Mesin Uap James Watt Dorong Revolusi Industri di Inggris

Mesin tenaga uap telah ditemukan sejak 1690-an. Namun mesin yang menghasilkan efisiensi tinggi baru ditemukan oleh James Watt pada 1776, yang menciptakan terjadinya Revolusi Industri di Inggris.

Mesin uap menjadi salah satu faktor paling signifikan dari Revolusi Industri (1760-1840) di Inggris. Pertama kali ditemukan pada 1690-an, mesin ini awalnya berfungsi sebagai pompa. Namun dengan inovasi yang dilakukan, menciptakan tenaga yang kuat untuk penggunaan komersial.

Sepanjang abad ke-19, mesin uap merevolusi industri dan perjalanan, membawa manfaat dan tantangan. Sebelumnya industri digerakan dengan memanfaatkan tenaga kincir air, hewan, atau manusia. Namun ketiga sumber daya dianggap relatif mahal setidaknya di Inggris.

Di sisi lain, sumber daya listrik dari kincir angin memiliki keterbatasan. Pada musim dingin dapat mengalami kegagalan fungsi karena air yang menggerakkannya membeku. Oleh karenanya sebuah industri membutuhkan teknologi baru untuk berfungsi lebih baik.

Penambangan batu bara selalu dibatasi oleh fakta bahwa semakin dalam lubangnya, semakin banyak air tanah yang masuk dan menghalangi ekstraksi batu bara. Pada 1700 sendiri, Inggris memproduksi 80 persen batu bara di Eropa.

Tambang batu bara sendiri adalah bisnis besar dan fakta inilah yang menggerakkan investor dan penemu untuk mencari solusi murah terhadap tambang yang kebanjiran sehingga lebih banyak batu bara yang bisa diekstraksi.

Oleh karena itu mesin uap pertama kali dimanfaatkan untuk menjadi pompa air. Thomas Savery (1650-1715) merupakan penemunya sekaligus mematenkannya pada 1698. Sayangnya mesin uap temuannya masih memiliki tenaga yang terbatas.

Prinsip penting pertama adalah air yang dipanaskan menghasilkan uap yang 1500 kali lebih banyak. Uap tersebut, ketika mendingin dan mengembun kembali menjadi air, kemudian volumenya berkurang secara drastis dan menciptakan ruang hampa parsial. Ruang hampa menciptakan daya hisap yang dapat digunakan untuk menyedot air.

Secara ilmiah ditemukan bahwa berat atmosfer luar, yang tekanannya lebih tinggi daripada ruang hampa di dalam mesin, menciptakan suatu kekuatan energi yang dapat digunakan untuk memindahkan sesuatu dari satu tempat ke tempat lain.

Prinsip ruang hampa dan tekanan atmosfer telah dikenal pada abad ke-17 oleh para ilmuwan seperti Galileo (1564-1642) dan Evangelista Torricelli (1608-1647). Masalahnya adalah perlu membangun peralatan mesin uap yang cukup kuat untuk menahan tekanan yang ada.

Ketika tekanan dapat dimanfaatkan dan ditingkatkan, tekanan tersebut dapat digunakan untuk menyedot piston, bukan hanya air seperti yang dilakukan pompa uap Savery. Pergerakan piston ke bawah menuju ruang hampa merupakan pukulan tenaga yang dapat digunakan untuk menaikkan balok tuas.

Ibarat jungkat-jungkit, pistonnya turun dan balok yang terpasang naik. Balok yang naik kemudian dapat mengangkat mesin lainnya. Ketika tangki vakum dikosongkan menggunakan katup untuk mengeluarkan uap yang membuat balok tuas tersebut jatuh kembali ke posisi aslinya berkat gravitasi, sehingga piston dapat ditarik kembali keluar dari tangki vakum. Siklus ini kemudian akan berulang terus menerus.

Pada 1710, Thomas Newcomen (1664-1729), seorang penjual besi di Dartmouth, menemukan cara baru dengan menyesuaikan desain Savery. Inovasinya pun berhasil meningkatkan kecepatan proses kondensasi (dengan menyuntikkan air dingin), dan juga tenaga.

Sayangnya mesin Newcomen tidak terlalu efisien dalam hal kebutuhan batubara untuk memanaskannya, namun karena dioperasikan di tambang batubara, hal tersebut tidak menjadi masalah. Untuk menggunakan mesin seperti itu di tempat lain amat tidak dimungkinkan.

Efisiensi mesin uap awal ditingkatkan berkat pembuat instrumen asal Skotlandia, James Watt (1736-1819) pada 1769 dan lagi pada 1778 dengan bantuan Matthew Boulton (1728-1809). Watt memisahkan bagian mesin yang panas dan dingin yang mengganggu efisiensi tindakan kondensasi. Oleh karena itu, mesinnya sering disebut kondensor terpisah.

Watt juga memastikan uap mendorong piston ke bawah pada saat yang sama ketika ruang hampa menariknya, sehingga meningkatkan tenaga yang diukur dalam tenaga kuda, istilah yang diciptakan oleh Watt. Ia kemudian menggunakan keterampilan John dan William Wilkinson, yang merupakan ahli pembuat meriam.

Wilkinson bersaudara dapat melengkapi mesin uap Watt dengan komponen besi yang jauh lebih baik, untuk memastikan sangat sedikit uap yang keluar secara tidak sengaja dari mekanisme piston. Watt terus meningkatkan kemampuan mesinnya hingga mencapai titik efisien yang lebih baik.

Dengan perkembangan material dan masukan dari desainer lain, mesin uap menjadi lebih bertenaga namun menggunakan lebih sedikit bahan bakar dan jauh lebih murah untuk dijalankan dibandingkan sebelumnya.

Pada tahun 1800, mesin uap, dalam berbagai ukuran, dapat digunakan hampir di mana saja. Pada tahun itu, Inggris tercatat memiliki lebih dari 2.500 mesin uap, sebagian besar digunakan di pertambangan, pabrik kapas, dan pabrik manufaktur.

Sepanjang abad ke-19, kehadiran mesin di mana-mana berarti juga penyempurnaan terutama oleh mereka yang bekerja dengannya setiap hari. Pada 1845, William McNaught, misalnya, meningkatkan tekanan dan tenaga mesinnya secara signifikan.

Penemuan Turbin

Evolusi ini akhirnya mencapai puncaknya pada turbin uap pertama, yang mengubah energi menjadi roda dengan bilah tipis seperti kipas raksasa. Ini ditemukan pada 1884 oleh Charles Parsons (1854-1931) yang menggunakannya untuk menggerakkan kapalnya, Turbina, dengan kecepatan menakjubkan 34,5 knot.

Pada 1801, kendaraan jalan raya bertenaga uap pertama ditemukan oleh Richard Trevithick (1771-1833) setelah pengembangan mesin uap bertekanan tinggi. Mesinnya sangat bagus tetapi dikecewakan oleh buruknya kualitas jalan yang tersedia.

Pada 1803, Trevithick menemukan mesin kereta api uap pertama yang dapat berjalan di jalur yang dibuat khusus untuknya. Pada 27 September 1825, kereta Locomotion 1 ditemukan oleh George Stephenson (1781-1848) mengangkut penumpang kereta api pertama dari Stockton ke Darlington di timur laut Inggris.

Pada 1838, seorang insinyur hebat bernama Isambard Kingdom Brunel (1806-1859) menggunakan mesin uap untuk menggerakkan kapal raksasa SS Great Western. Penggunaan mesin uap pun mulai dipergunakan pada kapal-kapal lain untuk mengarungi samudra. hay/I-1