Cara Kerja Mesin Uap

 Bagaiamana Cara Kerja Mesin Uap

Cara Kerja Mesin Uap

Pada artikel ini, Anda akan mempelajari apa saja komponen mesin uap serta bagaimana cara kerjanya. Mesin uap merupakan sebuah teknologi yang mengkonversi energi panas menjadi energi gerak. Mesin uap memiliki cara kerja menggunakan konsep fisika yang berlaku hukum termodinamika.

Penemu Mesin Uap

Kita mengenal James Watt sebagai tokoh penemu mesin uap pada pertengahan Abad ke 18. Pada tahun tersebut, penemuan mein uap menjadi salah satu penemuan paling revolusioner sepanjang sejarah karena merevolusi dunia industri. Penemuan mesin uap merupakan awal terjadinya revolusi industri.

Namun faktanya, James Watt bukanlah penemu pertama. James Watt melakukan perbaikan pada mesin uap sebelumnya pada bagian condenser dan bagian shaft.

Jadi siapa penemu mesin uap ? Jadi jawaban penemu mesin uap adalah Thomas Newcomen. Mesin uap yang ditemukan oleh Thomas Newcomen pada tahun 1712 memiliki tujuan untuk pompa air di dunia tambang. Sedangkan James Watt melakukan perbaikan pada tahun 1776.

Setelah perbaikan oleh James Watt, mesin uap beroperasi lebih efisien dan pergerakan yang lebih lembut pada proses konversi energinya. Melalui hasil perbaikannya, mesin uap dapat diterapkan di industri secara lebih efisien.

James Watt bekerja dama dengan Matthew Boulton untuk melakukan rancang bangun mesin uap bagi industri-industri di Eropa.

Tidak hanya untuk industri, pemanfaatan mesin uap semakin berkembang peruntkannya sebagai sarana penunjang transportasi darat. Mesin uap mulai menggantikan tenaga hewan selama revolusi industri salah satunya lokomotif uap. Tenaga hewan mulai digantikan dengan mesin uap pada tahun 1830 ketika dilakukan perlombaan antara kuda dan mesin uap.

Pada awal Abad 19, mesin uap mengalami perbaikan secara terus menerus hingga semakin efisien dengan ukuran yang lebih kecil.

Lokomotif Mesin Uap Menghasilkan Energi Gerak

Jika Anda pernah melihat lokomotif uap model lama, Anda pasti heran betapa kuatnya mesin uap pada masa itu sehingga mampu menarik puluhan gerbong kereta.

Sebuah lokomotif uap menggunakan konsep mesin uap, yakni mesin kompleks yang didasarkan pada ide sederhana: Bagaimana membakar bahan bakar (batu bara) dan mengkonversi energinya menjadi energi gerak.

Uap merupakan sebuah sarana yang membantu mengubah energi batu bara (melalui pembakaran), menjadi energi mekanik yang menggerakkan lokomotif mesin uap.

Pada mesin uap, batu bara dibakar di dalam tungku sehingga melepaskan panas, yang akan mendidihkan air seperti ketel untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi.

Konsep lokomotif mesin uap

 

Uap masuk melalui pipa ke dalam silinder dengan piston yang terpasang secara rapat, mirip seperti pompa sepeda. Kemudian uap mengembang untuk mengisi silinder, dan melepaskan energinya dengan mendorong piston.

Konversi Mesin Uap Menjadi Energi Gerak

 

Piston menggerakkan roda lokomotif secara simultan dengan gerakan berulang-ulang dari uap yang dihasilkan. Ketika uap mulai dingin dan kehilangan tenaganya, uap akan berubah menjadi titik-titik air dan mengalir kembali kedalam ketel untuk dipanaskan kembali.

Komponen Mesin Uap

Prinsip kerja mesin uap dapat terjadi karena komponen yang saling terhubung menjadi sebuah sistem. Komponen pada mesin uap terdiri dari frame, piston, silinder, bearing, katup dll.

Komponen Mesin Uap

1) Frame

Mesin uap memiliki rangka atau frame yang memiliki fungsi sebagai wadah untuk menghubungkan komponen-komponen di dalamnya. Sebuah frame mesin uap terbuat dari material hasil pengecoran logam karena lebih tahan terhadap pemuaian panas.

2) Cylinder

Komponen Silinder atau Cylinder pada mesin uap merupakan sebuah bagian atau komponen berbentuk ruangan yang memiliki fungsi untuk menampung uap serta gerakan piston. Beberapa insinyur menyebut cylinder pada mesin uap sebagai crankcase.

3) Steam Chest

Steam Chest pada mesin uap merupakan bagian atau komponen pada mesin uap yang menjadi kesatuan dengan silinder. Steam Chest ini pada umumnya memiliki bentuk kubus maupun bola tergantung katup yang digunakan.

4) Main Bearings

Bearing merupakan komponen atau bagian pada mesin uap yang memiliki fungsi untuk menjaga sumbu putar sebuah poros.Karena sering terjadi gesekan atau fleksi maka pada permukaan bearing bagian dalam perlu dilapisi pelumas.

5) Piston

Piston pada mesin uap memiliki cara kerja yang mirip seperti piston pada ada mesin mobil atau mesin motor pada umumnya. Piston pada mesin uap memiliki fungsi untuk meneruskan gaya tekan uap menjadi putaran.

6) Piston Rings atau Ring Piston

Sebuah piston memiliki ring untuk menjaga agar uap tidak menembus sela-sela antara piston dan silinder.

7) Piston Rod atau Batang Piston

Batang piston pada mesin uap memiliki fungsi untuk meneruskan Gaya tekan pada kepala piston menjadi engkol putar.

8) Stuffing Box

Stuffing Box pada mesin uap memiliki fungsi sebagai segel untuk mencegah uap yang berada di dalam sistem keluar ke atmosfer. Jika terjadi kebocoran, maka energi di dalam sistem mesin uap tidak akan maksimal.

9) Crosshead

Crosshead pada mesin uap memiliki fungsi agar gerakan pada piston tidak menyamping dan keluar jalur.

10) Connecting Rod atau Batang Torak

Connecting Rod pada mesin uap memiliki fungsi untuk menghubungkan piston ke poros engkol.

11) Katup / Valve

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa katup merupakan satu bagian dengan  silinder dan steam chest. Katup pada mesin uap memiliki fungsi sebagai gerbang keluar masuknya uap di dalam sistem.

12) Valve Rod and Eccentric Rod

Eccentric Rod Pada mesin memiliki bentuk seperti lempengan yang memiliki fungsi untuk mengkonversi gerakan putar menjadi gerakan linear. Mengapa kita membutuhkan gerakan linear pada mesin uap ? Jawabannya untuk membuka dan menutup katup.

13) Flywheel

Free Will atau kita menyebutnya dengan gear pada mesin uap merupakan sebuah mekanisme untuk meredam putaran secara tiba-tiba. Sehingga torsi pada mesin uap menjadi lebih stabil.

 

Bagaimana Prinsip dan Cara Kerja Mesin Uap

Berdasarkan hukum termodinamika pertama (Hukum kekekalan energi), yang berbunyi energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan namun dapat diubah ke bentuk lain.

Begitu halnya dengan energi panas yang tersimpan di dalam suatu benda, dapat dipicu kemudian dikeluarkan dan dikonversikan menjadi energi gerak.

Pada sebuah mesin uap dengan bahan bakar batubara atau biomassa, energi yang keluar dari ketel / ruang bakar akan memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap bertekanan tinggi.

Cara Kerja Mesin Uap Masuk

Kemudian, berlaku hukum temodinamika kedua, yang berbunyi kalor mengalir secara spontan dari panas ke dingin.

Uap tersebut kemudian mengalir menuju sistem perpipaan dan menekan piston. Tekanan ke pada piston terjadi secara berulang-ulang sehingga terjadi energi gerak. Semakin lama, tekanan dan energi panas berkurang, sehingga uap air tersebut mulai dialirkan ke pipa dan diganti oleh uap panas baru.

Cara Kerja Mesin Uap Keluar

 

Uap dingin tersebut pada dunia industri disebut dengan istilah uap baku. Uap tersebut dapat didinginkan untuk menjadi air dan digunakan kembali pada ketel uap.