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Ciclo Rankine (turbina de vapor)

En este ejemplo se muestra un modelo de turbina de vapor basada en el ciclo Rankine. El ciclo incluye sobrecalentamiento y recalentamiento para evitar la condensación en la turbina de alta presión y en la turbina de baja presión, respectivamente. El ciclo también tiene regeneración pasando el vapor extraído a través de calentadores de agua cerrados para calentar el agua y mejorar la eficiencia del ciclo.

El bloque Saturated Fluid Chamber y el bloque Turbine son componentes personalizados basados en la biblioteca Foundation > Two-Phase Fluid de Simscape™. El bloque Saturated Fluid Chamber crea un modelo de un volumen independiente de líquido saturado y un volumen de vapor saturado y se utiliza para crear la caldera y el condensador.

Modelo

Feedwater Preheater Subsystem

Steam Boiler Subsystem

Steam Condenser Subsystem

Steam Reheater Subsystem

Resultados de simulación a partir de scopes

Resultados de simulación a partir del registro de Simscape

Esta gráfica muestra los intercambios de energía en el sistema. La caldera, el supercalentador y el recalentador añaden el calor procedente del horno. La turbina de alta presión (HPT) y la turbina de baja presión (LPT) extraen trabajo útil del vapor. El calor residual se expulsa al refrigerante del condensador. El calor también se transfiere desde el vapor extraído al agua de alimentación para mejorar la eficiencia térmica.

Esta gráfica muestra los caudales másicos a través del sistema. Una parte del vapor se extrae entre la turbina de alta presión (HPT) y la turbina de baja presión (LPT). El vapor extraído se utiliza para calentar el agua de alimentación antes de que vuelva a unirse al flujo principal en el condensador. Los caudales del flujo principal y el vapor extraído se ajustan mediante los controladores para mantener el nivel del líquido en la caldera y el condensador del precalentador, respectivamente.

Esta figura muestra una animación del ciclo Rankine en un diagrama de temperatura-entropía a lo largo del tiempo. El flujo principal de vapor se corresponde con el bucle desde el punto 1 del ciclo al punto 6. El flujo extraído de vapor se corresponde con la línea discontinua desde el punto 4 al punto 4b del ciclo. En este modelo, la válvula de reducción situada antes del punto 3 del ciclo proporciona una pequeña cantidad de control sobre la salida de energía.