Ciclo de Rankine
La mayor parte de la electricidad del mundo sale de un anillo en el que el agua se vuelve vapor y luego vuelve a ser agua. El ciclo de Rankine manda esa agua por una caldera, una turbina, un condensador y una bomba, y la eficiencia sube precisamente por ese cambio de fase.
La caldera recibe calor, la turbina entrega trabajo, el condensador tira el calor y la bomba vuelve a subir el líquido. Ya quemes carbón, uses un reactor o juntes luz del sol, lo único que cambia es la fuente de calor, y el anillo que recorre el agua queda casi igual.
En el plano T-s el ciclo se pega a la cúpula de saturación. En un diagrama T-s el calor que intercambia cada paso es el área bajo su camino, el área que encierra el lazo cerrado es el calor neto recibido, y en una vuelta esa área es el trabajo neto. Si sube la temperatura de la caldera el lazo crece, y con él el área, que es el trabajo neto.
El trabajo neto es lo que entrega la turbina menos lo que gasta la bomba. La bomba solo aprieta un líquido, así que su trabajo es mínimo y queda casi todo el trabajo de la turbina. Un líquido apenas se comprime, de modo que empujar el agua a alta presión reduce poco el volumen, mientras que comprimir un gas habría devuelto una gran parte del trabajo de la turbina.
Calentar más el vapor por encima de la cúpula sube la temperatura media a la que entra el calor, mejora la eficiencia y deja más seco el vapor que sale de la turbina. Una salida húmeda deja que las gotas golpeen los álabes que giran deprisa y los desgasten, y mantener el vapor seco frena ese desgaste para que los álabes duren más.
Hay cuatro aparatos, la eficiencia se escribe η = WnetQH, y se usa agua porque el cambio de fase deja que el calor se mueva a temperatura casi fija mientras la bomba casi no cuesta. Después vienen ciclos de gas sin cambio de fase, Otto y Diesel. Una central de vapor de ahora convierte cerca del 40% de su calor en electricidad, y una central combinada con una turbina de gas delante empuja ese valor por encima del 60%.