Siklus Rankine

Kelompok siklus-siklus daya yang pertama kali kita perhatikan adalah yang digunakan oleh industri penghasil daya listrik, yang adalah siklus-siklus yang dioperasikan sedemikian rupa sehingga fluida kerjanya mengalami perubahan fase dari cairan menjadi uap. Siklus daya uap yang paling sederhana adalah siklus Rankine.

 Fitur utama siklus ini adalah bahwa pompanya hanya membutuhkan sedikit usaha untuk menyalurkan air bertekanan tinggi ke boiler. Kekurangan yang mungkin dimiliki adalah bahwa proses di dalam turbin biasanya memasuki daerah kualitas,sehingga mengakibatkan terjadinya butiran-butiran cairan yang dapat merusak bilah-bilah turbin.

Siklus rankine merupakan siklus ideal dimana rugi-rugi yang disebabkan oleh gesekan di dalam masing-masing dari keempat kompenannya dapat diabaikan. Rugi-rugi ini biasanya sangat kecil dan akan diabaikan sepenuhnya dalam analisis awal kita. Siklus Rankine terdiri dari empat proses ideal yang ditunjukkan dalam diagram T-s.

1->2: Kompresi isentropik didalam pompa.

2-> 3: Penambahan kalor tekanan konstam di dalam boiler.

3->4 : Ekspansi isentropik di dalam turbin.

4 -> 1: Pembuangan kalor tekanan konstan di dalam kondensor.

Jika kita mengabaikan perubahan-perubahan enegri kinetik dan energi potensial,keluaran usaha nettonya adalah luas dibawah diagram T-s, yang diwakili oleh luas 1-2-3-4-1; ini benar hukumm pertama mengharuskan W_net=Q_net. Perpindahan kalor ke zat kerja diwakili oleh luas a-2-3-b-a. Jadi, efisiensi termal  dari siklus Rankine adalah

Yaitu keluaran yang diinginkan dibagi dengan masukan energi (energi yang dibeli).Jelas bahwa efisiensi termal dapat ditingkatkan dengan memperbesar pembilangnya dan memperkecil penyebutnya. Ini dapat dilakukan dengan cara menaikkan tekanan keluar pompa P₂,menaikkan temperatur keluar boiler T_3,atau menurunkan tekanan keluar turbin P_4.

Perhatikan bahwa efisiensi dari siklus rankine adalah lebih rendah daripada efisiensi siklus carnot yang dioperasikan di antara temperatur tinggi T3 dan temperatur rendah T1 karena kebanyakan perpindahan kalor dari penampung temperatur tinggi terjadi melintasi perbedaan temperatur yang besar.

Adalah mungkin untuk membuat efisiensi siklus Rankine sama besar dengan efisiensi siklus Carnot jika siklusnya di rancang untuk beroperasi. Akan tetapi, pompanya harus memompa campuran cairan dan uap, yang merupakan hal yang sulit dan membutuhkan usaha yang besar jika dibandingkan dengan memompa cairan saja.

Sumber : Termodinamika Teknik Edisi Kedua oleh Merle C.Potter,Ph.D dan Craig W. Somerton,Ph.D