Mesin Uap Torak

1. Pengertian Mesin Uap Torak

Pada tahun 1769 Seorang ilmuwan, insinyur mesin dan penemu berasal dari Skotlandia bernama James Watt menemukan sebuah mesin uap yang dikenal dengan The Watt Type Single Actuating Engine (mesin uap torak tunggal tipe Watt). Hal tersebutlah yang menjadi dasar dalam penentuan standar satuan yaitu menurut Krisnayana (2013) 1 Watt besarnya setara dengan 1/746 HP.

Mesin uap torak masuk ke dalam jenis mesin ECE, dimana pembakaran bahan bakar (di sini adalah air) dilakukan di luar mesin itu sendiri, fungsi mesin uap torak hanya mengkonversi energi thermis dari uap air yang di didihkan di sebuah boiler atau alat pendidih air menjadi energi gerak oleh piston yang ada di dalam silinder. Dari energi gerak tersebut selanjutnya di rubah kembali ke energi putar oleh crankshaft yang terhubung langsung dengan piston.

Uap air yang digunakan di mesin uap torak berasal dari pendidihan yang dilakukan di ketel uap atau boiler yang mendapatkan panas dari pemanas air. Menurut Martiningsih (2014) “ketel uap merupakan pesawat yang menghasilkan uap, uap yang dihasilkan bertekanan dan bertemperatur tinggi”.

Menurut S1 PTM (A1) 2011 (2014) “mesin uap (Steam Engines) masuk dalam kategori pesawat kalor, yaitu peralatan yang digunakan untuk merubah tenaga thermis dari bahan bakar menjadi tenaga mekanis melalui proses pembakaran”. Sehingga dari beberapa fakta di atas bisa dikatakan mesin uap Torak adalah pesawat kalor yang berfungsi mengubah energi thermis atau panas menjadi energi mekanik atau gerak menggunakan sebuah torak atau piston yang ada di dalam silinder mesin, bahan bakar yang digunakan dalam mesin uap torak adalah uap air yang di didihkan atau diuapkan dalam sebuah pesawat kalor yang disebut ketel uap yang letaknya berada di luar mesin uap torak.

Dari pengertian diatas cara kerja atau mekanismen kerja dari mesin uap torak tersebut adalah air dalam ketel uap dipanaskan sampai titik didihnya hinggan menjadi sebuah uap yang memiliki tekanan yang tetap, kemudian uap yang memiliki temperatur yang tetap tadi dipompa atau dialirkan menuju kedalam silinder melalui katup masuk. Didalam silinder uap akan memuai mendekati proses adiabatik yang menyebabkan gaya dorongan pada piston. Apabila tekanan dan temperatur tadi telah menurun maka secara langsung uap air tadi masuk kedalam katup pembuangan dan dari katup pembuangan uap air masuk kedalam kondensor atau pengembun. Di dalam pengembuan uap air tadi akan menjadi air kembali dan akan dipompa kembali menuju ketel untuk diuapkan lagi menjadi uap air yang berguna untuk menggerakkan piston atau torak yang ada di mesin.

Sayangnya, pada era sekarang mesin uap torak sudah tidak dipergunakan lagi karena efisiensi dari mesin uap torak tersebut kurang begitu bagus selain itu mesin uap torak juga perlahan digantikan oleh mesin bakar piston yang memiliki daya yang lebih besar dibandingkan dengan mesin uap torak.

Gambar Mesin Uap Torak

2. Komponen Mesin Uap Torak

Pada mesin uap torak ada bermacam-macam komponen yang memiliki fungsi dan tugas masing-masing secara mekanisme mesin uap torak. Beberapa komponen dalam mesin uap torak adalah Saluran masuk, saluran buang , katup (Valve), Poros Katup (Valve Rod), Silinder, Piston (Torak), poros piston (Piston Rod), Crosshead Bearing, dan Engkol (Shaft). Berikut penjelasan dari masing-masing komponen mesin uap torak.

1. Saluran masuk
Saluran masuk berfungsi untuk memasukkan uap air hasil dari pembakaran atau penguapan ketel uap yang akan digunakan sebagai bahan bakar atau sumber energi penggerak piston yang ada di dalam silinder
2. Saluran buang
Setelah selesai dipergunakan sebagai penggerak dari pada piston, uap bekas yang ada di dalam silinder tadi dikeluarkan untuk dimanfaatkan kembali pada ketel uap. Pengeluaran uap bekas atau uap sisa tadi melalui saluran buang yang biasanya terletak berdekatan dengan saluran masuk.
3. Piston (Torak)
Piston atau torak adalah komponen yang berfungsi mengubah energi thermis dari uap menjadi energi gerak atau mekanik. Pada mesin uap atau mesin bakar piston merupakan komponen utama dan sekaligus komponen vital dalam sebuah mesin.
4. Poros Piston (Piston Rod)
Komponen yang bertugas meneruskan gerak maju mundur piston dalam silinder menuju ke roda, flywheel atau ke Crank.
5. Silinder

Silinder merupakan tempat atau ruangan dimana uap air akan di rubah menjadi energi gerak. Di dalam silinder terdapat piston.

Gambar Bagian Mesin Uap Torak

6. Crosshead Bearing
Berfungsi untuk menghubungkan antara masing-masing poros (Rod) sehingga masing-masing poros bisa terhubung. Pada Crosshead Bearing terdapat sebuah balljoint.
7. Engkol (Crank)

Engkol terhubung langsung dengan poros piston yang meneruskan gerak maju mundur piston akibat adanya uap air dalam silinder. Tugas dari engkol atau Shaft ini sendiri adalah mengubah gerak maju mundur dari piston menjadi energi putar yang kemudian diteruskan ke roda.

Gambar Komponen Mesin Uap Torak pada Kereta Api

3. Jenis-jenis Mesin Uap Torak

Ada banyak sekali mesin-mesin uap torak setelah terjadinya peristiwa bersejarah di dunia yaitu Revolusi Industri besar-besaran. Macam-macam mesin uap sendiri pun berbeda-beda jenisnya bergantung pada pemanfaatannya dalam memudahkan pekerjaan manusia. Berikut beberapa jenis mesin uap torak yang terdapat di dunia.

1. Mesin Uap Torak Tekanan Penuh (Full Pressure)

Prinsip kerja mesin ini pemasukan dan pembuangan uap air terjadi pada satu gerakan piston. Maka dari itu mesin jenis ini jarang dipakai karena kurang begitu menguntungkan.

Gambar Mesin Uap Torak Tekanan Penuh (Full Pressure)

2. Mesin Uap Torak Ekspansi

Menurut Lahey (1975) “Mesin-mesin ini kebanyakan dipakai, sebab lebih menguntungkan daripada mesin tekanan penuh”. Hal ini dikarenakan pada mesin ini pemasukan uap dilakukan pada sebagian gerak torak saja.

Gambar Mesin Uap Torak Ekspansi

3. Mesin Uap Torak Tegak (Vertikal)

Dikatakan mesin uap torak tegak atau vertikal karena pada dasarnya mesin ini memiliki torak yang berposisi tegak atau vertikal. Pengaplikasian mesin ini biasanya banyak pada kapal uap yang digerakkan dengan baling-baling, selain itu ruang yang dibutuhkan untuk mesin jenis ini juga tergolong lebih sedikit dibandingkan dengan mesin jenis lainnya.

Gambar Mesin Uap Torak Tegak (Vertikal)

4. Mesin Uap Torak Datar (Horizontal)

Sesuai dengan namanya mesin ini mempunyai posisi torak horizontal atau mendatar, dalam penempatannya mesin ini membutuhkan ruang yang cukup luas. Selain itu akibat dari posisinya yang mendatar maka keausan yang paling banyak terjadi pada bagian bawah piston atau dinding dalam silinder mesin. Kebanyakan di dunia mesin jenis ini dipakai di darat.

Gambar Mesin Uap Torak Datar (Horizontal)

5. Mesin Uap Torak Tetap

Mesin uap torak tetap adalah mesin uap yang bekerja diam pada satu tempat saja, atau bisa dikatakan mesin uap torak tetap merupakan alat pembantu pekerjaan manusia untuk satu pekerjaan di tempat dimana mesin tersebut ditempatkan, contoh: mesin pompa dan mesin penggiling tebu.

Gambar Mesin Uap Torak Tetap

6. Mesin Uap Torak Berpindah (Bergerak)

Sesuai dengan namanya mesin ini bergerak atau berpindah. Tidak tetap pada satu tempat saja. Bisa dikatakan mesin uap torak ini di gunakan untuk sarana transportasi kendaraan untuk berpindah-pindah tempat seperti contoh: Kereta api, Mobil atau Kapal Uap.

Gambar Mesin Uap Torak Berpindah (Bergerak)

4. Pengaplikasian Mesin Uap Torak pada Kehidupan Sehari-hari

Ada banyak sekali modifikasi mesin-mesin uap torak yang dilakukan oleh banyak orang yang tentunya dengan tujuan mencukupi dan mampu membantu atau meringankan pekerjaan manusia. Beberapa gambar di bawah akan menunjukkan macam-macam dari mesin uap torak yang bermacam-macam:

1. Media Transportasi

Gambar Mesin Uap Lokomotif

Gambar Lokomotif Uap

Gambar Mesin Uap Kapal

Gambar Kapal Uap

Gambar Mesin Uap Mobil

Gambar Mobil Uap

Selain beberapa alat transportasi diatas masih banyak juga alat transportasi lainnya yang menggunakan tenaga uap atau menggunakan mesin uap torak seperti excavator atau mesin keruk, bus, truck, ataupun sepeda dengan mesin uap.

2. Media Lain

Gambar Watts Engine

Gambar Mesin Uap Torak

Selain mesin diatas masih banyak lagi contoh pengaplikasian mesin uap torak pada klehidupan sehari-hari, pada masa kejayaannya pada sekitar abad ke-17 sampai abad ke-19 mesin uap pada umumnya menyebabkan terjadinya revolusi industri besar-besaran yang berpengaruh pada berkembangnya mesin-mesin uap torak. Namun sekarang mesin-mesin uap khusunya mesin uap torak sudah tidak dipergunakan lagi. Alasannya adalah karena efisiensi mesin uap torak masih berkisar antara 40%-60% dan daya yang dihasilkan kurang begitu maksimal. Semenjak munculnya mesin bakar torak perlahan-lahan mesin uap torak ditinggalkan. Namun berbeda dengan mesin uap turbin, hingga sekarang mesin uap turbin masih tetep digunakan namun dalam penggunaannya masih terbatas seperti dalam pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

5. Perhitungan Pada Mesin uap Torak

1. Perhitungan Daya Indikator

Menurut Lanley (1975) perhitungan daya indikator bisa dilihat dari rata-rata indikator tekanan (Pr).

2. Perhitungan Tekanan Rata-rata Efektif

Tekanan rata-rata efektif dari siklus dapat dianggap sebagai tekanan rata-rata tang bekerja penuh di atas torak sepanjang langkahnya. Besarnya dapat diperoleh sebagai berikut:

3. Perhitungan Efisiensi Mesin uap Torak

Selisih antara daya indikator dengan daya poros, dinamakan daya gesek mekanis (DGm), sehingga:

DAFTAR RUJUKAN

Krisnayana. 2013. Sejarah Mesin Uap, (Online), (http://dunianyasejarah.blogspot.com/2013/04/sejarah-mesin-uap.html). Diakses pada 25 Februari 2014

Lahey, J dkk. 1975. Pengetahuan Tentang Pesawat-Pesawat Kalori Jilid I (Mardjana, Ed). Jakarta: Pradnya Paramita.

Lahey, J dkk. 1975. Pengetahuan Tentang Pesawat-Pesawat Kalori Jilid II. (Mardjana, Ed). Jakarta: Pradnya Paramita.

Martiningsih, A. 2014. Mesin Konversi Energi 1. Malang: Unversitas Negeri Malang.

Muin, S.A. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap). Jakarta: CV Rajawali.

S1 PTM (A1) 2011. 2013. Mesin Konversi Energi. Malang: Universitas Negeri Malang.