¿Qué es la eficiencia volumétrica?

Guardar

NA/Photos.com/Getty Images

La eficiencia volumétrica es una forma de medir la eficacia, usada más frecuentemente en referencia a los motores de combustión y las bombas hidráulicas. Aunque el concepto básico de flujo volumétrico para los motores de combustión y las bombas hidráulicas es más o menos el mismo, los detalles son lo suficientemente diferentes como para merecer un análisis más detallado. Este artículo intentará delinear esas diferencias, mostrar cómo se determina la eficiencia volumétrica para ambos tipos de mecanismos y discutir los procesos que pueden afectar la eficiencia volumétrica.

La eficiencia volumétrica en los motores de combustión

Con respecto a los motores de combustión, la eficiencia volumétrica en motores de combustión se define como el cociente del volumen de sustancia de trabajo realmente admitido, medido a una temperatura y presión especificadas, contra todo el volumen de desplazamiento del pistón. Para los motores y compresores de gases, Access Science (Accede a la Ciencia) define la eficiencia volumétrica como el cociente del volumen de una sustancia de trabajo admitido, medido a una temperatura y presión específicas, entre el volumen total de desplazamiento del pistón. Para los motores de combustible líquido (es decir, motores a diésel), la eficiencia volumétrica es el cociente del volumen de aire aspirado en un cilindro entre el desplazamiento del pistón. Para un motor de gas combustible, la eficiencia volumétrica se determina según la carga de combustible y aire aspirado dentro del cilindro.

Fórmula para la eficiencia volumétrica en los motores de combustión

La fórmula para determinar la eficiencia volumétrica en un típico motor de combustión es multiplicar 3456 por la tasa de flujo de aire del motor (medida en pies cúbicos por minuto) y después dividir el resultado por la cantidad obtenida al multiplicar el tamaño del motor, el desplazamiento o el volumen (medido en pulgadas cúbicas) por la velocidad del motor (medida en revoluciones por minuto). En aras de la claridad, la fórmula de eficiencia volumétrica en un motor de combustión se ve así: 3456 x pies cúbicos por minuto/pulgadas cúbicas del desplazamiento x revoluciones por minuto.

Eficiencia volumétrica en bombas hidráulicas

En términos de bombas hidráulicas, la eficiencia volumétrica se refiere al porcentaje real del flujo de líquido hacia afuera de la bomba en comparación con el flujo hacia afuera de la bomba menos las fugas. Por ejemplo, si el caudal de una bomba de 100cc es 45 cc y la eficiencia volumétrica para esa bomba en ese momento sería el 45 por ciento. La eficiencia volumétrica cambia conforme a la velocidad y la presión con que se opera una bomba. Debido a esto, al comparar eficiencias volumétricas, la información sobre la velocidad y la presión debe estar disponible. Entonces, la fórmula para determinar la eficiencia volumétrica en una bomba hidráulica es dividir la salida real de la bomba entre la salida de la bomba, a una velocidad y presión teórica. La cantidad resultante se calculará como un porcentaje.

Cómo puede modificarse la eficiencia volumétrica en un motor de combustión

Puesto que los motores con mayor eficiencia volumétrica son más capaces de manejar velocidades más altas y producir más energía total (como resultado de la menor pérdida de energía debido al aire que se mueve dentro y fuera del motor), hay cierta preocupación en poder modificar o mejorar la eficiencia volumétrica de un motor de combustión. La forma más común y eficaz de mejorar la eficiencia volumétrica en un motor es aumentar el tamaño o el número de válvulas en el motor. Aunque unas válvulas más grandes aumentan el flujo, pueden tener el efecto negativo de causar que el motor pese más. Usar válvulas múltiples puede aumentar el flujo de un motor sin afectar su peso. Al simplificar los puertos, una técnica conocida como "portear", uno puede aumentar la capacidad de flujo y, por ende, la eficiencia volumétrica del motor.

Supercargado

El supercargado (sobrealimentación) es el proceso de introducir aire para la combustión en el cilindro de un motor de combustión interna a una presión mayor a la que puede obtenerse por aspiración natural. Los compresores (supercargadores) son accionados mecánicamente por correas, engranajes, ejes, o cadenas conectados al cigüeñal de un motor. Los dos tipos principales de sobrealimentador son compresores de desplazamiento positivo y compresores dinámicos. Los compresores de desplazamiento positivo proporcionan un nivel constante de impulso independientemente de la velocidad del motor, mientras que los compresores dinámicos proporcionan un impulso que crece si aumenta la velocidad del motor.

Turbocargado

Un turbocompresor es un sobrealimentador propulsado por una turbina impulsado por la presión del gas del escape del motor. Como con cualquier otro tipo de sobrealimentador, el propósito de un turbocompresor es aumentar la eficiencia volumétrica a través de una alimentación forzada. Se compone de una bomba de ventilador radial, que es propulsada por los gases de escape del motor. Con un turbocompresor, la energía térmica del escape se transforma en empuje, que impulsa el compresor y comprime el aire circundante y luego envía el aire comprimido hacia el colector de admisión de aire del motor a una presión aumentada. Esto ocasiona que una mayor masa de aire entre en los cilindros.