Cara Membuat Stirling Engine Sederhana
Teknologi unik
Halo emosi muda,.. Assalamualaikum. Berikut kita akan menjelajah artikel dalam blog ini tentang cara membuat mesin yang digerakkan dengan tenaga panas atau yang sering disebut mesin Stirling sederhana, berikut dalam artikel ini saya akan menulis dasar-dasar siklus engine dan beberapa contoh buatan sendiri.
Membuat Mesin Stirling
Informasi ini di sini untuk membantu anda membuat keputusan yang lebih baik ketika memilih untuk memulai proyek mesin Stirling anda. Juga, untuk membantu anda memahami berbagai jenis mesin Stirling dan bagaimana cara kerjanya.
Dasar-Dasar & Pengertian Mesin Stirling
Apa itu Mesin (Engine) Stirling?
Engine Stirling adalah mesin siklus panas tertutup. Tipe Engine ini biasanya benar-benar tertutup dari lingkungan luar dan bekerja pada ekspansi dan kompresi gas (biasanya udara) yang tertutup di dalam mesin tertutup. Bahan bakar sama sekali tidak bergerak melalui mesin seperti dalam mesin pembakaran internal konvensional. Ini berarti tidak ada asupan atau pembuangan dari dalam mesin, Stirling Engine merupakan engine dengan sistem external combustion atau sistem pembakaran luar.
Prinsip kerjanya sangat sederhana, yakni satu sisi bagian mesin dipanaskan dan sisi lainnya didinginkan. Ini menyebabkan gas bergerak melalui siklus ekspansi dan kompresi. Ini juga berarti dapat menghasilkan gerakan dengan mengubah energi panas langsung menjadi energi kinetik atau kerja mekanis.
Terdiri dari hanya dari 3 bagian mesin yakni; bagian yang bergerak, sumber panas, dan sumber pendinginan. Ingat tidak ada bahan bakar yang melewati motor karena sepenuhnya tertutup dari luar. Ada banyak jenis mesin Stirling. Ada mesin bertekanan tinggi yang digunakan secara komersial. Ada juga mesin yang bertekanan rendah yang digunakan untuk tampilan model. Jadi ada banyak model disain mesin ini dibangun oleh siswa sekolah maupun bagi mereka yang hobi engineering.
Anda dapat menemukan model atau kit untuk hampir semua konfigurasi mesin Stirling termasuk mesin LTD ( Low Temperature Differential ). Sebuah mesin LTD dapat berjalan hanya dengan panas yang ada di telapak tangan Anda.
Bahan Bakar yang Digunakan
Stirling Engine secara tradisional dapat diklasifikasikan sebagai mesin pembakaran eksternal. Meskipun, jika diterapkan dengan benar, segala sumber panas akan dapat bekerja untuk menyalakan mesin Stirling. Ini berarti bahwa sumber panas tidak terbatas hanya pada pembakaran saja.
Berikut ini daftar beberapa sumber panas yang dapat digunakan:
- Energi matahari
- Energi panas bumi
- Energi nuklir
- Batu bara
- Bensin
- Alkohol
- Gas alam
- Propana
- Kayu
- Material apapun yang bisa terbakar
Ragam Jenis engine yang bekerja dengan memanfaatkan panas
Heat Engine atau Mesin yang digerakkan dengan energi panas biasanya seringkali diterima sebagai Mesin Stirling. Di ambil dari nama dari Robert Stirling yang merupakan penemu yang menciptakan mesin panas praktis dan dapat digunakan pertama kali pada tahun 1816.
Namun, ada banyak jenis mesin panas lainnya atau mesin pembakaran eksternal yang dirancang oleh banyak penemu lain. Beberapa di antaranya menggunakan uap sebagai gas penggerak. Lainnya menggunakan air bertekanan tinggi yang dibatasi bertujuan agar tidak berubah menjadi uap.
Beberapa jenis Heat Engine:
- Robinson hot air engine
- Heinrici’s hot air engine
- The Ericsson engine
- Malone engine
- Rankine cycle engine
Memahami Operasi dasar Stirling Engine
Banyak mesin Stirling memiliki tekanan gas di dalamnya yang hampir sama dengan tekanan pada atmosfer luar. Ada massa gas yang tetap, biasanya udara, helium atau hidrogen. Ketika anda memanaskan bagian luar mesin, gas mengembang dan mendorong piston keluar. Dan saat anda mendinginkannya, kompres gas dan piston didorong kembali masuk oleh tekanan atmosfir luar. Ini mengubah panas menjadi energi atau kerja mekanik.
Tetapi memanaskan seluruh mesin maka pendinginan akan menjadi tidak efisien. Karena itu akan membutuhkan sumber pemanasan dan pendinginan untuk bergerak masuk dan keluar dari posisi berulang-ulang. Jadi perlu ada cara untuk memanaskan dan mendinginkan mesin pada saat yang bersamaan. Ini dilakukan dengan menggerakkan gas di dalam mesin dari sisi panas ke sisi dingin dan sebaliknya.
Suatu displacement secara mekanis menggerakkan gas antara lokasi yang dipanaskan dan lokasi yang didinginkan. Istilah The displacer adalah piston ringan yang tidak bersentuhan dengan bagian dalam mesin Stirling. Gas dapat bergerak di sepanjang sisi pemindahan. Bergerak maju mundur mengambil ruang di dalam mesin menggantikan gas dari sisi ke sisi.
Ketika piston gas dingin berada di sisi dingin, piston mendorong gas ke sisi panas dan ketika gas telah berpindah berada di sisi panas, gas kembali didorong ke sisi dingin dan dikompresi. Ini adalah penjelasan yang disederhanakan dari siklus Stirling yang merupakan jenis siklus termodinamika. Tindakan siklus ini perlu diatur waktunya dengan benar. Ini dapat diatur secara mekanis dalam berbagai cara. Inilah mengapa begitu banyak jenis dan konfigurasi mesin engine jenis ini.
Jenis-jenis Mesin Stirling
- Alpha Stirling engine
- Beta Stirling engine
- Gamma Stirling engine
- Free piston Stirling engine
- Rotary piston Stirling engine
- Low Temperature difference engine
Bagian-bagian Heat Engine (Mesin Tenaga Panas)
Berikut ini deskripsi singkat tentang bagian-bagian mesin Stirling. Untuk membantu anda lebih memahami apa yang menjadi mekanika dalam mesin Stirling.
Mekanisme penukar sisi panas
Ini adalah sisi panas dari mesin yang sumber panas luarnya bersentuhan dengan (tempat pemanasan atau pembakaran). Biasanya dinding silinder dalam adalah ruang ekspansi dan kompresi. Ini juga titik kontak untuk gas yang didinginkan. Terkadang untuk mengumpulkan sebanyak mungkin panas, area permukaannya ditingkatkan menggunakan sirip internal dan atau eksternal. Ini berfungsi seperti heat sink atau bagian pemanasan.
Mekanisme penukar sisi dingin
Ini adalah bagian dari mesin dimana gas di dinginkan. Ini pertukaran panas gas ke udara luar atau melalui cairan pendingin. Mungkin juga memiliki sirip untuk menambah efisiensi pendinginan. Tergantung pada konfigurasi mesin sisi dingin dapat berada di ujung yang berlawanan dari silinder yang sama dengan sisi panas atau pada bagian lain dari mesin.
Regenerator
Lokasi regenerator tergantung pada konfigurasi mesin. Biasanya regenerator adalah penukar panas internal yang menyimpan sementara panas yang selanjutnya akan hilang antara gas panas dan dingin. Kadang-kadang ruang piston juga terbuat dari bahan yang akan memungkinkannya juga bertindak sebagai regenerator. Regenerator diimplementasikan dalam upaya untuk meningkatkan efisiensi.
Displacer
Ini adalah bagian dari mesin yang memindahkan gas dari mekanisme penukar gas panas ke penukar gas panas dingin.
Heat sink
Biasanya digunakan pada sisi dingin ini di letakkan di dinding luar mesin yang posisinya mengalami kontak langsung dengan suhu udara sekitar. Menambahkan sirip lebih efisien. Juga, radiator dapat ditambahkan untuk efektivitas pendinginan.
Roda Bandul
Terhubung dengan mesin, flywheel atau roda bandul adalah roda besar yang berat. Ini secara mekanis terhubung ke piston mesin. Tugasnya adalah menambah momentum alat berat dan membantu membawa siklus Stirling sepenuhnya. Kebanyakan mesin tenaga panas atau engine lainnya juga selalu menggunakan flywheel atau roda bandul ini.
Piston
Piston biasanya sama dengan piston yang ada di dalam silinder engine umum. Meski, ada beberapa desain mesin Stirling yang menggunakan membran fleksibel untuk bertindak sebagai tenaga piston. Piston terdorong keluar ketika fluida kerja (gas) diperluas cukup untuk melebihi tekanan atmosfer luar. Tindakan ini sering dibantu seiring dengan penggunaan roda bandul.
Konfigurasi
1. Alpha Stirling
Alpha Stirling memiliki dua power pistons, penukar panas dan dingin terpisah, regenerator, dan flywheel. Penukar sisi panas berisi piston dan penukar gas di sisi dingin juga berisi piston. Biasanya tidak ada displacement yang digunakan.
Biasanya juga ada perbedaan suhu tinggi antara kedua piston. Ini berarti efisiensi yang lebih tinggi dan lebih banyak energi yang diubah menjadi tenaga gerak. Alpha Stirling biasanya menawarkan rasio daya terhadap berat yang lebih tinggi dan rotasi yang lebih cepat per menit (RPM).
2. Beta Stirling
Beta Stirling memiliki satu tenaga piston dan pemindah yang berbagi pada silinder yang sama. Penukar panas dan dingin juga berbagi silinder yang sama. Dipanaskan di satu ujung dan didinginkan di ujung yang lain. Power piston dan displacement sering dihubungkan oleh flywheel.
3. Gamma Stirling
Gamma Stirling adalah variasi dari Beta Stirling. Ia memiliki dua silinder, satu untuk power piston dan satu lagi untuk displacer. Silinder daya piston terletak di sepanjang sisi silinder yang memposisikan piston pemindah. Gas bergerak melalui port kecil antara dua silinder. Power piston dan displacement sering dihubungkan oleh flywheel. Beberapa menggunakan regenerator dan beberapanya tidak.
4. Mesin Ringbom
Mesin Ringbom Stirling adalah variasi dari Beta Stirling. Ia juga memiliki dua silinder dan satu tenaga piston. Power piston terletak di silindernya sendiri yang terletak di sepanjang sisi silinder yang menjadi tempat piston displacer. Piston daya adalah satu-satunya piston yang terhubung ke flywheel. Pemindah tidak terhubung ke piston daya atau roda bandul. Sebaliknya malah bebas bergerak. Piston displacer dengan mulus diangkat selama ekspansi dan turun selama kompresi.
5. Free Piston Stirling
Mesin Stirling bebas piston adalah pengembangan yang relatif baru. Ini biasanya mengikuti susunan piston Stirling tipe Beta. Tetapi tidak ada flywheel atau hubungan mekanis dari tipe itu. Namun lebih mungkin digunakan untuk menghasilkan listrik atau digunakan untuk pendinginan. Ini terjadi karena arus balik. Dan ini berarti ideal untuk alternator linear juga biasanya mesin ini memiliki tekanan tinggi.
Pressurization
 |
| Mesin Stirling komersial - Oleh Norbert Schnitzler[GFDL atau CC-BY-SA-3.0], melalui Wikimedia Commons |
Meningkatkan tekanan tenaga membantu untuk meningkatkan daya dan efisiensi. Ini berarti mesin yang memulai dengan massa gas yang lebih besar. Lebih banyak molekul gas berarti lebih banyak transfer panas dan lebih banyak pekerjaan dapat dilakukan. Contohnya pada mesin stirling komersial "The Philips MP1002 CA" memiliki tekanan kerja lebih tinggi. Unit ini memiliki tekanan awal sekitar 200 psi dan tekanan berjalan sekitar 160 psi. Tetapi ini juga berarti bahwa mesin harus terbuat dari material yang lebih kuat dan memiliki dinding yang lebih tebal. Dinding yang lebih tebal membuatnya lebih sulit untuk memindahkan panas ke gas di dalam mesin. Kebanyakan mesin Stirling yang tersedia secara komersial menggunakan gas di bawah tekanan.
Mesin panas yang juga membuat gas dingin
Siklus termodinamika Stirling dapat didorong secara terbalik dengan bantuan sumber daya luar. Ini akan menyebabkan satu sisi dipanaskan dan sisi lainnya didinginkan. Sederhananya, sebuah mesin Stirling engine bisa menjadi pompa panas. Dengan memutar mesin melalui siklus mekanisnya, gas di dalamnya dikompresi dan diperluas, dipanaskan dan didinginkan, masing-masing pendinginan dengan siklus Stirling saat ini digunakan secara komersial untuk Cryogenics.
Berikut sebuah video yang akan menjelaskan kepada anda cara membuat salah satu jenis stirling engine sederhana yang mungkin bisa anda praktekkan di rumah atau di sekolah. Semoga bermanfaat, terimakasih dan Wassalamualaikum.