র‍্যাঙ্কিন চক্র

র‍্যাঙ্কিন চক্র বা র‍্যাঙ্কিন সাইকেল হলো এমন একটি মডেল যা বাষ্প টারবাইন সিস্টেমগুলির দক্ষতা নিরূপণ করার জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি পরিপূরক বাষ্প ইঞ্জিনগুলির কর্মক্ষমতা হিসেব করতেও ব্যবহৃত হয়েছিল। র‍্যাঙ্কিন সাইকেল (চক্র) হিট ইঞ্জিনের(একটি তাপীয় যন্ত্রবিশেষ) একটি আদর্শ তাপগতি চক্র যা দশা পরিবর্তনের সময় তাপশক্তিকে যান্ত্রিকশক্তিতে রূপান্তরিত করে। এটি একটি আদর্শ চক্র যেখানে চারটি উপাদানগুলির প্রতিটিতে ঘর্ষণ এর ফলে সৃষ্ট ক্ষতি উপেক্ষা করা হয়। বাহ্যিকভাবে সরবরাহকৃত তাপকে একটি বদ্ধ পথে প্রবাহিত হতে দেওয়া হয়, যেখানে সাধারণত কার্যক্ষম তরল হিসাবে জল ব্যবহার করা হয়। স্কটিশ পলিম্যাথ এবং গ্লাসগো বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক উইলিয়াম জন র‍্যাংকিন এর নামানুসারে এর নামকরণ <nowiki>"র‍্যাঙ্কিন সাইকেল"</nowiki> করা হয়েছে।
বাষ্পচালিত তাপ ইঞ্জিনগুলি কীভাবে বিদ্যুত উৎপাদন কেন্দ্রে শক্তি উৎপাদন করে, র‍্যাঙ্কিন সাইকেল তার একটি নিবিড় বর্ণনা উপস্থাপন করে।
তাপীয় উৎস এবং একটি শীতল উৎসের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর শক্তির পরিমাণ নির্ভর করে। পার্থক্য যত বেশি হবে, কার্নোটের উপপাদ্য অনুযায়ী ততোধিক যান্ত্রিক শক্তি, তাপ শক্তি থেকে উপযুক্ত দক্ষতার সাথে সংগ্রহ করা যেতে পারে।
বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলিতে সাধারণত পারমাণবিক ফিশন(বিদারণ) বা জীবাশ্ম জ্বালানীর দহন যেমন কয়লা, প্রাকৃতিক গ্যাস এবং তেল বা সৌরশক্তি তাপের উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়।তাপমাত্রা যত বেশি হবে সমস্ত প্রক্রিয়াটি তত ভাল ভাবে সম্পন্ন হবে।
র‍্যাঙ্কিন সাইকেল চক্রের কার্যকারিতা, কার্যকারী তরলটির উচ্চ বাষ্পীকরণ তাপমাত্রা দ্বারা সীমাবদ্ধ। এছাড়াও, বাষ্প বয়লারে চাপ এবং তাপমাত্রা অত্যন্ত সংকটপূর্ণ পর্যায়ে না পৌঁছা পর্যন্ত, চক্রটি বেশ অল্প তাপমাত্রার পরিসরে পরিচালিত হতে পারে: বাষ্প টারবাইনে বাষ্প প্রবেশের সময় তাপমাত্রা সাধারণত ৫৬৫°সে(সেলসিয়াস) এর কাছাকাছি থাকে  এবং স্টিম কনডেনসারে(বাষ্প ঘনীভূতকরণ যন্ত্র) তাপমাত্রা প্রায় ৩০°সে থাকে। এটি এককভাবে বাষ্প টার্বাইনকে তাত্ত্বিকভাবে সর্বাধিক ৬৩.৮% পর্যন্ত কার্নোট দক্ষতা দিতে পারে, যেখানে বাস্তবক্ষেত্রে আধুনিক কয়লা চালিত বিদ্যুৎ কেন্দ্রে বাষ্প টারবাইন প্রায় ৪২% অবধি সামগ্রিক তাপীয় দক্ষতা দিতে পারে। বাষ্প টারবাইনে প্রবেশদ্বারের নিম্ন তাপমাত্রার (একটি গ্যাস টারবাইনের সাথে তুলনায়) জন্য, বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে সম্মিলিত- গ্যাস টারবাইন চক্রে নিষ্কৃত তাপ পুনরুদ্ধার করতে অন্তঃস্থ চক্র হিসাবে র‍্যাঙ্কিন সাইকেল (বাষ্প) চক্রটি প্রায়শই ব্যবহৃত হয়।
এই বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলিতে শীতল উৎস (যত বেশি শীতল হবে তত ভালো) হিসেবে সাধারণত কুলিং টাওয়ার এবং একটি বৃহৎ জলের সমাহার (নদী বা সমুদ্র) ব্যবহৃত হয়। র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের(চক্রের) কার্যক্ষমতা শীতলতম অংশে কার্যক্ষম তরলটির নিম্নতর ব্যবহারিক তাপমাত্রার দ্বারা সীমাবদ্ধ।
র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের(চক্রের) কার্যক্ষম তরলটি একটি বদ্ধ পথ অনুসরণ করে ক্রমাগত পুনরায় ব্যবহারযোগ্য হয়। শীতলকরণ ব্যবস্থায় ঘনীভূত জলীয়বাষ্পের ফোটাগুলো প্রায়শই বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি থেকে তরঙ্গ আকারে দেখা যায় (সরাসরি বদ্ধ-পথ র‍্যাঙ্কিন শক্তিচক্র থেকে নয়)। এই 'নির্গমন' তাপটি "Q " দ্বারা প্রকাশ করা হয় যা নিম্নে উল্লিখিত টি-এস ডায়াগ্রামে প্রদর্শিত চক্রের নীচের দিক থেকে বহমান। কুলিং টাওয়ারগুলি কার্যক্ষম তরলের বাষ্পীকরণের সুপ্ত তাপকে শোষণ করে এবং একই সাথে বায়ুমণ্ডলে শীতল জলকে বাষ্পায়িত করে একটি বৃহৎ তাপ বিনিময়কারক হিসাবে কাজ করে।
যদিও অনেক পদার্থ র‍্যাঙ্কিন সাইকেলে(চক্র) কার্যক্ষম তরল হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে,যেহেতু জল বিষাক্তহীন এবং অবিক্রিয়াশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন, বহুলতা, এবং কম খরচে সহজলভ্য সেইসাথে এর তাপগতীয় বৈশিষ্ট্য এর জন্য জলকে সাধারণত পছন্দের শীর্ষে রাখা হয়। কার্যক্ষম জলীয়বাষ্পকে ঘনীভূত করে তরলে পরিণত করার মাধ্যমে টারবাইনের বহির্ভাগে নিম্ন চাপ তৈরি করা হয় এবং টারবাইন দ্বারা উৎপন্ন শক্তির মাত্র ১% থেকে ৩% ফিড পাম্প খরচ করে করে এবং এই কারণগুলি চক্রের উচ্চতর কর্মদক্ষতায় অবদান রাখে। এই সুবিধাটি টারবাইন (গুলি) -এ প্রবেশকৃত বাষ্পের নিম্ন তাপমাত্রার দ্বারা সামঞ্জস্য করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, গ্যাস টারবাইনগুলিতে টারবাইনে প্রবেশের তাপমাত্রা 1500°সে(সেলসিয়াস) এর কাছাকাছি থাকে। তবে, প্রকৃতপক্ষে বৃহদাকার বাষ্প শক্তি কেন্দ্র এবং বৃহদাকার আধুনিক গ্যাস টারবাইন স্টেশনগুলির তাপীয় দক্ষতা একই রকম।
র‍্যাঙ্কিন সাইকেলে(চক্রে) চারটি প্রক্রিয়া রয়েছে। প্রক্রিয়াগুলো টি-এস ডায়াগ্রামে সংখ্যা (বাদামীতে) দ্বারা চিহ্নিত করা হল।
অন্য কথায় প্রক্রিয়া ১-২ হ'ল [ধ্রুব এন্ট্রপিতে সংকোচন]
অন্য কথায় প্রক্রিয়া ২-৩ হল [বয়লারে ধ্রুব চাপে তাপীয় সংযোজন]
অন্য কথায় প্রক্রিয়া ৩-৪ হয় [ধ্রুব এনট্রপিতে সম্প্রসারণ]
অন্য কথায় প্রক্রিয়া ৪-১ হ'ল [ঘনীভূতকরণ যন্ত্রে ধ্রুব চাপে তাপ বর্জন]
একটি আদর্শ র‍্যাঙ্কিন সাইকেলে(চক্রে) পাম্প এবং টারবাইনটি ধ্রুব এন্ট্রপিক হয়ে থাকে, অর্থাৎ পাম্প এবং টারবাইন কোনও এনট্রপি তৈরি করে না, যা মোট আউটপুটকে সর্বাধিক করে তোলে। ১–২ এবং ৩–৪ প্রক্রিয়াগুলি টি এস ডায়াগ্রামে উল্লম্ব রেখার দ্বারা উপস্থাপিত হয়েছে এবং এগুলো কার্নোট চক্রের সাথে আরও সাদৃশ্যপূর্ণ। এখানে প্রদর্শিত র‍্যাঙ্কিন সাইকেলটি(চক্রটি), টারবাইনে প্রসারণের পরে কার্যক্ষম তরলটিকে অতিরিক্ত উত্তপ্ত বাষ্প অবস্থায় আসতে বাধা দেয়, যার ফলে ঘনীভূতকরণ যন্ত্র দ্বারা শক্তি বের করে দেয়া হ্রাস পায়।
প্রকৃত বাষ্প শক্তি চক্র আদর্শ র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের(চক্রের) থেকে পৃথক কারণ তরলের মধ্যে ঘর্ষণ এবং পারিপার্শ্বিকে তাপের অপচয়;অভ্যন্তরীন গঠনকারী অংশসমূহের পরিবর্তনীয় বৈশিষ্ট্য;তরলের মধ্যে ঘর্ষণ কারণে বয়লার, ঘনীভূতকরণ যন্ত্র এবং গঠনকারী অংশসমূহের মধ্যে পাইপিংয়ের ফলে নিম্ন চাপের সৃষ্টি করে এবং ফলস্বরূপ বয়লার থেকে পরিত্যাগ করা বাষ্পে নিম্ন চাপ বজায় থাকে; তাই নেট কাজ আউটপুট সমান রাখার জন্য বয়লারের মধ্যে অবস্থিত বাষ্পকে অতিরিক্ত তাপ দিতে হয় ।
সাধারণভাবে, একটি সাধারণ র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের(চক্রের) কর্মদক্ষতাকে লেখা যেতে পারে
পরবর্তী চারটি সমীকরণের প্রতিটি একটি নিয়ন্ত্রিত আয়তনের জন্য শক্তি এবং ভর ভারসাম্য থেকে প্রাপ্ত। formula_2 তাপের ইনপুটকে নেট পাওয়ার আউটপুট অনুপাত হিসাবে চক্রের তাপীয় দক্ষতা সংজ্ঞায়িত করে। যেহেতু পাম্পটির প্রয়োজনীয় কাজ প্রায়শই টারবাইন থেকে প্রাপ্ত শক্তির প্রায় ১% থাকে তাই সরলীকৃত সমীকরণটিকে লেখা যায়।
টারবাইন এবং পাম্পগুলির দক্ষতার সাথে কাজ করার সময়,উভয়ের কাজের মধ্যে একটি সমন্বয় করতে হবে:
বাস্তবক্ষেত্রে শক্তি উৎপাদন করা চক্রে ("র‍্যাঙ্কিন" নামটি কেবল আদর্শ চক্রের জন্য ব্যবহৃত হয়), পাম্প দ্বারা সংকোচন এবং টারবাইনটিতে প্রসারণ ধ্রুব এন্ট্রপিতে সংঘটিত হয় না। অন্য কথায়, এই প্রক্রিয়াগুলি অপরিবর্তনীয় এবং দুটি প্রক্রিয়া চলাকালীন সময় এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। ফলস্বরূপ পাম্পের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি বৃদ্ধি পায় এবং টারবাইন দ্বারা উৎপন্ন শক্তি হ্রাস পায়।
বিশেষত, বাষ্প টারবাইন এর দক্ষতা জল-ফোঁটা গঠনের মাধ্যমে সীমাবদ্ধ। জলের ঘনীভূতকরণ প্রক্রিয়ার সময়, জল ফোঁটা দ্রুত গতিতে টারবাইন ব্লেডগুলিতে আঘাত করে, খাদ এবং ক্ষয় সৃষ্টি করে, এভাবে ধীরে ধীরে টারবাইন ব্লেড এবং টারবাইনটির কার্যকারিতা হ্রাস করে। এই সমস্যাটি কাটিয়ে ওঠার সহজতম উপায় হ'ল বাষ্পকে অতিউত্তপ্ত করে তোলা। উপরের টি-এস ডায়াগ্রামে, ৩নং অবস্থাটি বাষ্প এবং জলের দ্বৈত-অবস্থা অঞ্চলের সীমানায় অবস্থিত, সুতরাং সম্প্রসারণের পরে বাষ্পটি খুব আর্দ্র হবে। অতিরিক্ত উত্তপ্তকরণের মাধ্যমে, ৩নং অবস্থাটি ডায়াগ্রামে ডানদিকে (এবং উপরে) সরে যাবে এবং পরিণামে প্রসারণের পরে একটি অত্যন্ত শুষ্ক বাষ্প তৈরি হবে।
এছাড়াও তরলের অভ্যন্তরীন ঘর্ষনের জন্য বয়লার, ঘনীভূতকরণ যন্ত্র, এবং বিভিন্ন পাইপের(নল) মধ্যে চাপ হ্রাস পায়। ফলে বয়লার থেকে বের হওয়ার সময় বাষ্পের চাপ কিছুটা কমে যায়। বিভিন্ন পাইপের মধ্যে চাপ হ্রাসের জন্য টার্বাইনের প্রবেশদ্বারের চাপ বয়লার থেকে কিছুটা কমে যায়। ঘনীভুতকরণ যন্ত্রে চাপের হ্রাস খুব নগন্য। বিবৃত চাপীয় হ্রাসজনিত সমস্যাগুলো কাটিয়ে ওঠার জন্য, জলকে সচারচর পাম্পের মাধ্যমে যথেষ্ট উচ্চ চাপে বয়লারে প্রেরণ করা হয়। 
র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের গড় ইনপুট তাপমাত্রা বাড়িয়ে সামগ্রিক তাপীয় দক্ষতা বাড়ানো যেতে পারে
এটি করার একটি সহজ উপায় হল অধিক উত্তপ্ত অবস্থায় বাষ্পের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করা। র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের তাপীয় দক্ষতা বাড়াতে বিভিন্ন মৌলিক উপায়ে ডিজাইন করা যেতে পারে; এর মধ্যে দুটি নিচে বর্ণিত করা হয়েছে।
পুনরায় উত্তপ্ত করা যায় এমন চক্রের উদ্দেশ্য হ'ল সম্প্রসারণ প্রক্রিয়াটির চূড়ান্ত পর্যায়ে বাষ্পে অবস্থিত আর্দ্রতা দূর করা। এই রূপান্তরকরণ প্রক্রিয়ায় দুটি টারবাইন সিরিজে(দুটি বস্তু একে অন্যের সাথে অভিন্নভাবে সংযুক্ত থাকে যাতে করে তারা একে অন্যের উপর নির্ভরশীল থাকে) কাজ করে। প্রথমটি বয়লার থেকে উচ্চ চাপে বাষ্প গ্রহণ করে। বাষ্পটি প্রথম টারবাইন দিয়ে যাওয়ার পরে, এটি পুনরায় বয়লারে প্রবেশ করে এবং দ্বিতীয়, নিম্ন-চাপ, টারবাইন দিয়ে যাওয়ার আগে পুনরায় উত্তপ্ত করা হয়।পুনরায় উত্তপ্ত করার সময় তাপমাত্রা, টারবাইনের প্রবেশের সময়ের তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি বা সমান হয়, তবে পুনরায় উত্তপ্ত করার সময় প্রয়োজনীয় চাপ মূল বয়লার চাপের এক চতুর্থাংশ হয়। অন্যান্য সুবিধাগুলির মধ্যে এই প্রক্রিয়া বাষ্পকে তার প্রসারণের সময় ঘনীভবন হতে বাধা দেয় এবং এর ফলে টারবাইন ব্লেডগুলিতে ক্ষয়ক্ষতি হ্রাস পায় এবং চক্রের কর্মদক্ষতা বৃদ্ধি করে, কারণ উচ্চতর তাপমাত্রায় আরও বেশি তাপ প্রবাহিত হতে পারে। রিহীট চক্রটি প্রথম 1920 সালে শুরু হয়েছিল, তবে প্রযুক্তিগত সমস্যার কারণে দীর্ঘকাল ধরে এটি চালু ছিল না। 1940-এর দশকে, উচ্চ-চাপ বয়লারগুলির ক্রমবর্ধমান উৎপাদনের সঙ্গে এটি পুনরায় চালু করা হয়েছিল এবং শেষ পর্যন্ত 1950-এর দশকে দ্বৈত রিহীট প্রক্রিয়া চালু হয়েছিল। দ্বৈত রিহীট(দুটি ধাপে পুনরায় উত্তপ্ত করার প্রক্রিয়া) এর পিছনে উদ্দেশ্য হল গড় তাপমাত্রা বৃদ্ধি করা। দেখা গেছে যে,দুটি ধাপেরও বেশি পুনরায়-উত্তপ্তকরণ প্রক্রিয়া সাধারণভাবে অপ্রয়োজনীয়, যেহেতু পরবর্তী পর্যায়ে চক্রের দক্ষতা পূর্ববর্তী পর্যায়ের তুলনায় মাত্র অর্ধেক পরিমাণে বৃদ্ধিপ্রাপ্ত হয়।বর্তমানে, বিদ্যুত কেন্দ্রগুলিতে দুটি ধাপে পুনরায় উত্তপ্তকরণ প্রক্রিয়া সাধারণত ব্যবহৃত হয় যা অতি উচ্চ চাপের মধ্যে চলমান থাকে।
এই চক্রটির নাম রিজেনারেটিভ র‍্যাঙ্কিন সাইকেল দেয়া হয়েছে কারণ ঘনীভূতকরণ যন্ত্র থেকে বেরিয়ে আসার পরে কার্যক্ষম তরলটিকে(একটি অতিশীতল তরল হিসাবে) চক্রের উত্তপ্ত অবস্থায় থেকে যাওয়া বাষ্প দ্বারা উত্তপ্ত করা হয়। প্রদর্শিত চিত্রটিতে, ২-অবস্থানে তরলটি ৪-অবস্থানের তরলটির সাথে মিশ্রিত করা হয় (উভয়ই একই চাপে) যাতে সম্পৃক্ত তরলটি ৭-অবস্থায় এসে শেষ হয়। একে "ডাইরেক্ট-কন্টাক্ট হিটিং"("সরাসরি তাপীয় সংস্পর্শ") বলা হয়। প্রকৃতপক্ষে, শক্তি কেন্দ্রগুলিতে সাধারণত রিজেনারেটিভ র‍্যাঙ্কিন সাইকেল (গৌণ রূপগুলি সহ)ব্যবহৃত হয়।
অন্য একটি প্রকরণে, বিভিন্ন ধাপে অবস্থিত টারবাইনপগুলো থেকে শোষণকৃত বাষ্প(ব্লিড স্টীম) "ফিডওয়াটার হিটার"-গুলোতে প্রেরণ করা হয়, যাতে করে ঘনীভূতকরণ যন্ত্র থে বয়লারে যাওয়ার পথে জলকে আগে থেকেই কিছুটা উত্তপ্ত করে দেয়া যায় । এই হিটারগুলি ইনপুট থেকে প্রাপ্ত বাষ্প এবং ঘনীভূতকরণের মাধ্যমে প্রাপ্ত বাষ্প মিশ্রিত করে না, এটি একটি সাধারণ নলাকার হিট এক্সচেঞ্জার(তাপ বিনিময়কারক) হিসাবে কাজ করে এবং এর নাম হল "বদ্ধ ফিডওয়াটার হিটারস"।
পুনরূৎপাদনশীল প্রক্রিয়াটি তুলনামূলকভাবে কম ফিড ওয়াটার তাপমাত্রায় বয়লার / জ্বালানীর উৎস থেকে তাপের সংযোজনকে হ্রাস করে চক্রের ইনপুট তাপমাত্রাকে বৃদ্ধি করে যা পুনরূৎপাদনশীল প্রক্রিয়ায় ফিডওয়াটার উত্তপ্ত না করা হলে বিরাজমান থাকতো । এটি চক্রের দক্ষতা বৃদ্ধি করে, কারণ চক্রের মধ্যে উচ্চ তাপমাত্রায় অধিক পরিমাণে তাপের প্রবাহিত হয়।
জৈব র‍্যাঙ্কিন সাইকেলে (ওআরসি) জল এবং এ বাষ্পের জায়গায় এন-পেন্টেন বা টলুইন র মত জৈব যৌগ ব্যবহার করা হয়। এটি সৌর পুকুরগুলির মতো নিম্ন-তাপমাত্রার তাপ উৎসগুলি ব্যবহার করার সুবিধা দেয় যা সাধারণত প্রায় ৭০-৯০°সেলসিয়াস এ চালিত হয়। নিম্ন তাপমাত্রা পরিসরে চলমান থাকে বিধায় এই চক্রের দক্ষতা অনেক কম, তবে এই নিম্ন তাপমাত্রায় তাপ সংগ্রহের জন্য কম ব্যয় যুক্ত হওয়ার কারণে এটি মূল্যবান হতে পারে। বিকল্পভাবে, জল থেকে উপরে গননাংক বিন্দু আছে এমন তরলগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে যার এবং এটিতে তাপগতিবিদ্যামূলক সুবিধা থাকতে পারে (উদাহরণস্বরূপ, পারদ বাষ্প টারবাইন দেখুন )। বাস্তবে কর্মক্ষম তরলের বৈশিষ্ট্যগুলি পুরো চক্রের কৌশলকে প্রভাবিত করে, যেহেতু এটি সম্প্রসারণ প্রক্রিয়ার পর বাষ্পের মানের উপর গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে।
কার্যক্ষম তরল র‍্যাঙ্কিন সাইকেলের নির্ধারিত সংজ্ঞা দ্বারা সীমাবদ্ধ না, সুতরাং "জৈব চক্র" নামটি কেবল একটি বিপণন ধারণা এবং চক্রটিকে পৃথক তাপগতীয় চক্র হিসাবে বিবেচনা করা উচিত নয়।
একটি অতিপ্রাকৃত(সুপারক্রিটিকাল) তরল ব্যবহার করে পুনরায় তাপ উৎপাদনশীল প্রক্রিয়া এবং অতিপ্রাকৃত র‍্যাঙ্কিন সাইকেল একীভূত করার ধারণাকে নিয়ে একটি প্রক্রিয়া সমন্বয় করা হয়, যা পুনরূৎপাদনশীল অতিপ্রাকৃত চক্র(আরজিএসসি) নামে পরিচিত। এটি উৎসের তাপমাত্রা ১২৫-৪৫০°সেলসিয়াসের জন্য অনুকূল।