LA POTENCIA COMO CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO. ¿QUÉ ES PREFERIBLE: MAYOR PAR MOTOR O MAYOR POTENCIA?
El concepto de potencia, tan manejado en nuestro lenguaje
diario, en la mecánica clásica tiene un significado algo diferente
aunque siempre queriendo expresar la capacidad (o potencialidad)
de realizar una determinada acción. El concepto de trabajo va ligado
a la realización de ese acto; es decir, es la puesta en acción de
su, en potencia, capacidad de efectuarlo. Se dirá que una fuerza
realiza un trabajo cuando, aplicada a un punto, es capaz de moverle
en una determinada dirección; o bien, dicho en términos de la mecánica
clásica, cuando la fuerza desplaza su punto de aplicación. Si no
se da esta condición no se ha realizado trabajo; sin desplazamiento
del punto de aplicación no se produce acción ninguna. Podremos estar
empujando como locos una pared que si no conseguimos desplazarla,
aunque nos desgañitemos y caigamos exhaustos, no habremos realizado
un trabajo teóricamente hablando.
Potencia es la capacidad de producir trabajo. Una circunstancia
que nos aclara este concepto es la recurrente siguiente: para descargar
un camión una persona físicamente débil necesita, por ejemplo, dos
horas; otro más fuerte se lo liquida en una (50% del tiempo). Los
dos han realizado el mismo trabajo pero el más fuerte, al hacerlo
en la mitad de tiempo, ha desarrollado el doble de potencia. Potencia,
pues, es trabajo realizado por unidad de tiempo. La unidad más frecuentemente
utilizada en motores de explosión es el Caballo de Vapor (CV), que
es la potencia que desarrollan 75 Kilográmetros en un segundo; (1
kilográmetro es el trabajo que produce 1 Kg de fuerza al trasladar
su punto de aplicación 1 metro).
Estos conceptos de la física son necesarios para deshacer ciertos
mitos que sobrevuelan el mundo del automóvil: "Mi coche tiene mucho
par", o al contrario: "este motor es potente pero le falta
par",etc. Pero analicémoslos con más detalle.
Efecto del Par
Efecto del par Las fuerzas F así aplicadas, ejercen sobre el eje
O el Par torsional:
2F x 2r = 2F x d (distancia entre ellas)
Si F = 10 Kg, por ejemplo, y d es 1 mt
por tanto el par será : 20 m-Kg.
En el caso del motor de automóvil
Medida del par motor
Intentemos frenar el volante motor que gira a izquierdas a unas
determinadas rpm; aplicando una fuerza F creamos una de rozamiento
FR, a la distancia R del centro O de dicho volante motor (radio
del volante motor). Se producirá entonces el Par FR x R, que tiende
a frenar el motor.
Aumentando o disminuyendo FR x R (par de rozamiento o de freno),
conseguimos estabilizar el régimen igualando, en valor absoluto,
al que nos da el motor.
Conociendo en cada momento el que nosotros estamos proporcionando
para que eso se produzca obtenemos el valor que da el motor como
buscamos, igual y de signo contrario.
En la práctica, poniendo el motor considerado a plenos gases, que
es como lógicamente nos interesa, aumentamos o disminuimos la fuerza
F y conociendo el par que tenemos que efectuar para estabilizar
el régimen, podremos conocer el que nos proporciona el motor que
es el mismo pero de signo contrario, como es natural.
Si esta operación la efectuamos a lo largo de todo el régimen de
utilización del motor, obtenemos una curva que nos relaciona el
par motor con las revoluciones por minuto; de esta curva llamada
de par, matemáticamente, podemos obtener la de la potencia.
El par motor, por lo tanto, es el par torsional ejercido
por el motor a través del cigüeñal (donde lo medimos) => a caja
de cambios => a las ruedas; depende de la fuerza (Presión media
efectiva) que se ejerce en la cámara de combustión sobre la cabeza
de los cilindros en el momento de la explosión de la mezcla; por
lo que, en una primera aproximación y en términos generales, a mayor
nº de ellos, o a mayor diámetro (mayor cilindrada), mayor será su
valor.
El par motor nominal que proporciona el motor a la salida del cigüeñal,
cuyo máximo es el que da el fabricante en la información de características
de sus coches; se multiplica a través del par cónico (o cilíndrico)
final, y en cada una de las diferentes relaciones de cambio que
son, como se sabe, variables. La que más multiplica el par es la
1ª; después la 2ª y así sucesivamente hasta la 5ª o 6ª, si la tiene,
que son las que llamamos más "largas".
En la más "corta", se multiplica en un coche medio hasta
8 veces el que medimos en el cigüeñal, y va descendiendo hasta la
última; si no fuera así, la capacidad de subir pendientes, adelantar,
o recuperarse sería muy limitada.
La fuerza que hemos dicho se produce por la explosión de la mezcla
en la cámara de explosión que a través del cigüeñal nos produce
el par motor, depende de una serie de características tanto geométricas
como de otro tipo, implícitas en el diseño (colectores de admisión
y escape, forma de cámaras de combustión, diámetro y carrera de
los pistones, diagrama de distribución, gestión mas o menos rigurosa
de la electrónica de inyección y encendido, etc.) todas ellas hacen
que se puedan llegar a dar diferentes características dinámicas,
que hagan producir par y potencia diferentes incluso a igualdad
de cilindrada; así, podemos encontrar casos de motores más pequeños
capaces de proporcionar valores de par superior, a otro de mayor
cilindrada.
En términos generales, la relación del par motor por litro de cilindrada,
como también lo es la potencia en CV al litro, resulta indicativo
de la bondad del diseño del motor considerado, y por lo tanto, del
aprovechamiento térmico.
Un buen motor de serie, puede llegar a dar 11 mKg de par por cada
litro de cilindrada, o rondar los 90 CV de potencia, igualmente
por litro; en competición, estas cifras son superadas aunque a costa
de perjudicar cualidades que son prioritarias en los de utilización
normal, tales como bajo consumo, mínimas emisiones tóxicas, facilidad
de utilización etc.
Un ejemplo práctico
Supongamos un motor de un camión (atmosférico y de gran cilindrada)
que da 300 CV a 1.400 rpm.; podemos deducir inmediatamente el valor
de su par motor puesto que están ligados matemáticamente por la siguiente
fórmula:
sustituyendo en nuestro caso:
La primera conclusión que sacamos de lo anterior es, que si hablamos
de la potencia que da un motor a unas rpm, implícitamente, estamos
dando el par motor que proporciona, como ya indicábamos anteriormente.
Consideremos ahora otro motor (de turismo ligero e inferior cilindrada
que el anterior) que también proporciona 300 CV. Supongamos que
esta potencia la rinde a 7.200 rpm.
Aplicando la misma fórmula anterior que nos relaciona el Par motor
y la Potencia, a las revoluciones de Potencia Máxima, ese motor estará
dando:
P. motor = 29,8 m-kg
Como se puede apreciar, la diferencia es sustancial.
Hagamos un ejercicio de imaginación y supongamos que montamos los
dos motores en el mismo modelo de coche; aparte del problema de espacio
que se nos presentaría, ya que el motor del camión seguramente ocupará
casi todo el volumen útil del turismo, y de la diferencia de pesos,
que deberemos igualar puesto que el motor del camión pesa alrededor
de 4 veces más que el pequeño, ¿en qué se traducirá en cuanto a prestaciones?
Lo primero que nos veríamos obligados a hacer es adecuar las cajas
de cambio ya que con los desarrollos del motor ligero, el del camión
no superaría los 60 Km/h en 5ª velocidad, única que se podría seleccionar
ya que en las 4 primeras, la velocidad capaz de desarrollar, seguramente
las haría impracticables.
Por hacer un símil con el ciclismo, que parece mas intuitivo; si al
famoso ciclista navarro Miguel Induraín, considerado como uno de los
morfológicamente mejor dotados de la historia del ciclismo (y por
lo tanto capaz de producir un gran par torsional a través del pedal),
le subimos en la bici de un chico de 14 años, con los desarrollos
de cambio acordes a su edad, el par que es capaz de desarrollar la
pierna del campeón es tan superior, que en las primeras velocidades
hasta a lo mejor llegaría a hacer patinar la rueda trasera en el momento
de la arrancada; la velocidad a la que mueve las piernas el ciclista
profesional no puede sobrepasar un valor ya bastante alto de revoluciones
por minuto, por lo que, igual que en el caso del camión, la velocidad
de la bicicleta quedaría muy corta para lo que es capaz de alcanzar,
con los desarrollos adecuados; nos veremos obligados por lo tanto
a adaptarlos a las potentes piernas del navarro.
¿En qué se traduce esto en nuestro ejemplo? Una vez adecuados los
desarrollos, tal y como hemos supuesto en las bases de partida, la
velocidad máxima capaz de alcanzar cualquiera de los dos vehículos
será equivalente. Pero analicemos hipotéticamente las prestaciones
de nuestros dos imaginarios vehículos. En cuestión de recuperaciones
en marchas largas desde bajas rpm, el que va provisto del motor de
camión será muy superior hasta un determinado régimen en el que el
motor ligero se despegará, posiblemente compensando la mayor aceleración
en el primer tramo (dependerá de su capacidad de subir de vueltas).
La medida de los 1000 mts. salida-parada, nos define la capacidad
de aceleración; en ellos ganará, sin duda, el motor ligero; en los
400 mts también salida-parada que nos indica muy bien su capacidad
de aceleración en los primeros metros, o en los 0 a 80Km/h, ganará
indiscutiblemente el motor del camión, así como en las recuperaciones
desde bajas rpm en marchas largas.
Si hacemos uso del cambio de velocidades agotándolas en el ligero
hasta su límite superior, (7.200 rpm.), conseguiremos más aceleración.
Es decir los resultados serán mejores en el motor ligero, pero a base
de acudir constantemente al cambio de velocidades, cosa que en el
pesado no es necesario; es más, su mejor resultado se obtendrá, seguramente,
sin acudir al cambio de marchas, acelerando en las largas sin cambiar.
Muchos de los adelantos que han ido introduciendo los ingenieros de
los departamentos de I+D en los motores de los coches actuales han
ido avanzando progresivamente, en el sentido de hacerlos cada vez
más elásticos, es decir, con mayor par a medio régimen, y eso por
que la utilización de un motor de este tipo es más fácil, más adaptada
a la utilización normal de "padre de familia", además de la
tendencia iniciada hace ya años de limitar drásticamente el consumo
y las emisiones tóxicas.
Para el que no tenga problemas de este tipo, y no le importe, es más,
le guste el cambiar constantemente de velocidades, en el mercado existe
el coche que le ofrece un motor capaz de subir alegremente de vueltas;
tendrá que hacer uso más frecuentemente del cambio.
Modernamente se comercializan los secuenciales, es decir, sin exigir
los típicos movimientos laterales de la palanca de cambio, efectuándose
rápidamente hacia delante en el caso de subida de marchas, y hacia
atrás en el caso de reducir; los hay incluso con botones en el volante
para más facilidad; de 6 velocidades; cerrados (muy próximas entre
si), etc. pero siempre se tendrán que manejar si se quieren obtener
las prestaciones que le ofrece el motor.
Vamos a convenir entonces que: "mi motor tiene par" significa,
que lo da en un valor generoso para su cilindrada, y a un régimen
que le permite recuperaciones suficientes sin cambiar; conducción
relajada, por lo tanto, pero sin rapidez de revolucionarse en alta.
"Mi motor da buena potencia pero le falta par", se supone que
quiere decir que el par lo da a un régimen más elevado que el deseado
para recuperarse sin cambiar, y eso le obliga a estar más pendiente
del mando de velocidades y por lo tanto de la conducción de su coche.
El aunar estas dos características sería pedir el viejo motor de explosión
interna, algo que nunca nos podrá dar a pesar de las espléndidas cualidades
de ciertos motores actuales.
¿Tendremos que esperar al "soso" pero silencioso y enérgico motor
eléctrico?
- 03/10/2001 -
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