Kitaran Rankine

Kitaran Rankine merupakan sebuah model matematik yang digunakan untuk meramal prestasi enjin stim. Kitaran Rankine merupakan kitaran termodinamik unggul bagi sebuah enjin haba yang menukar haba kepada kerja mekanikal. Haba yang dibekalkan dari luar ke dalam gelung tertutup, yang lazimnya menggunakan air sebagai bendalir kerja. Kitaran Rankine, dalam bentuk enjin stim menjana lebih kurang 90% semua kuasa elektrik yang digunakan di seluruh dunia, termasuk terma suria, biojisim, arang batu dan nuklear. Model ini dinamakan sempena William John Macquorn Rankine, seorang profesor Universiti Glasgow.

Pernyataan

Kitaran Rankine memerihalkan tentang proses enjin haba operasian stim yang lazim ditemui dalam loji penjanaan kuasa terma. Sumber haba yang digunakan bagi loji kuasa tersebut lazimnya dari pembelahan nuklear atau pembakaran bahan api fosil seperti arang batu, gas asli dan minyak.
Kecekapan kitaran Rankine dihadkan oleh haba tinggi pengewapan bendalir kerja. Juga, melainkan tekanan dan suhu mencecah tahap super genting dalam dandang stim, julat suhu bagi kitaran yang boleh beroperasi adalah kecil: suhu masukan turbin stim lazimnya 565°C (had rayapan keluli tahan karat) dan suhu kondenser adalah sekitar 30°C. Ini memberikan kecekapan Carnot maksimum secara teorinya adalah lebih kurang 63% berbanding kecekapan terma keseluruhan sebenar yang mencecah 42% bagi stesen kuasa arang batu yang moden. Suhu masukan wap turbin yang rendah ini (jika dibandingkan dengan turbin gas) adalah penyebab kitaran Rankine (stim) sering digunakan sebagai kitaran pengalas untuk memulihkan haba yang hendak dibuang dalam stesen kuasa turbin gas gabungan kitaran.
Bendalir kerja dalam kitaran Rankine mengikut gelung tertutup dan sering digunakan semula. Wap air dengan titisan terkondensasi sering dilihat menggelora dari stesen kuasa yang dicipta oleh sistem penyejukan (bukan secara terus dari kitaran kuasa Rankine gelung tertutup) dan memberi makna bagi haba buangan (suhu rendah) untuk keluar daripada sistem, lalu membenarkan penambahan haba (suhu tinggi) yang boleg ditukar kepada kerja yang lebih berguna (kuasa). Haba 'ekzos' ini diwakili oleh "Qout" yang mengalir keluar dari sisi bawah kitaran seperti yang ditunjuk dalam rajah T/S. Menara penyejuk beroperas sebagai penukar haba yang besar dengan menyerap haba pengewapan pendam bagi bendalir kerja dan, pada masa yang sama, menyejat air penyejuk ke atmosfera. Sementara banyak bahan digunakan sebagai bendalir kerja dalam kitaran Rankine, air sering digunakan sebagai bendalir pilihan kerana sifatnya yang lebih disenangi, iaitu bahan kimia yang tidak bertoksik dan bertindak balas, mudah diperolehi, kos rendah dan sifat termodinamiknya. Dengan memeluwap stim kerja kepada cecair, tekanan di keluaran turbin adalah direndahkan dan tenaga yang diperlukan untuk pam suapan memakan hanya 1 hingga 3% kuasa keluaran turbin dan faktor inilah yang menyumbang kepada kecekapan yang lebih tinggi bagi satu-satu kitaran. Kelebihan kitaran ini diimbangi dengan stim bersuhu rendah yang dimasukkan ke dalam turbin. Turbin gas, sebagai contoh, mempunyai suhu masukan turbin yang menghampiri 1500°C. Walau bagaimanapun, kecekapan terma bagi stesen kuasa stim yang besar dan stesen turbin gas yang moden adalah sama.