tirto.id - Pada suatu hari Minggu yang cerah, Mei 1765, James Watt melangkahkan kaki di tepi jalan Glasgow Green, Skotlandia. Pikirannya sedang penat. Ada pekerjaan yang mesti ia selesaikan, tapi ia belum tahu cara menuntaskannya.
Setahun sebelumnya, Watt diminta memperbaiki mesin uap rancangan Thomas Newcomen. Permintaan itu datang dari John Anderson, seorang profesor di Glasgow University. Anderson adalah salah satu kolega bisnis Watt. Sejak 1757, Watt membuka toko alat peraga sains di Glasgow. Anderson bersikeras menggunakan mesin uap itu sebagai alat peraga pembelajarannya.
Air merupakan unsur penting dalam kehidupan manusia. Ia digunakan untuk minum, membersihkan tubuh, atau mengairi kebun. Tidak heran, pemukiman di masa lampau selalu berada di dekat mata air, sungai, maupun telaga. Air itu pula yang digunakan untuk menggerakkan mesin, dari yang berbahan dasar kayu hingga besi, yang diciptakan manusia guna mempermudah kerja.
Sejak abad ke-1, manusia telah menggunakan uap air untuk menggerakkan sebuah mesin. Saat itu, Hero dari Alexandria mendesain turbin uap. Turbin itu memanfaatkan pancaran uap yang keluar dari panci untuk memutar sebuah roda yang berbentuk bola. Namun, mesin itu dan mesin-mesin yang dikembangkan selanjutnya belum digunakan untuk keperluan praktis.
Bruce J. Hunt dalam Pursuing Power and Light (2010) menyebutkan, mesin bertenaga uap baru digunakan untuk keperluan praktis saat memasuki akhir abad ke-17. Waktu itu, air yang membanjiri gua tambang batubara di Eropa mulai membuat sulit para penambang. Livescience melaporkan, pegawai tambang Jerónimo de Ayanz mematenkan mesin uap pengangkut air banjir di tambang Guadalcanal, Seville, Spanyol. Lalu, inventor dari Inggris Thomas Savery mematenkan mesin yang menggunakan tekanan uap untuk mengangkut air banjir tambang pada 1690-an.
Mesin Uap Bertebaran di Inggris
Dalam skema kerja mesin Savery, uap dihasilkan dari air yang dipanaskan dalam panci. Uap itu dialirkan ke sebuah reservoir besar berbentuk oval. Kemudian, operator mesin menyiramkan air ke reservoir itu sehingga uap di dalamnya mengembun. Teknik itu membuat reservoir berada dalam keadaan hampa sebagian. Air mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Ruang yang hampa memiliki tekanan yang rendah. Air pun mengalir dari sumber banjir di dalam gua menuju ke reservoir melalui pipa bawah.
Setelah reservoir mesin Savery penuh, operator bakal menutup katup di pipa bawah dan membuka katup di pipa atas yang mengarah ke udara lepas. Untuk mendorong air dari reservoir melalui pipa atas, Savery memanfaatkan uap bertekanan tinggi yang dihasilkan dari panci lainnya.
"Pada prinsipnya, kedalaman air yang dapat dihisap sepanjang 30 kaki dengan cara ini, tetapi karena ruang hampa di reservoir tidak pernah sempurna, batas praktisnya adalah sekitar 20 kaki," sebut Hunt.
Tetapi, Savery tidak mampu mengembangkan mesin uap guna keperluan selain memompa air banjir tambang. Pun, semakin lama mesin Savery pun tidak efektif untuk mengangkut air yang semakin dalam membanjiri situs tambang.
Savery mungkin tengah sibuk mengurusi mesinnya kala seorang ahli pengolahan besi di Inggris bagian barat daya mengembangkan mesin uap versinya sendiri. Laki-laki itu bernama Thomas Newcomen. Pengembangan dari mesin ini yang kelak dikulik dan dimodifikasi lebih lanjut oleh James Watt.
Mesin Newcomen memanfaatkan uap bertekanan rendah yang dihasilkan dari air yang didihkan dalam panci. Dari panci itu, uap dialirkan ke silinder besar yang terletak persis di atas panci. Di dalam silinder, ada sebuah piston-geser yang terhubung dengan sebuah balok. Piston dan balok dihubungkan oleh tuas. Skema tuas, piston, dan balok ini mirip dengan timbangan dacin.
Dalam skema kerja mesin Newcomen, balok berfungsi sebagai pemberat yang akan menarik piston-geser ke atas. Saat piston itu mencapai batas atas silinder, operator mesin menyiramkan air dingin ke permukaan silinder. Uap di dalam silinder pun mengembun. Lalu, ruang dalam silinder menjadi hampa dan bertekanan rendah.
Udara yang bertekanan lebih tinggi di luar silinder akan mendorong piston-piston mesin Newcomen ke bawah. Gerak atas-bawah piston inilah yang kemudian digunakan untuk menggerakkan pompa atau mesin lainnya.
Hunt mencatat sudah ada 700 mesin Newcomen beroperasi sebelum 1780 di Inggris. Sebanyak 80 persen mesin itu digunakan untuk mengangkut air banjir di sejumlah situs tambang. Sejumlah mesin Newcomen juga digunakan di daratan Eropa dan koloni Inggris di Amerika.
"Dengan memanfaatkan tenaga uap dan menggunakannya secara praktis, Thomas Newcomen telah mengambil salah satu langkah besar pertama menuju pembangunan dunia teknologi modern, yang berdasarkan penggunaan bahan bakar fosil, dengan semua konsekuensi baik dan buruk yang mengikutinya di kemudian hari," ujar Hunt.
Ketika James Watt Memodifikasi Mesin Newcomen
Meskipun telah banyak digunakan di Inggris, mesin uap Newcomen bermasalah sebab terlalu banyak membuang-buang bahan bakar untuk memanaskan silinder yang kemudian didinginkan lagi. Maury Klein dalam The Power Makers: Steam, Electricity, and the Men Who Invented Modern America (2008) mencatat, seorang teknisi mesin di London sempat mencoba memperbaiki masalah itu tetapi gagal.
Newcomen pun meninggal pada 1729. Tiga tahun kemudian James Watt lahir di Greenock, Skotlandia. Ayah Watt merupakan ahli matematika. Sebelum membuka toko alat peraga sains di Glasgow, Watt sempat belajar ilmu dagang instrumen matematika di London berkat bantuan ayahnya. Watt juga pernah membuka toko alat peraga sains di Glasgow College, tetapi lokasi ini tidak terlalu strategis bagi bisnisnya. Dia pun memindahkan tokonya ke pusat kota Glasgow.
Di tokonya itulah Watt sehari-hari ikut memperbaiki mesin. Berusaha memenuhi permintaan John Anderson untuk memperbaiki desain mesin uap Newcomen, Watt berkonsultasi dengan Joseph Black, profesor kimia dan obat-obatan di Glasgow University.
"Sambil mengutak-atik mesin, Watt tekun untuk tidak hanya untuk memperbaiki, tetapi juga memahami cara kerjanya dan memperbaiki desainnya," sebut Hunt.
Watt memutar otak untuk memperbaiki mesin Newcomen. Dia mesti membuat silinder tetap panas tanpa membuang-buang bahan bakar. Di samping itu, silinder ini juga mesti dibuat hampa. Mendinginkan silinder ialah cara yang lazim digunakan selama ini untuk membuat ruang dalam silinder itu hampa—cara yang menurut Watt tidak tepat.
Dia harus mencari cara lain. Bagaimana caranya? Jawaban atas pertanyaan inilah yang membuat pikirannya penat saat berjalan-jalan di Glasgow Green.
Selangkah dua langkah, kepenatan Watt terurai. Eureka! Gagasan brilian menerjang pikirannya yang suntuk itu: ketimbang menyiram air dingin ke silinder panas, mengapa tidak membiarkan uap bergerak ke wadah lain yang dipenuhi air dingin? Artinya, embunkan saja uap di wadah lain, bukan di silinder.
"Ide itu muncul di benak saya: karena uap adalah unsur elastis yang akan cepat masuk ke ruang hampa, dan jika saluran dibuat antara silinder dan wadah yang sudah terpakai [yang mengandung ruang hampa], uap akan bergegas ke dalamnya, dan mungkin ia akan mengembun tanpa mendinginkan silinder," ujar Watt, seperti ditulis Ben Russel dalam James Watt: Making the World Anew (2014).
Pada 1769, Watt mematenkan "metode mengurangi konsumsi uap dan bahan bakar di mesin-api". Beberapa tahun kemudian, Watt pindah ke Birmingham, Inggris. Di sana, dia berkawan dengan Mathhew Boulton, pebisnis manufaktur besi. Boulton menyuplai dana untuk memproduksi mesin uap Watt secara massal.
Awalnya, Boulton dan Watt menyediakan mesin uap pemompa air banjir situs tambang. Tetapi, bisnis mesin pompa tidak begitu menguntungkan lagi. Boulton pun mendorong Watt untuk membuat mesin uap yang bisa digunakan untuk menggerakkan mesin-mesin tekstil dan pabrik lainnya.
Pada awal 1780-an, Watt mengenalkan mesin uap yang telah dimodifikasi sehingga guncangannya lebih stabil dan cocok digunakan untuk pabrik, pemintalan, dan penggilingan. Para pebisnis pun berbondong-bondong menggunakan mesin uap rancangan Boulton-Watt itu.
Ben Russel mencatat, industri bergantung pada tenaga air sungai untuk menggerakkan mesin-mesinnya. Jumlah pabrik yang dapat dibangun di tepi sungai pun dibatasi.
"Setelah Watt menemukan kondensor terpisah, Anda bisa membangun pabrik yang sangat efisien hampir di mana pun Anda inginkan. Itu memungkinkan untuk membangun pabrik yang digerakkan oleh bahan baku yang murah dan relatif mudah: batu bara dan uap," sebut Russel.
James Watt meninggal di Heathfielf pada 25 Agustus 1819, tepat hari ini 119 tahun lalu. Meski mesin uap sudah berkembang jauh sebelum Watt lahir, nama Watt yang selalu diklaim sebagai penemu mesin pengawal revolusi industri di Inggris itu. Dari revolusi itulah industrialisasi besar-besaran lahir dan menyebar ke seluruh dunia.
Editor: Ivan Aulia Ahsan
