Siklus Rankine adalah proses yang mengubah energi panas menjadi kerja dengan menggunakan air sebagai fluida kerja, dan berkontribusi pada 90% produksi listrik dunia. Proses ini melibatkan empat tahap: pemompaan, pemanasan dalam boiler, ekspansi di turbin, dan kondensasi. Efisiensi termal dan back work ratio adalah dua parameter penting dalam menilai performa siklus ini.

1. Siklus Rankine
Pengertian
Siklus Rankine adalah sebuah siklus yang mengkonversi energi
panas menjadi kerja / energi gerak.Panas disuplai secara eksternal
pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida
yang bergerak
Dikembangkan oleh William John Macquorn Rankine pada abad ke-
19 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin-mesin uap.
Saat ini, siklus rankine digunakan pada pembangkit-pembangkit
listrik dan memproduksi 90% listrik dunia.

3. Turbin. Uap dari boiler pada kondisi 1, yang berada pada temperatur dan tekanan yang
sudah dinaikkan berekspansi melalui turbin untuk menghasilkan kerja kemudian dibuang
ke condenser pada kondisi 2 dengan tekanan yang lebih rendah. Keluaran yang masuk
ke dalam turbin adalah steam (Moran&Shapiro, 2000). (Jika masih dalam keadaan liquid
atau kandungan liquid masih banyak dan masuk ke dalam turbin maka turbin akan cepat
rusak disebabkan oleh tumbukan partikel air yang lebih besar dibanding steam yang akan
merusak putaran kipas turbin).
Kondenser. Dalam kondenser terjadi perpindahan kalor dari uap ke air pendingin
yang mengalir dalam aliran yang terpisah. Uap terkondensasi dan temperature air
dingin meningkat.
Pompa. Kondensat cair yang meninggalkan kondenser pada kondisi 3 berupa liquid
dipompa masuk ke dalam boiler yang bertekanan lebih tinggi.
Boiler. Fluida kerja menyelesaikan siklus ketika cairan yang meninggalkan pompa pada
kondisi 4 yang disebut air pengisian, dipanaskan sampai jenuh dan diuapkan dalam
boiler.

5. Beberapa proses yang berlangsung pada masing-masing alat adalah :
Kerja pompa :
Dimana ν adalah volume spesifik yang besarnya
Kalor masuk ke boiler :
Kerja yang dihasilkan turbin uap :
Kalor yang dibuang oleh kondensor :

6. Pada siklus rankine, air ini mengalami empat proses sesuai dengan gambar
di atas, yaitu:
•Proses C-D: Fluida kerja / air dipompa dari tekanan rendah ke tinggi, dan
pada proses ini fluida kerja masih berfase cair sehingga pompa tidak
membutuhkan input tenaga yang terlalu besar. Proses ini dinamakan proses
kompresi-isentropik karena saat dipompa, secara ideal tidak ada perubahan
entropi yang terjadi.
•Proses D-F: Air bertekanan tinggi tersebut masuk ke boiler untuk
mengalami proses selanjutnya, yaitu dipanaskan secara isobarik (tekanan
konstan). Sumber panas didapatkan dari luar seperti pembakaran batubara,
solar, atau juga reaksi nuklir. Di boiler air mengalami perubahan fase dari
cair, campuran cair dan uap, serta 100% uap kering.
•Proses F-G: Proses ini terjadi pada turbin uap. Uap air kering dari boiler
masuk ke turbin dan mengalami proses ekspansi secara isentropik. Energi
yang tersimpan di dalam uap air dikonversi menjadi energi gerak pada
turbin.
•Proses G-C: Uap air yang keluar dari turbin uap masuk ke kondensor dan
mengalami kondensasi secara isobarik. Uap air diubah fasenya menjadi cair
kembali sehingga dapat digunakan kembali pada proses siklus.

7. Dalam termodinamika, efisiensi termal adalah ukuran tanpa
dimensi yang menunjukkan performa peralatan termal
seperti mesin pembakaran dalam dan sebagainya. Panas yang
masuk adalah energi yang didapatkan dari sumber energi. Output
yang diinginkan dapat berupa panas atau kerja, atau mungkin
keduanya.
Jadi, termal efisiensi dapat dirumuskan dengan

8. Mesin kalor
Ketika mengubah energi termal menjadi energi mekanik (kerja), efisiensi termal
dari mesin kalor adalah persentase dari energi panas yang ditransformasikan menjadi
kerja. Efisiensi termalnya didefinisikan dengan
Konversi energi
Untuk alat konversi seperti pemanas ruangan, boiler, atau pembakar,
efisiensi termalnya dirumuskan dengan
Contoh
Sehingga untuk boiler yang memproduksi 210 kW panas dengan input 300 kW
bahan bakar memiliki efisiensi sebesar 210/300=0,70, atau 70%. Ini berarti, 30%
energi terbuang ke lingkungan.

9. Efisiensi thermal siklus Rankine ideal sederhana dapat dihitung :
Dimana
Back Work Ratio
Parameter lain yang digunakan untuk menunjukkan performa pembangkit tenaga
adalah back work ratio, bwr, didefenisikan sebagai perbandingan kerja input pompa
terhadap kerja yang dihasilkan turbin. Back work ratio untuk siklus daya :
= dimana =