Eficiencia volumétrica

La eficiencia volumétrica (EV) en la ingeniería de motores de combustión interna se define como la relación entre el volumen equivalente del aire fresco aspirado al cilindro durante la carrera de admisión (si los gases estuvieran en la condición de referencia de densidad) y el volumen del propio cilindro. El término también se utiliza en otros contextos de ingeniería, como bombas hidráulicas y componentes electrónicos. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

La eficiencia volumétrica en el diseño de un motor de combustión interna se refiere a la eficiencia con la que el motor puede mover la carga de aire fresco hacia dentro y hacia fuera de los cilindros . También indica la relación entre el volumen de aire equivalente aspirado por el cilindro y el volumen de barrido del cilindro. ^{[ 5 ]} Este volumen equivalente se suele insertar en una ecuación de estimación de masa basada en la Ley de los Gases de Boyle . Al multiplicar la VE por el volumen del cilindro, se puede obtener una estimación precisa de la masa de aire (carga) del cilindro para determinar el suministro de combustible y el momento de encendido necesarios para el motor.

Las restricciones de flujo en los sistemas de admisión y escape crean una reducción en el flujo de entrada, lo que reduce la entrega total de masa al cilindro. En ciertas condiciones, la optimización del flujo puede aumentar o disminuir la eficiencia de bombeo del motor. Esto sucede cuando una alineación favorable de la onda de presión en la tubería de admisión (o escape) mejora el flujo a través de la válvula. Aumentar el diferencial de presión a través de la válvula de admisión generalmente aumenta la eficiencia volumétrica (VE) en todo el rango de aspiración natural . Agregar presión de sobrealimentación al colector de admisión mediante un compresor o turbocompresor puede aumentar la VE, pero el cálculo final de la masa de aire del cilindro toma en cuenta la mayor parte de este beneficio con el término de presión en n=PV/RT , que se obtiene de la presión del colector de admisión.

Muchos coches de alto rendimiento utilizan tomas de aire cuidadosamente dispuestas y sistemas de escape optimizados que emplean ondas de presión para impulsar el aire dentro y fuera de los cilindros, aprovechando la resonancia del sistema. Los motores de dos tiempos son muy sensibles a este concepto y pueden utilizar cámaras de expansión que devuelven la mezcla aire-combustible que escapa al cilindro. Una técnica más moderna para motores de cuatro tiempos , la distribución variable de válvulas , intenta compensar las variaciones en la eficiencia volumétrica con las variaciones en la velocidad del motor: a velocidades más altas, el motor necesita que las válvulas permanezcan abiertas durante un mayor porcentaje del tiempo del ciclo para mover la carga dentro y fuera del motor.

Se pueden alcanzar eficiencias volumétricas superiores al 100% mediante la sobrealimentación, como la sobrealimentación o la turboalimentación . Con una puesta a punto adecuada, también se pueden alcanzar eficiencias volumétricas superiores al 100% en motores de aspiración natural . El límite para los motores de aspiración natural es de aproximadamente el 130%; ^{[ 6 ]} estos motores suelen tener una configuración DOHC con cuatro válvulas por cilindro . Este proceso se denomina sobrealimentación inercial y utiliza la resonancia del colector de admisión y la masa del aire para lograr presiones superiores a la atmosférica en la válvula de admisión. Con una puesta a punto adecuada (y dependiendo de la necesidad de controlar el nivel de ruido), se han reportado eficiencias volumétricas de hasta el 130% en diversos estudios experimentales. ^{[ 7 ]}

Entre las soluciones más radicales se encuentra el diseño de válvula de camisa , en el que las válvulas se reemplazan por completo con una camisa giratoria alrededor del pistón o, alternativamente, con una camisa giratoria debajo de la culata. En este sistema, los orificios pueden ser tan grandes como sea necesario, incluso del tamaño de toda la pared del cilindro. Sin embargo, existe un límite práctico debido a la resistencia de la camisa; con tamaños mayores, la presión dentro del cilindro puede provocar que la camisa se reviente si el orificio es demasiado grande.

La eficiencia volumétrica en una bomba hidráulica se refiere al porcentaje del caudal real de fluido que sale de la bomba en comparación con el caudal que saldría sin fugas. En otras palabras, si el caudal de una bomba de 100 cc es de 92 cc (por revolución), entonces la eficiencia volumétrica es del 92 %. La eficiencia volumétrica varía con la presión y la velocidad de funcionamiento de la bomba; por lo tanto, al comparar eficiencias volumétricas, es necesario contar con la información de presión y velocidad. Cuando se proporciona un único valor para la eficiencia volumétrica, generalmente corresponde a la presión y velocidad nominales.

En electrónica, la eficiencia volumétrica cuantifica el rendimiento de una función electrónica por unidad de volumen, generalmente en el menor espacio posible. Esto es deseable, ya que los diseños avanzados necesitan integrar cada vez más funcionalidades en paquetes más pequeños; por ejemplo, maximizar la energía almacenada en la batería de un teléfono móvil. Además del almacenamiento de energía en baterías, el concepto de eficiencia volumétrica se aplica al diseño y la aplicación de condensadores , donde el "producto CV" es un indicador que se calcula multiplicando la capacitancia (C) por la tensión máxima (V) y dividiendo el resultado entre el volumen. Este concepto puede aplicarse a cualquier característica electrónica medible, como la resistencia , la capacitancia , la inductancia , la tensión , la corriente , el almacenamiento de energía , etc.

• Sistema de válvula de potencia de dos tiempos
• Relación de compresión variable

• Software de diseño de tubos de escape sintonizados (cámaras de expansión) para motores de 2 tiempos