Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja dengan menggunakan fluida bertekanan seperti air dalam aliran tertutup. Siklus ini memanfaatkan empat proses untuk mengubah keadaan fluida dan menghasilkan 80% energi listrik dunia dari sumber panas seperti batu bara dan gas alam. Variasi siklus ini menggunakan fluida organik seperti pentana untuk meningkatkan efisiensi dengan menur
2. Siklus rankine
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang
mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada
aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang
bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang
dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang
ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine. Siklus Rankine
adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan
di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine
adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai siklus Carnot,
terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini
menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine
biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada
keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki
turbin pada temperatur 565 C (batas ketahanan stainless steel)
dan kondenser bertemperatur sekitar 30 C. Hal ini memberikan efisiensi
Carnot secara teoretis sebesar 63%, tetapi kenyataannya efisiensi
pada pembangkit listrik tenaga batu bara sebesar 42%.
3. Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan
secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini,
tetapi air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti
tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.
Terdapat 4 proses dalam siklus Rankine, setiap siklus mengubah
keadaan fluida (tekanan dan/atau wujud).
Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi
dalam bentuk cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi.
Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana
fluida dipanaskan hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi
uap jenuh.
Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi
listrik. Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin
sedikit kondensasi juga terjadi.
Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan
dalam tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.
4. Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic,
yang berarti pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan
memaksimalkan output kerja. Dalam siklus Rankine yang
sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak
isentropic. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi
meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang
dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan
oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh
terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat
kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin,
menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi
turbin. Cara termudah dalam menangani hal ini adalah dengan
memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi. Efisiensi
termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur
input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan
efisiensi siklus Rankine.
5. Siklus rankine organik
Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik seperti n-
pentana atau toluena menggantikan air dan uap. Penggunaan
kedua jenis fluida tersebut akan mengurangi suplai panas yang
dibutuhkan karena rendahnya titik didih dari kedua jenis fluida
tersebut sehingga energi matahari sudah cukup untuk mengubah
fase fluida tersebut. Meski efisiensi Carnot akan berkurang, tetapi
pengumpulan panas yang dilakukan pada temperatur rendah akan
mengurangi banyak biaya operasional.
Siklus Rankine sesungguhnya tidak membatasi fluida jenis apa
yang digunakan karena pada dasarnya siklus Rankine
adalah mesin kalor sehingga efisiensinya dihitung berdasarkan
efisiensi Carnot. Konsepnya tidak boleh dipisahkan dengan siklus
termodinamika.