Eficiência volumétrica - Volumetric efficiency
A eficiência volumétrica (VE) na engenharia de motores de combustão interna é definida como a razão da densidade de massa da mistura ar-combustível retirada para o cilindro à pressão atmosférica (durante o curso de admissão) para a densidade de massa do mesmo volume de ar no coletor de admissão. O termo também é usado em outros contextos de engenharia, como bombas hidráulicas e componentes eletrônicos.
Motores de combustão interna
A eficiência volumétrica em um projeto de motor de combustão interna se refere à eficiência com a qual o motor pode mover a carga de combustível e ar para dentro e para fora dos cilindros . Também denota a relação entre o volume de ar aspirado para o cilindro e o volume varrido do cilindro. Mais especificamente, a eficiência volumétrica é uma razão (ou porcentagem) da massa de ar e combustível que fica presa pelo cilindro durante a indução dividida pela massa que ocuparia o volume deslocado se a densidade do ar no cilindro fosse igual ao ar ambiente densidade. As restrições de fluxo no sistema de admissão criam uma queda de pressão no fluxo de admissão que reduz a densidade (a menos que reforços como turbos ou compressores ou técnicas de ajuste de came sejam usados). A eficiência volumétrica pode ser melhorada de várias maneiras, mais eficazmente, isso pode ser conseguido comprimindo a carga de indução ( indução forçada ) ou pela progressão agressiva do came em motores naturalmente aspirados, como visto em aplicações de corrida. No caso de indução forçada, a eficiência volumétrica pode exceder 100%.
Existem várias maneiras de melhorar a eficiência volumétrica, mas abordagens de todo o sistema são usadas para realizar todo o seu potencial.
Muitos carros de alto desempenho usam entradas de ar cuidadosamente dispostas e sistemas de exaustão ajustados que usam ondas de pressão para empurrar o ar para dentro e para fora dos cilindros, aproveitando a ressonância do sistema. Os motores de dois tempos são muito sensíveis a esse conceito e podem usar câmaras de expansão que retornam a mistura de ar-combustível que vaza de volta ao cilindro. Uma técnica mais moderna para motores de quatro tempos , tempo de válvula variável , tenta lidar com mudanças na eficiência volumétrica com mudanças na velocidade do motor: em velocidades mais altas, o motor precisa das válvulas abertas por uma porcentagem maior do tempo de ciclo para mover a carga dentro e fora do motor.
Eficiências volumétricas acima de 100% podem ser alcançadas usando indução forçada, como sobrealimentação ou turboalimentação . Com o ajuste adequado, eficiências volumétricas acima de 100% também podem ser alcançadas por motores naturalmente aspirados . O limite para motores naturalmente aspirados é de cerca de 130%; esses motores são normalmente de um layout DOHC com quatro válvulas por cilindro . Esse processo é chamado de sobrecarga inercial e usa a ressonância do coletor de admissão e a massa do ar para atingir pressões maiores que a atmosférica na válvula de admissão. Com o ajuste adequado (e dependendo da necessidade de controle do nível de som), VE's de até 130% foram relatados em vários estudos experimentais.
Soluções mais "radicais" incluem o projeto da válvula de manga , em que as válvulas são substituídas imediatamente por uma manga rotativa ao redor do pistão, ou alternativamente por uma manga rotativa sob a cabeça do cilindro. Neste sistema, as portas podem ser tão grandes quanto necessário, até a parede inteira do cilindro. No entanto, há um limite superior prático devido à força da luva, em tamanhos maiores a pressão dentro do cilindro pode "estourar" a luva se a porta for muito grande.
Bombas hidráulicas
A eficiência volumétrica em uma bomba hidráulica se refere à porcentagem do fluxo real de fluido para fora da bomba em comparação com o fluxo para fora da bomba sem vazamento. Em outras palavras, se o fluxo de saída de uma bomba de 100 cc é 92 cc (por revolução), então a eficiência volumétrica é 92%. A eficiência volumétrica mudará com a pressão e velocidade em que uma bomba é operada, portanto, ao comparar as eficiências volumétricas, as informações de pressão e velocidade devem estar disponíveis. Quando um único número é fornecido para eficiência volumétrica, normalmente será na pressão e velocidade nominais.
Eletrônicos
Na eletrônica, a eficiência volumétrica quantifica o desempenho de alguma função eletrônica por unidade de volume, geralmente no menor espaço possível. Isso é desejável, uma vez que projetos avançados precisam empinar funcionalidade crescente em pacotes menores, por exemplo, maximizando a energia armazenada em uma bateria alimentando um telefone celular. Além do armazenamento de energia em baterias, o conceito de eficiência volumétrica aparece no projeto e aplicação de capacitores , onde o "produto CV" é uma figura de mérito calculada pela multiplicação da capacitância (C) pela tensão nominal máxima (V), dividida pelo volume. O conceito de eficiência volumétrica pode ser aplicado a qualquer característica eletrônica mensurável, incluindo resistência , capacitância , indutância , tensão , corrente , armazenamento de energia , etc.