Ciclo Rankine
Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.
Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos).
Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica).
Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-parabólicos o un sistema de helióstatos y torre.
La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles).
Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-s (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título elevado o vapor húmedo; 3: líquido saturado; 4: líquido subenfriado).
Los procesos que tenemos son los siguientes para el ciclo ideal (procesos internamente reversibles): En un ciclo más realista que el ciclo Rankine ideal descrito, los procesos en la bomba y en la turbina no serían isoentrópicos y el condensador y la caldera presentarían pérdidas de carga.
Además utiliza un compresor en lugar de una bomba (constructivamente suele ir solidariamente unida a la turbina de gas en un eje común); por otro lado, el equipo donde se produce la combustión no se denomina caldera sino cámara de combustión o combustor.
Los equipos utilizados en estas instalaciones son más compactos que los de las centrales térmicas de vapor y utilizan como combustible habitual el gas natural.
La quinta ecuación describe la eficiencia termodinámica o rendimiento térmico del ciclo y se define como la relación entre la potencia de salida con respecto a la potencia térmica de entrada.
La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina.
Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son: En esta variación se introduce un nuevo elemento al ciclo, un calentador abierto.
