Mesin uap: Newcomen dan Watt

Kondensor terpisah James Watt, yang dipatenkan pada 5 Januari 1769, membuat mesin uap bisa melakukan kerja yang sama dengan membakar batu bara sekitar dua pertiga lebih sedikit.

Air di dalam tambang

Menjelang 1700 Inggris membakar batu bara makin banyak, dan lapisan batu bara yang mudah dijangkau di dekat permukaan mulai habis. Tambang yang lebih dalam terisi air, dan memompanya keluar dengan tenaga kuda itu lambat dan mahal. Pada 1698 Thomas Savery mematenkan pompa uap yang ia namai Miner’s Friend (Sahabat Penambang), tetapi pompa itu tidak bisa mengangkat air terlalu tinggi dan ketelnya berbahaya. Thomas Newcomen, pedagang besi dari Dartmouth di Devon, menemukan cara yang lebih baik. Pada 1712 ia dan rekannya John Calley membangun mesin untuk memompa air dari tambang batu bara Coneygree dekat Dudley, di West Midlands. Mesin itu umumnya diakui sebagai mesin uap pertama yang berhasil dari jenisnya, dan replika kerjanya dalam ukuran asli kini berjalan di Black Country Living Museum di lahan yang sama.

Cara kerja mesin Newcomen

Mesin Newcomen memakai berat udara, bukan dorongan uap. Uap bertekanan rendah dari ketel mengisi silinder besar di bawah sebuah piston. Lalu semburan air dingin disemprotkan ke dalam silinder. Uap mengembun menjadi beberapa tetes air dan meninggalkan vakum sebagian, dan tekanan atmosfer di luar mendorong piston ke bawah. Piston dirantai ke salah satu ujung balok kayu yang sangat besar; ketika piston turun, ujung yang lain naik dan mengangkat batang pompa di lubang tambang. Uap dimasukkan lagi, berat batang pompa menarik balok kembali, dan siklus itu berulang sekitar selusin kali per menit. Karena tekanan uapnya sangat rendah, hampir tidak ada risiko ketel meledak. Ketika Newcomen meninggal, sudah ada lebih dari seratus mesinnya di Inggris dan beberapa lagi di Eropa.

Masalah yang dilihat Watt

James Watt adalah pembuat alat matematika yang memiliki bengkel di Universitas Glasgow, tempat kimiawan Joseph Black menjadi sahabat dan pembimbingnya. Pada musim dingin 1763 sampai 1764 ia diminta memperbaiki model kecil mesin Newcomen milik universitas, yang terus-menerus rusak. Watt mendapati bahwa sekitar 80 persen panas dalam uap terpakai hanya untuk memanaskan kembali silinder setelah setiap semprotan air dingin mendinginkannya. Jawabannya, yang ia temukan menjelang 1765, adalah mengembunkan uap di tempat lain. Kondensor terpisah, yang selalu dijaga tetap dingin dan dihubungkan ke silinder dengan sebuah pipa, menarik uap keluar dan mengubahnya menjadi air, sementara silinder itu sendiri tetap panas. Pada 5 Januari 1769 Watt mendapat paten untuk “cara baru mengurangi pemakaian uap dan bahan bakar pada mesin api”. Science Museum menyebutnya penyempurnaan tunggal terbesar yang pernah dibuat pada mesin uap.

Boulton dan Watt

Mengubah model menjadi mesin yang benar-benar bekerja butuh bertahun-tahun dan banyak uang. Pada 1774 Watt pindah ke Birmingham, dan pada 1775 ia bermitra dengan pengusaha pabrik Matthew Boulton, yang pabrik Soho-nya memiliki pekerja besi terampil yang dibutuhkan Watt. Mesin-mesin Boulton dan Watt yang pertama mulai bekerja pada 1776, satu memompa air dari tambang batu bara dekat Tipton dan satu lagi meniupkan udara untuk pabrik besi John Wilkinson di Broseley. Sejak 1777 banyak mesin dijual ke tambang tembaga dan timah di Cornwall, tempat batu bara mahal sehingga penghematan bahan bakar paling penting. Mesin dengan kondensor Watt membakar batu bara sekitar dua pertiga lebih sedikit daripada mesin Newcomen. Watt kemudian merancang cara mengubah gerak naik-turun balok menjadi gerak putar, sehingga mesin bisa menggerakkan mesin-mesin di pabrik, tempat pembuatan bir, dan pabrik besi, bukan hanya pompa. Paten Watt berlaku sampai 1800, dan ketika masa berlakunya habis, para pembuat mesin lain berlomba memakai kondensor terpisah. Kini satuan daya, watt, dinamai menurut namanya.