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Facultad de ingeniería mecánica 
Índice
INTRODUCCIÓN	2
CAPITULO 1: EL PROBLEMA	4
1.1 Descripción de la situación problemática	4
1.2 Formulación del problema	4
1.2.1 problema general	6
1.2.2 problema específicos	7
1.3 Objetivos	15
1.3.1 objetivo general	15
1.3.2 objetivos específico	16
1.4 Justificación e importancia	16
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO	18
2.1	Antecedentes de la investigación	21
2.2	Base teórica	21
2.3 Definición de términos.	23
CAPÍTULO 3: VARIABLES E HIPÓTESIS	25
3.1	Variables de la investigación	25
3.2	Operacionalización de variables	25
3.3	Hipótesis general e hipótesis específicas.	25
CAPÍTULO 4: METODOLOGÍA	26
4.1	Tipo de investigación	26
4.2	Técnicas e instrumentos de recolección de datos.	26
4.3	Organización y procesamiento de datos	26
4.4	Presentación de resultados	26
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES	28
6.1	Conclusiones.	28
6.2	Recomendaciones	28
BIBLIOGRAFÍA	29
INTRODUCCIÓN
La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, y el estudio de los ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la termodinámica, y precisamente en este escrito trataremos la base para los motores de turbina de gas el Ciclo Brayton
Los ciclos que se efectúan en dispositivos reales son difíciles de examinar porque hay demasiadas variaciones y detalles que se tienen que tomar en cuenta al mismo tiempo y se complica demasiado el entorno. Para facilitar el estudio de los ciclos se optó por crear el llamado ciclo ideal, en el cual se eliminan todas esas complicaciones que no permiten un análisis eficaz, por lo tanto se llega a alejar de la realidad pero en una manera moderada. En el siguiente esquema se puede llegar a apreciar una aproximación entre un ciclo ideal y uno real. Se puede notar que difieren pero se encuentran aproximadamente en el mismo rango
Los ciclos ideales son internamente reversibles pero, a diferencia del ciclo de Carnot, no es necesario que sean externamente reversibles. Es decir, pueden incluir irreversibilidades externas al sistema como la transferencia de calor debida a una diferencia de temperatura finita. Entonces, la eficiencia térmica de un ciclo ideal, por lo general, es menor que la de un ciclo totalmente reversible que opere entre los mismos límites de temperatura. Sin embargo, aún es considerablemente más alta que la eficiencia térmica de un ciclo real debido a las idealizaciones empleadas.
Las idealizaciones y simplificaciones empleadas en los análisis de los ciclos de potencia, por lo común pueden resumirse del modo siguiente:
1.- El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto el fluido de trabajo no experimenta ninguna reducción de presión cuando fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores de calor
2.- Todos los procesos de compresión y expansión se dan en el modo de cuasiequilibrio
3.- Las tuberías que conectan a los diferentes componentes de un sistema están muy bien aisladas y la transferencia de calor por ellas es despreciable
Los diagramas de propiedades P-v y T-s han servido como auxiliares valiosos en el análisis de procesos termodinámicos. Tanto en los diagramas P-v como en los T-s, el área encerrada en las curvas del proceso de un ciclo representa el trabajo neto producido durante el ciclo, lo cual es equivalente a la transferencia de calor neta en ese ciclo
El ciclo Brayton también llamado de Joule fue propuesto por primera vez por George Brayton, se desarrolló originalmente empleando una máquina de pistones con inyección de combustible, pero ahora es común realizarlo en turbinas con ciclos abiertos o cerrados. La máquina de ciclo abierto puede emplearse tanto con combustión interna como con transferencia de calor externa, en tanto que la máquina con ciclo cerrado tiene una fuente de energía externa.
CAPITULO 1: EL PROBLEMA
1.1 Descripción de la situación problemática
EFICIENCIA DEL CICLO
Se encuentra que la eficiencia de las máquinas de Brayton en ciclo cerrado dependen únicamente de la relación de presiones isentrópicas. Si se aumenta la presión de entrada a la turbina, también se incrementa la temperatura en dicha entrada. La temperatura de entrada a la turbina, con frecuencia, está limitada por las propiedades de los álabes, lo que corresponde a un límite superior práctico en la eficiencia del ciclo. La máquina de Brayton con ciclo cerrado (adición externa de calor) ha recibido una atención considerable para emplearla en sistemas nucleares y, más recientemente, en sistemas de energía solar a temperatura elevadas.
Efecto de las eficiencias reales de la turbina y el compresor
Naturalmente las turbinas y los compresores reales no son isentrópicos. Para los ciclos de aire estándar, la eficiencia de cada componente se incluye fácilmente en los análisis. El compresor y la turbina reales tienen misma presión de salida que los aparatos isentrópicos correspondientes (las eficiencias de la turbina y el compresor de Brayton generalmente se dan con respecto a los aparatos isentrópicos y no a los isotérmicos).
1.2 Formulación del problema
Las turbinas de gas son turbomáquinas que, de un modo general, pertenecen al grupo de máquinas térmicas generadoras y cuya franja de operación va desde pequeñas potencias (30 KW para las microturbinas) hasta 500 MW para los últimos desarrollos. De esta forma, compiten tanto con los motores alternativos (ciclos termodinámicos OTTO y DIESEL) como con la instalaciones de vapor de pequeña y media potencia.
Situación de las turbinas en el conjunto de máquinas
Sus principales ventajas son su pequeño peso y volumen en relación a su potencia y la flexibilidad de su operación. Esto hace que sean máquinas cuyo uso para determinadas aplicaciones, especialmente las referidas a la generación de electricidad y a la propulsión de buques y aviones, esté en claro aumento. Al ser máquinas rotativas presentan una clara ventaja frente a los motores alternativos, por la ausencia de movimientos alternativos y de rozamientos entre superficies sólidas (como las que se dan entre pistón y camisa), lo que se traduce en menores problemas de equilibrado y menores consumos de aceite lubricante, que además no están en contacto con superficies calientes ni con productos de combustión
Comparadas con las turbinas de vapor, las turbinas de gas apenas tienen necesidades de refrigeración, lo que facilita enormemente su instalación. Además, su baja inercia térmica les permite alcanzar su plena carga en tiempos muy bajos, lo que las hace ideales para determinadas aplicaciones en las que se requiere variaciones de carga rápidas (regulación de red o abastecimiento de picos de demanda).
Esta simplicidad comparada con turbinas de vapor y con motores alternativos otorga a las turbinas de gas dos ventajas adicionales: un mantenimiento sencillo comparado con otras máquinas térmicas y una elevada fiabilidad. En efecto, la reducción de las necesidades de lubricación y refrigeración, la continuidad del proceso de combustión y la ausencia de movimientos alternativos hace que la probabilidad de fallo disminuya. Una instalación de generación eléctrica basada en una turbina de gas puede alcanzar con facilidad valores de disponibilidad superiores al 95% y valores de fiabilidad cercanos al 99% si la instalación está bien diseñada, bien construida, bien operada y con un adecuado nivel de mantenimiento.
No obstante, también tienen algunos inconvenientes importantes, entre los que hay que destacar dos: la alta velocidad de rotación y su bajo rendimiento (30-35%) comparado con los motores alternativos diésel (algunos desarrollos ya alcanzan el 50% de rendimiento) o con las turbinas de vapor (valores del 40% son muy normales).
Normalmente se entiende por turbina de gas el conjunto formado por los siguientes elementos:
· Compresor, responsable de la elevación de presión del fluido del trabajo
· Sistema de aporte de calor al fluido.
· Elemento expansor, o turbina propiamente dicha
Sus aplicaciones son muy variadas, siendo su campo de aplicación el más amplio entre los motores térmicos. Inicialmentese utilizaron para la realización de trabajo mecánico. Posteriormente se trasladaron al campo de la aeronáutica como elemento propulsor, sobre todo a partir de la segunda guerra mundial. Más tarde se utilizaron como elemento motor para la generación de energía eléctrica, aplicación para la que se han desarrollado modelos específicos que han tratado de adaptarse a las exigencias de ese mercado. La posibilidad de aprovechar el calor de los gases de escape para producir vapor aprovechable en la industria como energía térmica o para producir más energía eléctrica (en los denominados ciclos combinados gas-vapor) han provocado una auténtica revolución en el mercado de la generación eléctrica, donde la turbina de vapor ha sido la reina indiscutible durante muchos años
1.2.1 problema general
Rendimiento de Turbinas de Gas
Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.
1.2.2 problema específicos
El estudio del ciclo joule brayton ideal proporciona conclusiones que son cualitativamente correctas para las turbinas a gas. La primera de estas conclusiones es que el rendimiento térmico mera cuando se incrementa cuando se incrementa la relación de compresión en el compresor, como se muestra en la figura.
También el rendimiento térmico mejora incrementando la temperatura de entrada a la turbina T3 y/o reduciendo la temperatura de entrada al compresor T1, esto de acuerdo a la expresión de la eficiencia térmica del ciclo en función de las temperaturas de entrada y salida del compresor.
En el ciclo real estos factores presentan formas más concretas definidas por la experiencia, resultando incluso ciertas limitaciones. En la figura se muestra la variación del rendimiento térmico con respecto a la relación de compresión y con la temperatura T3. Se muestra una familia experimental de curvas de una turbina de gas el cual se observa que para valores relativamente bajos de T3 (500°C) el rendimiento también es bajo, incrementando primero con la relación de compresión hasta alcanzar un máximo y disminuir después paulatinamente a medida que aumenta la relación de compresión. Sin embargo, como se mencionó en la figura, al prescindir del valor de T3 el rendimiento fue siempre en aumento con la relación de compresión.
Ahora, si T3 adquiere valores de 600°C, 700°C, 800°C, y 900°C, el rendimiento mejora a medida que se incrementa T3, y se mantiene alto con valores de relación de compresión. Es evidente que la turbina de gas debe trabajar con temperaturas T3 altas (próximas a los 1000°C) para obtener un rendimiento térmico que supere el 35%. Un factor importante en el desarrollo de la turbina de gas son los problemas metalúrgicos, es por ello que ha incrementado la investigación para lograr temperaturas altas de 1000°C o as en los gases de combustión a la turbina, principalmente a través de la mejora del enfriamiento de sus partes calientes. Aunado a lo anterior las altas temperaturas ocasionan problemas de corrosión y destrucción de los alabes, no solo por el factor de calor, sino porque se incrementan el depósito de partículas y sales de metales alcalinos tanto en los alabes rotores como estatores.
El rendimiento en función de T1
En la figura la temperatura ambiente o temperatura del aire que entra al compresor T1 tiene una gran importancia en el rendimiento de la turbina a gas, es decir el rendimiento mejora cuando T1 disminuye. Así mismo la potencia incrementa a nivel del mar debido a la mayor presión barométrica la cual reduce el trabajo de compresión
El rendimiento térmico de ciclo en función de los rendimientos internos del compresor y de turbina. 
Como se muestra en la figura el rendimiento térmico de la unidad mejora cuando nt>nc, si la eficiencia de la turbina y del compresor toman valores de nt=0.85 y nc=0.8, se obtiene mayor rendimiento que con los valores de nt=0.8 y nc=0.85. Esto se debe al efecto de las irreversibilidades que es favorable en la turbina y es adverso en el compresor. Es importante mencionar que la nt impacta más en el rendimiento global por desarrollar mayor trabajo la turbina que el compresor. En las turbinas de gas de nueva tecnología el rendimiento térmico ha alcanzado valores de 35% y hasta el 39%.
Ciclo termodinámico aplicado a la turbina de vapor
El ciclo termodinámico rankine denominado para la turbina de vapor se muestra en la figura. La representación inicia con el arreglo de los componentes del paquete norte de ciclo combinado Tula, los gases de escape de la turbina de gas son enviados al recuperador de calor (HRSG), este aprovecha al energía necesaria para evaporar el agua como fluido de trabajo que pasa a través de HRSG (vapor principal) en el estado A se expande a través de la turbina de alta y baja presión para producir trabajo, descargándose el condensador principal en el estado B a baja presión (presión negativa). El calor rechazado se efectúa por el agua de enfriamiento y es transferido al ambiente, así mismo el vapor se condensa en el estado C, el agua (liquido subenfriado), ahora es enviada a través de la bomba de condensado en el estado D y la bomba de agua de alimentación en el estado F al HRSG y finalmente al evaporador en el estado G para producir vapor e iniciar nuevamente con el ciclo.
El calor suministrado por el recuperador de calor, el trabajo neto producido y el calor rechazado está representado en el diagrama de temperatura-entropía del ciclo rankine ideal T-s como se muestra en la figura, a continuación se explican los procesos del ciclo termodinámico.
Proceso de expansión (1-2).- el proceso de expansión isoentropica del fluido de trabajo se realiza de la turbina desde vapor sobrecalentado estado 1, hasta la presión del condensador principal en el estado 2.
Proceso de compresión (3-4 y 5-6).- el proceso de compresión isoentropica se realiza a través de las bombas de agua de condensado y agua de alimentación hasta el estado 6 en la zona de líquido subenfriado.
Proceso de adición de calor (4-5 y 6-1).- el proceso de transferencia de calor hacia el fluido de trabajo se realiza a través 
Del deareador (calentador de contacto directo) y evaporador de alta presión a presión constante, posteriormente el vapor saturado es enviado la sección del sobrecalentador hasta el estado 1, con menor presión debido a las perdidas por rozamiento del fluido trabajo.
Proceso de rechazo de calor (2-3).- el proceso de transferencia de calor desde el fluido de trabajo se realiza a través del condensador principal, siendo el líquido saturado hasta el estado 3, completándose el ciclo. 
El rendimiento teórico rankine (ntv) está definido por la relación del trabajo neto producido en el ciclo, a través del trabajo de la turbina (Wt), el trabajo de la bomba de condensado (Wbc), el trabajo de la bomba de agua de alimentación (Wba) y el calor suministrado por el recuperador de calor (Qe) por lo que puede expresarse mediante la ecuación:
Eficiencia de la turbina a vapor
De acuerdo con el diagrama h-s de la figura, la eficiencia de la turbina de vapor (ntv) se obtiene de la siguiente manera 
En términos de entalpia se obtiene la siguiente ecuación:
Idealmente la expansión del vapor a través de la turbina ocurre isoentropicamente, lo cual es mostrado por la línea punteada vertical. En realidad los efectos de las irreversibilidades es mostrada por la línea continua (expansión real), principalmente por efecto de las perdidas por perfil y perdidas secundarias.
Perdidas de energía
En una centralgeneradora existen pérdidas de energía asociados con todos los procesos y todos los equipos una descripción de estas pérdidas y su efecto puede ilustrarse convenientemente en un diagrama de sankey o flujo de energía de las pérdidas. En la figura se presenta el flujo de energía a través de una turbina de gas, en ciclo abierto, permitiendo la visualización de las perdidas y el calor rechazado, en este diagrama se observa que la salida de energía eléctrica de la unidad corresponde al 30% de la entrada total del calor suministrado (combustible) que se utiliza, el 70% restante representa el total de pérdidas de calor en el ciclo y están distribuidas de la siguiente manera
· perdidas en el turbogenerador(14%).- las perdidas especificadas como “perdidas de turbina y generador eléctrico” incluyen perdidas aerodinámicas de las etapas, perdidas en el escape de la turbina del gas, caídas de presión, fugas y perdidas mecánicas. Puede observarse que está perdida representa una eficiencia del turbogenerador de 83.5% aproximadamente.
· Perdidas por escape de turbina a gas (39.54%).- esta es la mayor pérdida del proceso y representa el calor rechazado de los gases de escape de la turbina de gas, que se envía al ambiente.
· Perdidas en el compresor axial (15%).- estas son originadas por caídas de presión y/o rozamientos del fluido de trabajo; esto incluye perdidas aerodinámicas de las etapas del compresor.
· Perdida por servicios auxiliares (14%).- parte de la energía eléctrica producida por el generador eléctrico es consumida por el equipo auxiliar de la unidad generadora, por ejemplo: bombas, ventiladores, válvulas, etc.
Si del 100% del calor suministrado restamos el total de las pérdidas del proceso se obtiene el trabajo neto para producir la salida de energía eléctrica, este resultado se puede considerar como la eficiencia térmica de la turbina de gas en ciclo abierto.
 
El diagrama de sankey de ciclo combinado se muestra en la figura, la combinación se origina al aprovechar los gases de escape de la turbina de gas, siendo la mayor pérdida del proceso (equivalente al 39.54%) de manera similar que en la turbina de gas, pero por ahora en el ciclo de la turbina de vapor el trabajo neto para producir la salida de energía eléctrica es 10.6% por lo que a continuación se explican las perdidas en el ciclo de la turbina a vapor.
· Recuperador de calor 7.9%.- debido a su diseño, construcción y operación, este equipo es de alta eficiencia aprovechando el 31.6% del calor que recibe.
· Naturales y de ciclo 15.8%.- el término “naturales y ciclo” es una combinación de diferentes perdidas e irreversibilidades en los equipos y del fluido de trabajo, los cuales son:
· Turbogenerador 3.9% .- de manera similar que en el ciclo de la turbina a gas se incluye las perdidas aerodinámicas de las etapas, perdidas en el escape del vapor en la última etapa de la turbina, caídas de presión, rozamientos y perdidas mecánicas
· Servicios auxiliares 1.2%.- es la energía eléctrica producida por el generador eléctrico y que se consume por el quipo auxiliar de la unidad generadora, por ejemplo: bombas, ventiladores, válvulas, etc.
· Utilizando el valor de salida de energía eléctrica, como se muestran en el diagrama de sankey del ciclo combinado para ambos ciclos se obtiene que la eficiencia térmica es: eficiencia térmica= 30%+10.6%=40.6%
1.3 Objetivos
1.3.1 objetivo general
Analizar la eficiencia de las máquinas de turbina a gas y factores que influyen en la eficiencia del ciclo termodinámico ya que es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación ya que resultan beneficiosos económicamente que es lo que buscan la mayoría de empresas aparte de que su rendimiento es ligeramente mayor a la de los ciclos de vapor de agua.
1.3.2 objetivos específico
· Reconocer los diversos factores que influyen en la eficiencia del ciclo Joule-Brayton 
· Encontrar que medidas es que se pueden tomar para mejorar las eficiencias del proceso térmico sin tener que elevar demasiado los costos.
1.4 Justificación e importancia
Debido a que el ciclo Joule Brayton es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor.
En los últimos años se han eliminado muchas centrales de vapor destinadas a la producción de energía eléctrica y se han reemplazado por turbinas de gas o por ciclos combinados. La causa de este fenómeno es económica. Los rendimientos del ciclo Brayton son sensiblemente superiores a los del ciclo de Rankine de vapor de agua. La causa reside en el hecho de que el ciclo Brayton opera a temperaturas mayores que el Rankine
{\displaystyle W_{(}max)=Q{\frac {T-T_{0}}{T}}}
En esta ecuación Wmáx representa el trabajo teórico máximo que puede realizar un ciclo de potencia reversible que opera entre las temperaturas extremas T y T0, siendo T0 la temperatura del medio ambiente, intercambiando calor Q con el medio ambiente. Es evidente que cuanto mayor sea el valor de T tanto mayor será Wmáx.
Por otra parte, en el ciclo Brayton no hay intercambio de calor, porque a diferencia del ciclo Rankine de vapor, que es una máquina de combustión externa, el de la turbina de gas es una máquina de combustión interna y no hay intercambio de calor entre los gases calientes de la combustión y el fluido de trabajo. El único intercambio de calor ocurre en el regenerador, pero esto es después de que el fluido de trabajo haya producido la mayor parte del trabajo útil en la turbina.
Puesto que constantemente se experimenta con nuevos revestimientos de turbina que permitirían operar con temperaturas aún mayores, es de esperar que la brecha que separa los rendimientos de ambos ciclos se agrande más en el futuro.
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO
En el ciclo Brayton, como en la mayoría de los ciclos termodinámicos, es necesario distinguir el ciclo termodinámico en sí mismo de su aplicación tecnológica. Como ocurre en algunos otros motores térmicos, los motores basados en el ciclo Brayton han presentado diferentes soluciones formales, que básicamente se pueden reducir a los motores Brayton de pistones, de funcionamiento parecido a los modernos motores Diésel y gasolina, y que hoy en día apenas existen salvo en museos, y los motores Brayton de flujo continuo, en los que, a diferencia de los motores de pistones, la admisión del fluido termodinámico es continua, y que son la base de la turbina de gas.
Esbozo de la patente de Barber.
El ciclo Brayton aparece por primera vez asociado a la patente de una máquina de gas del inventor inglés John Barber, en 1791. Formalmente, el motor de Barber podría ser clasificado como de flujo discontinuo, si bien su rudimentario sistema de compresión, incapaz de alcanzar siquiera las 2 atmósferas de presión, y las elevadísimas pérdidas de calor asociadas al sistema de calentamiento, así como las complicaciones asociadas al emplear aire en vez de vapor de agua, hicieron que el motor fracasara estrepitosamente frente a la mucho más eficaz máquina de vapor de James Watt. Del mismo modo en que ocurrió con otros motores de la época, como el motor Stirling, la idea de Barber cayó en el olvido.
En la década de 1840 el físico británico James Prescott Joule planteó de manera teórica y formal, por primera vez, el ciclo Brayton. Su trabajo se limitó al ámbito teórico y termodinámico, al reconocer que la obtención de elevadas potencias mecánicas del ciclo exigiría o bien elevadísimos costes de combustible, o sistemas de compresión de gas extremadamente grandes y resistentes, ya que Joule planteó la implantación del ciclo Brayton como un ciclo de flujo discontinuo, en el que el gas debía comprimirse mediante un cilindro y un pistón.
Una vez delineadaslas características del ciclo, el primer intento relevante por llevarlo a la práctica se produjo en 1872, cuando George Brayton patentó su Ready Motor. En su patente, basada en un motor de pistones de flujo discontinuo, la compresión se realizaría en un cilindro, tras lo cual el aire comprimido, que habría pasado a una cámara de calentamiento, se calentaría por una fuente de calor externa, para finalmente expandirse en el cilindro de expansión, produciendo un trabajo. El motor presentaba importantes problemas, al no poder garantizar a la perfección la constancia de la presión en la etapa de calentamiento del aire comprimido. Igualmente, y tal y como había previsto Joule, los motores de Brayton, para desarrollar una potencia razonable, debían de ser extremadamente grandes, con lo que, aunque llegarían a comercializarse, nunca gozaron de gran difusión.
En la actualidad, el ciclo Brayton se asocia al motor de turbina de gas, si bien Brayton jamás diseñó otra cosa que un motor de pistones. Aunque el fluido termodinámico sufre los mismos procesos que aquellos a los que se sometía en su versión de motor de pistones, la turbina de gas presenta la característica diferencial de que es un motor de flujo continuo. Ello implica que el fluido, habitualmente aire, es continuamente admitido y continuamente expulsado del motor, a diferencia de los motores de pistones, en los que la admisión y la expulsión es intermitente.
El desarrollo de la turbina de gas se produce básicamente a principios del siglo XX, y es consecuencia de solucionar la principal problemática técnica asociada al ciclo Brayton, a saber, la etapa de compresión. La compresión de un fluido compresible no es sencilla: los motores de pistones solventan el problema confinando al gas en una cámara cerrada –el cilindro–, y reduciendo el volumen de la misma por medio de un pistón, lo cual produce un incremento de la presión; sin embargo, ello conduce a motores esencialmente pesados y de grandes dimensiones para grandes potencias, al requerirse una elevada inercia mecánica para poder garantizar su funcionamiento de manera continuada. La turbina de gas emplea, por el contrario, un compresor, consistente en uno o varios escalones de álabes rotatorios que empujan al aire, transmitiéndole una energía cinética que primero lo acelera y luego, por medio de unos álabes fijos, lo frenan para convertir el exceso de energía en presión. Como quiera que tal proceso implica trasladar a un fluido de una zona de bajas presiones a otra de altas presiones, proceso el cual poco favorecido por la termodinámica, la compresión de esa manera resultaba muy problemática y poco efectiva en el siglo XIX. Con el avance de la técnica, el desarrollo de nuevos materiales y la cada vez mejor comprensión de la mecánica de fluidos, a principios del siglo XX comenzaron a producirse los primeros compresores realmente eficaces, y no se tardó en plantear la construcción de las primeras turbinas de gas.
En estos dispositivos, la compresión venía seguida de una combustión interna en una rudimentaria cámara de combustión, en la que se añadía combustible al aire comprimido para quemarlo, y la expansión se desarrollaba en una turbina, produciéndose un trabajo mecánico parte del cual se empleaba en accionar el compresor, y la remanente en accionar un generador eléctrico o algún otro dispositivo que requiriese trabajo mecánico.
La aplicación de la turbina de gas basada en el ciclo Brayton a la propulsión aérea se debe al ingeniero inglés Frank Whittle, quien en 1927 patentó la idea y la propuso a la fuerza aérea inglesa. Una serie de expertos liderados por Alan Arnold Griffith habían estudiado en los años anteriores las posibilidades técnicas de la turbina de gas como medio de propulsión aérea, aunque su idea se basaba en emplear el trabajo mecánico obtenido para accionar una hélice. Whittle, por el contrario, proponía disponer de un ciclo Brayton tal que no se produjera ningún trabajo mecánico neto, de manera que la turbina generara tan solo la energía suficiente como para accionar el compresor. La propulsión se produciría, según él, debido a la elevada velocidad de los gases a la salida de la turbina, formándose un chorro propulsivo que generaría sobre el motor una fuerza de empuje.
La idea de Whittle fue planteada casi al mismo tiempo por el alemán Hans von Ohain. Durante la Segunda Guerra Mundial se produciría una frenética carrera entre ambos bandos por el desarrollo de los primeros motores a reacción. Tras ésta, la turbina de gas basada en el ciclo de Brayton pasaría a dominar como sistema propulsivo de aeronaves, al tiempo que continuaría siendo aplicada dentro de la industria de generación. Igualmente, tiene aplicación como motor marino, en sistemas de bombeo, grandes maquinarias, entre otras, constituyendo en la actualidad una de las máquinas más sofisticadas que existen.
Al emplear como fluido termodinámico el aire, el ciclo Brayton puede operar a temperaturas elevadas, por lo que es idóneo para aprovechar fuentes térmicas de alta temperatura y obtener un alto rendimiento termodinámico.
Sobre el ciclo básico existen variantes que lo complican para mejorar alguna de sus prestaciones, como la potencia o el rendimiento. Ejemplos de estas variantes son el ciclo Brayton con regenerador, el ciclo Brayton de múltiples etapas (de compresión u expansión), o la combinación de un ciclo Brayton con un ciclo Rankine para dar lugar al denominado ciclo combinado.
2.1	Antecedentes de la investigación
Este trabajo es una recopilación de información recabada de internet tanto de páginas de dominio público como privado como ejemplo del dominio privado se toma la tesis hecha por el Ingeniero Mario Alberto Villaverde Segura llamada “estudio energético y económico para mejorar el desempeño de la central de ciclo combinado de CFE, Tula Hidalgo” en donde se centra en estudiar el cálculo energético y económico para poder especificar el alcance de un proyecto para mejorar el desempeño de la central de ciclo combinado Tula de 251 MW de la comisión federal de electricidad.
Este trabajo se relaciona con la investigación del curso ya que propone un material de instrucción para la enseñanza de la eficiencia de los ciclos termodinámicos de las máquinas de turbinas a gas así como una descripción detallada de los factores que influyen en una planta de central energética.
2.2	Base teórica
Leyes termodinámicas
Primera Ley de la Termodinámica
Esta ley se expresa como:
 Eint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
Segunda Ley de la Termodinámica
La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinámica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck: Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayortemperatura sin la entrada de energía por trabajo.
Ley Cero de la Termodinámica (de Equilibrio):
“Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí”.
Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en equilibrio térmico entre sí están a la misma temperatura y que si tienen temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
Tercera Ley de la Termodinámica.
La tercera ley tiene varios enunciados equivalentes:
“No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos”
Es el calor que entra desde el “mundo exterior” lo que impide que en los experimentos se alcancen temperaturas más bajas. El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la temperatura de - 273,16ºC. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinámica asegura que es inalcanzable.
“La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero”.
“La primera y la segunda ley de la termodinámica se pueden aplicar hasta el límite del cero absoluto, siempre y cuando en este límite las variaciones de entropía sean nulas para todo proceso reversible”.
2.3 Definición de términos.
El Proceso Cuasiequilibrio 
A cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta unas condiciones finales por una trayectoria definida. 
Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso. 
Subenfriamiento
La temperatura de un líquido puede reducirse más allá del punto normal de congelación mientras este permanece sin congelarse o sin solidificarse y aún el estado líquido. Esto es subenfriamiento.
El fenómeno del subenfriamiento se presenta en substancias puras, sin perturbaciones que se enfrían lentamente. Mientras que las moléculas no se agrupen para formar un núcleo sólido (llamado”enucleación”). La muestra permanece en el estado líquido. Una vez que se forma un núcleo sólido, éste se extiende rápidamente por toda la muestra, y aquí, otra contradicción ocurre. La temperatura se eleva rápidamente mientras el calor latente de fusión es emitido en un fenómeno que se llama “recalescencia” y muchas veces se observa un destello de luz. La muestra entonces empieza a enfriarse mientras cambia del estado líquido al sólido.
Deredeador
Es un equipo que remueve O2 (aire) del agua de alimentación a calderas (BFW) ya que el oxígeno es altamente corrosivo en los circuitos de vapor. 
Termodinámicamente es un equipo que generar uno o varias etapas de equilibrio al poner en contacto una solución saturada de O2 y una corriente de vapor puro. El equilibrio químico desplaza O2 de la corriente liquida saturada a la corriente de vapor puro para cumplir con y (vap) = H*x (liq) (Henry o equivalente)
Turbomaquina
Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor giratorio) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina. Se da así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido a través del momento del rotor sea en sentido máquina-fluido (como en el caso de una bomba hidráulica) o fluido-máquina (como en el caso de una turbina)
CAPÍTULO 3: VARIABLES E HIPÓTESIS
3.1	Variables de la investigación
· la eficiencia de las máquinas de turbinas a gas
3.2	Operacionalización de variables
· la presión de entrada al compresor en las máquinas de turbinas a gas
· la perdida de calor hacia el medio ambiente
· la perdida en el compresor
· la perdida de trabajo debido al rozamiento
3.3	Hipótesis general e hipótesis específicas.
Hipótesis general.
En las máquinas de turbinas a gas son muy usadas actualmente a pesar de su bajo rendimiento debido más que todo al escape de calor en las turbinas y que son enviados al medio ambiente.
Sub-hipótesis.
Encontrar métodos para aumentar la eficiencia de las máquinas de turbina a gas sin que estos aumenten demasiado los costos para que la empresa a usar salga beneficiada económicamente
CAPÍTULO 4: METODOLOGÍA
4.1	Tipo de investigación
La presente tesis es descriptiva y explicativa
El presente trabajo es de tipo descriptivo y explicativo. La investigación será descriptiva la cual consiste en “buscar especificar propiedades, características y rasgos importantes en los cuales se basa el ciclo joule brayton para así determinar que poder hacer para aumentar el rendimiento de las máquinas de turbina a gas.
4.2	Técnicas e instrumentos de recolección de datos.
Según Sampiere y otros define la técnica de recolección de información como: “el método de recolección de datos de información pertinente sobre las variables involucradas en la investigación”. Lo que el autor trata de explicar es que la técnica no es más que la manera cómo se van a recaudar, a recoger los datos, directamente en el lugar de los acontecimientos. Que para este caso utilizaremos todo lo recabado de diversas páginas de la red vinculadas a este tema en específico.
4.3	Organización y procesamiento de datos
En el presente trabajo se usó el procesamiento de datos manuales, mecánicos y electrónicos ya que fue necesario hacer cálculos basados en los principios termodinámicos y aplicados al ciclo joule brayton y luego ser tipeados a la computadora para poder hacer llegar el presente trabajo.
4.4	Presentación de resultados
La presentación de resultados se puede resumir en este diagrama en donde se explica en que parte del ciclo es que se pierde determinada cantidad de trabajo y en donde es que se puede aprovechar la energía ya perdida para aumentar la eficiencia total del ciclo y así la rentabilidad de la planta o maquina a usar. En este caso fue una planta generadora de energía en la que se aprovecha el escape de calor en la turbina de gas para ser reciclada y este calor suministrado a otra máquina de turbina a gas así pudiéndose aprovechar el calor disipado al aire siendo este introducido a la máquina y ahorrando combustible para el calentamiento del agua.
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1	Conclusiones.
· Ya que la mayor pérdida de calor se produce por el escape en la turbina a gas se puede hacer un ciclo combinado poniendo otro turbogenerador de vapor en la salida del escape de la turbina a gas así aprovechando el calor que se dispersa al medio ambiente
· Se llega a la conclusión que la eficiencia de las máquinas de Brayton en ciclo cerrado dependen únicamente de la relación de presiones isentrópicas. Si se aumenta la presión de entrada a la turbina, también se incrementa la temperatura en dicha entrada. La temperatura de entrada a la turbina, con frecuencia, está limitada por la propiedades de los álabes, lo que corresponde a un límite superior práctico en la eficiencia del ciclo
· Las principales ventajas de las máquinas de turbina a gas son su pequeño peso y volumen en relación a su potencia y la flexibilidad de su operación. Esto hace que sean máquinas cuyo uso para determinadas aplicaciones, especialmente las preferidas a la generación de electricidad y a la propulsión de buques y aviones
· De entre todos los inconvenientes de las máquinas de turbina a gas entre los que hay que destacar dos: la alta velocidad de rotación y su bajo rendimiento (30-35%) comparado con los motores alternativos diésel (algunos desarrollos ya alcanzan el 50% de rendimiento) o con las turbinas de vapor (valores del 40% son muy normales)
· el rendimiento mejora cuando la temperatura que entra al compresor disminuye entonces la potenciase incrementara a nivel del mar debido a la mayor presión barométrica la cual reduce el trabajo de compresión.
· Es evidente que la turbina de gas debe trabajar con temperaturas altas (próximas a los 1000°C) para obtener un rendimiento térmico elevado pero esto no se lograra si primero no se solucionan los problemas metalúrgicos, es por ello que ha incrementado la investigación para lograr temperaturas altas de 1000°C o as en los gases de combustión a la turbina, principalmente a través de la mejora del enfriamiento de sus partes calientes.
6.2	Recomendaciones
· Se recomienda instalar las máquinas de turbina a gas a nivel del mar para que así la presión sea mayor que una instala a una mayor elevación.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.turbinasdegas.com/index.php/las-turbinas-de-gas 
http://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/17235/Estudio%20energ%C3%83%C2%A9tico%20y%20econ%C3%83%C2%B3mico%20para%20mejorar%20el%20desempe%C3%83%C2%B1o%20de%20la%20central%20de%20ciclo%20combinado%20de%20cfe,%20tula%20hidalgo.pdf?sequence=1
http://html.rincondelvago.com/ciclo-de-brayton.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gas
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton
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