ini merupakan salah satu kekuatan yang mendorong terjadinya Revolusi Industri, khususnya di Britania dan Eropa pada umumnya. Untuk menghargai jasanya, nama belakangnya yaitu Watt digunakan sebagai nama satuan daya. PEMBAHASAN Mesin uap (steam engines) masuk dalam kategori pesawat kalor, yaitu peralatan yang digunakan untuk mengubah energi panas dari bahan bakar menjadi energi mekanik melalui proses pembakaran. Ada dua jenis pesawat kalor yaitu Internal Combustion Engines (motor pembakaran dalam) dan External Combustion Engines (motor pembakaran luar). Pada pesawat kalor jenis ICE, proses pembakaran bahan bakar untuk menghasilkan tenaga mekanik dilakukan di dalam peralatan itu sendiri. Sedangkan pada ECE, proses pembakaran dilakukan di luar peralatan tersebut. Contoh dari pesawat kalor jenis ICE adalah motor bensin dan motor diesel yang sangat populer sebagai prime mover baik untuk otomotif maupun untuk industri. Pada motor bensin dan motor diesel proses pembakaran bahan bakar (bensin/solar) dilakukan di dalam silinder motor. Perubahan energi panas hasil pembakaran menjadi tenaga mekanik terjadi di dalam pesawat itu sendiri melalui gerakan bolak-balik dari piston menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Contoh dari pesawat kalor jenis ECE adalah mesin uap dan turbin uap. Pada mesin uap tenaga potensial dari uap diubah menjadi tenaga mekanik berupa gerakan bolak-balik dari piston dan selanjutnya diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Sedangkan pada turbin uap tenaga potensial dari uap diubah menjadi tenaga mekanik berupa gerakan putaran dari as turbin. Adapun proses pembakaran bahan bakar dilakukan di luar mesin uap dan turbin uap, yaitu di dalam ketel uap (boiler). Di dalam ketel uap energi panas hasil pembakaran bahan bakar digunakan untuk memanaskan air sehingga berubah menjadi uap dengan temperatur dan tekanan tinggi. Selanjutnya uap dengan temperatur dan tekanan tinggi tersebut dialirkan ke mesin uap atau turbin uap untuk diubah menjadi tenaga mekanik. Adapun cara kerja mesin uap adalah sebagai berikut : Di dalam silinder mesin uap terdapat piston yang mempunyai piston rod yang dihubungkan dengan cross head yang berada di luar silinder. Cross head dihubungkan oleh connecting rod dengan crank shaft (tidak tampak pada gambar), sehingga apabila piston bergerak bolak-balik maka crank shaft dapat berputar. Gerakan ini menyebabkan slide valve dapat bergerak boak-balik sambil membuka dan menutup dua buah lubang uap yang berhubungan dengan silinder. Valve box di mana slide valve berada mempunyai dua saluran, saluran pemasukan yang dihubungkan dengan boiler untuk menyalurkan uap dengan tekanan tinggi (warna merah), dan saluran pembuangan yang dihubungkan dengan cerobong untuk membuang uap bekas (warna biru). Pada waktu piston mencapai posisi paling kiri, maka slide valve akan membuka lubang uap silinder bagian kiri sehingga uap dari boiler dapat masuk ke dalam silinder pada bagian kiri dari piston dan mendorong piston ke kanan, sementara itu lubang uap sebelah kanan dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang keluar melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak ke kanan karena ekpansi dari uap. Pada waktu piston mencapai posisi paling kanan, maka slide valve akan membuka lubang uap silinder bagian kanan sehingga uap dari boiler dapat masuk ke dalam silinder pada bagian kanan piston dan mendorong piston ke kiri, sementara itu lubang uap sebelah kiri dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak ke kanan karena ekpansi dari uap. Karena cross head dan crank shaft dihubungkan oleh connecting rod, maka gerakan bolak-balik dari piston tersebut akan diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Demikian selama ada pasokan uap dari boiler maka mesin uap akan mengubah uap menjadi tenaga mekanik. PENUTUP Mesin uap adalah mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Energi panas diperoleh dari hasil pembakaran suatu bahan bakar. Uap dari hasil pembakaran inilah yang digunakan untuk menggerakan piston. Jadi seharusnya untuk mengoptimalkan kerja mesin uap maka suplai uap harus ditambah lebih banyak sehingga tekanan semakin tinggi dengan demikian gerakan piston semakin cepat. Daftar Pustaka Abdullah, Mikrajuddin. 2016. FISIKA DASAR I. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA kelas XI. Jakarta: Erlangga

Tweet

Subscribe to receive free email updates: