Mejoras del ciclo de Rankine.
El ciclo de Rankine tiene el inconveniente de que el vapor sale bastante húmedo de la máquina, lo que trae dificultades con la corrosión y posibilita el impacto de gotas de agua sobre los álabes de la turbina (corrosión – erosión), necesitándose de mantenimientos más frecuentes con las correspondientes paradas de las plantas, etc.. Además se buscan soluciones que permitan incrementar la eficiencia del ciclo. Las soluciones prácticas son los ciclos Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento.
El sobrecalentamiento, consiste en transferir al vapor saturado seco energía adicional antes de introducirlo por primera vez en la turbina. A la combinación de caldera y sobrecalentador se la conoce como generador de vapor. El ciclo con sobrecalentamiento tiene una mayor temperatura media de absorción de calor que el ciclo sin sobrecalentamiento, por lo que el rendimiento térmico es mayor. Además, el título del vapor que sale de la turbina es mayor que el correspondiente a la salida de la turbina sin sobrecalentamiento, con lo que se disminuye el problema del bajo título del vapor expulsado de la turbina. Con suficiente sobrecalentamiento, el estado a la salida de la turbina puede caer incluso en la región de vapor sobrecalentado. Esto se ilustra en el siguiente diagrama TS:
La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse también aumentando la presión de operación en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presión de operación de la caldera origina un mayor grado de humedad en los últimos pasos de la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a alta presión procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presión del condensador. Un esquema del ciclo con recalentamiento se muestra a continuación:
Estas y otras modificaciones han permitido llegar a temperaturas y presiones elevadas a la entrada de la turbina. Se representan otros problemas en estas condiciones relacionadas con la resistencia de los materiales y la lubricación en condiciones extremas. La discusión de estos aspectos está fuera de los alcances de este curso.