O ciclo Rankine baseia-se em quatro processos termodinâmicos:
Aquecimento da água a pressão constante na caldeira - AB;
Transformação da água em vapor a pressão constante na caldeira - BC;
Expansão adiabática na turbina - CD;
Condensação do vapor a pressão constante no condensador - DA.
O rendimento térmico do ciclo Rankine é dado por:
Onde:
wliq é o trabalho líquido executado;
qh é o calor fornecido ao sistema.
Observa-se que o rendimento aumenta com o aumento da Área ABCEF e a diminuição da Área ADEF. Isto significa que, para as mesmas variações de entropia, o rendimento aumenta com o aumento da temperatura média de fornecimento de calor e com a diminuição da temperatura média de rejeição de calor.
No ciclo Rankine ideal, a temperatura média de rejeição de calor é constante e igual à temperatura de condensação. No entanto, a temperatura média de fornecimento de calor é inferior à temperatura de vaporização por causa da variação de temperatura entre os pontos A e B.
Isto significa que o rendimento do ciclo Rankine ideal é inferior ao rendimento térmico do ciclo de Carnot operando com temperatura máxima igual a temperatura de vaporização e mínima igual à temperatura de condensação.
Existem três possibilidades para aumentar o rendimento do ciclo Rankine:
Redução da pressão na saída da turbina;
Aumento da pressão na caldeira;
Superaquecer o vapor.
No entanto, essas medidas afetam o título do vapor na saída da turbina. Quando o vapor na turbina está misturado com água a eficiência na turbina diminui e a água presente provoca erosão nas palhetas da turbina. Por isso, essas medidas são limitadas por restrições mecânicas dos equipamentos.