Un sobrecalentador es un dispositivo que se encuentra en calderas de vapor que se utiliza para convertir vapor húmedo y saturado en vapor seco. Los sobrecalentadores son una parte muy beneficiosa del ciclo de vapor, porque el vapor seco contiene más energía térmica y aumenta la eficiencia general del ciclo. No solo eso, el vapor seco también es menos probable que se condense dentro de los cilindros de un motor alternativo o la carcasa de una turbina de vapor. Los sobrecalentadores de caldera se pueden encontrar en tres variedades: sobrecalentadores radiantes, sobrecalentadores de convección y sobrecalentadores de combustión separada.
Los sobrecalentadores radiantes se encuentran directamente dentro de la cámara de combustión de la caldera. Esta disposición permite que el quemador de la caldera caliente tanto el tubo de la caldera como los tubos del sobrecalentador, lo que hace que los sobrecalentadores radiantes sean dispositivos altamente efectivos. Estos se encuentran más comúnmente en plantas de energía a vapor y también se usaron ampliamente en automóviles a vapor. Tanto en los automóviles de vapor como en las calderas de las centrales eléctricas, los tubos del sobrecalentador, a veces conocidos como bobinas de vaporizador, se ubicaban directamente encima del quemador. El vapor generalmente pasa por el sobrecalentador después de haber sido admitido a través del acelerador.
Los sobrecalentadores por convección se encuentran más comúnmente en las locomotoras. Al igual que un horno de convección, este tipo de sobrecalentador utiliza los gases calientes del quemador para recalentar el vapor. Un sobrecalentador de convección puede ser extremadamente eficiente, porque la mayor parte de la energía térmica se da solo a la tubería de la caldera, y lo que normalmente sería escape, en cambio, calienta los tubos del sobrecalentador. También se encuentran en plantas de energía, pero se implementaron principalmente en locomotoras de vapor.
En las locomotoras de vapor, los sobrecalentadores de convección son ligeramente diferentes de lo que uno encontraría en las plantas de vapor estacionarias. Ambos usan el mismo principio de utilizar gases calientes, pero los sobrecalentadores de locomotoras generalmente están algo separados de la caldera misma. En cambio, se colocan frente a la caldera, y los gases calientes de la tubería de la caldera atraviesan la tubería del sobrecalentador.
Los sobrecalentadores tienen muchas ventajas, la más notable es la reducción del consumo de combustible y el aumento de la eficiencia. La única desventaja es el aumento de los costos de mantenimiento, pero generalmente se considera que los supercalentadores valen la pena por cualquier costo adicional. Otra desventaja de los sobrecalentadores se encuentra casi exclusivamente en locomotoras que usan calderas de tubo de fuego. Sin un mantenimiento adecuado y regular, el tubo dentro del sobrecalentador es propenso a romperse. Si la tubería se rompiera, el vapor a alta presión podría escapar a través de la abertura y entrar en la cámara de combustión de la locomotora, y tal evento pondría a cualquier personal en la cabina del motor en grave peligro.