Stelzer dan Sterling, Mesin-Mesin Hemat Energi

MESIN STELZER

Adalah mesin 2 tak yang sangat sederhana, terdiri dari 7 segmen besi cor yang dibaut bersambung membentuk 3 ruang silindris dimana piston mesinnya bergerak. (Bandingkan dengan mesin konvensional yang jumlah bagiannya lebih dari 400 buah !) . Piston yang simetris tersebut bergerak kian kemari di dalam blok itu (secara linier). Tidak ada klep, tidak ada bagian yang berputar seperti crank shaft. Pembakaran yang terjadi di ruang-ruang simetris menyebabkan piston itu bergerak antara bantalan ledakan gas.

Frekuensinya diatur sedemikan rupa sehingga menghilangkan getaran blok mesin. Karena piston bergerak bebas tanpa bantuan mekanik, satu-satunya yang membatasi frekuensi gerakannya adalah hambatan udara di bagian lubang masuk. Ini terjadi pada sekitar 30.000 osilasi (putaran) per menit. Karena ujung piston menjulur keluar dari blok mesin, ia dapat dipakai langsung untuk memindahkan energi . Konversi energi ini ( dari campuran udara / bahan bakar) bisa juga bersifat tak langsung bila mesin dibuat menjadi kompresor gas atau cairan. Mengubahnya menjadi pompa hanya perlu membor lubang panjang sepanjang piston itu. Ini supaya cairan yang dipompa itu bisa langsung mengalir melalui piston itu sendiri. Pada frekuensi tinggi, klep tidak diperlukan.

Kalau mesin ingin dijadikan kompresor, ujung piston yang keluar dari blok mesin tinggal dipasang dengan ruang-ruang yang sesuai. Juga bila ujung liston dilengkapi dengan magnit yang keluar-masuk koil (kumparan) tembaga sewaktu piston berosilasi, mesin ini menjadi generator listrik gerakan linier. Ujung piston, yang menjulur keluar dari blok mesin, menjadi "kabur" karena cepatnya gerakan mesin. Tapi mesin itu sendiri hampir tak mengeluarkan suara dan bebas getaran. Prototip mesin dibuat pertama kalinya oleh Frank Stelzer (Frankfurt, Jerman) pada tahun 1960.

Kelebihan mesin ini adalah :

• sederhana tapi serba guna


• murah dan efisien dibandingkan mesin-mesin konvensional lainnya


• daya gunanya tinggi. Semakin tinggi kecepatannya, semakin meningkat daya gunanya.


• karena ujung pistonnya menjulur keluar dari blok mesin, ia dapat dipakai langsung untuk memindahkan energi dari campuran udara /bahan bakar yang terbakar itu.


• gaya geseknya kecil.


• Suhu operasinya relatif dingin sekitar 60 0C dibandingkan 80 oC pada mesin konvensional, sehingga blok mesin dan pistonnya bisa dibuat dari aluminium, dan mesinnya mudah didisain untuk sistem pendingin yang menggunakan air atau udara.


• kapasitas mesin bisa berkisar dari 1 - 100 PK, bahkan bisa sampai 1000 PK.


• bahan bakar mesin bisa bensin, solar, methanol, ethanol, campuran bensin /methanol. minyak tanah dan bahan bakar gas lainnya (biomassa, biofuel dsb).


• irit bahan bakar, sekitar 30-40% lebih sedikit dari pada mesin konvensional.


• aplikasinya luas sekali, sebagai mesin, pompa, kompresor, dan generator.


• tidak berisik dan bebas getaran

MESIN STIRLING

Mesin Stirling yang pertama kalinya ditemukan oleh Robert Stirling (Kilmamock, Skotlandia) pada tahun 1816 , bekerja berdasarkan prinsip peredaran termodinamika (motor udara panas) . Energi penggeraknya adalah gas helium, hidrogen atau nitrogen, yang dipanaskan oleh pembakaran eksternal melalui suatu heat echanger, jadi tidak akan habis atau tercemar. Jadi pada mesin Stirling, gas hanya disusutkan dan kemudian dikembangkan dengan pemanasan dari luar. Sebuah regenerator memungkinkan panas yang dihasilkan disimpan di dalam, sebagain menggantikan energi panas karena sedikitnya alih panas yang dimungkinkan melalui dinding heat-exchanger. Energi panas disimpan di dalam regenerator sementara gas penggerak menyusup ke ruangan yang dingin, dan kemudian dilepaskan sewaktu kembali ke ruangan ekspansi panas.

Tenaga terjadi pada temperatur yang tinggi dan konstan, sangat ideal untuk setiap mesin. Kompresi terjadi pada temperatur rendah, dan hampir tidak ada energi panas yang hilang. Tenaga bersih yang dihasilkan adalah akibat perbedaan antara pengembangan gas bertemperatur tinggi dan mengkompresi gas bertemperatur rendah.

Kelebihan mesin Stirling adalah :

• Frekuensinya stabil/ konstan


• Mesin Stirling dapat bekerja pada sembarang sumber energi panas, termasuk bahan kimia, sinar surya (solar), limbah pertanian (sekam, tempurung kelapa dsb), kayu bakar, berbagai produk minyak bakar (biomassa, biofuel dsb),. panas bumi dan nuklir.


• Kemungkinan implementasi mesin Stirling banyak sekali, namun sebagian besar masuk pada kategori mesin piston resiprokal.


• Perbedaan yang menyolok dengan mesin pembakaran internal adalah potensi untuk menggunakan sumber panas terbarukan pada mesin Stirling lebih mudah, suara mesin lebih lembut (tenang), tidak bising dan lebih rendah biaya perawatannya.


• Biaya kapital per unit daya ($/kW) dapat ditekan lebih rendah . Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal untuk daya yang sama , maka biaya kapital mesin Stirling untuk saat ini umumya masih lebih besar dan lebih berat, namun perawatannya jauh lebih mudah dan ekonomis. Sehingga secara menyeluruh biaya energinya masih dapat bersaing ketat. Efisiensi panasnya juga berimbang (untuk mesin-mesin yang kecil) berkisar antara 15% - 30%.

Dengan basis biaya kapital per unit daya di atas, untuk unit generator dengan kapasitas s/d 100 kW., mesin Stirling masih kompetitif harganya.

Leonid,
dari beberapa sumber, 2008