Asignaturas:
- par motor
- Potencia del motor
- Medición de par y potencia
- Caballos de fuerza y kilovatios
Par motor:
El par motor es la fuerza con la que gira el cigüeñal del motor. El par se crea a partir de la combinación de la fuerza de combustión sobre el pistón y la distancia del radio del cigüeñal. La fuerza sobre el pistón depende, entre otras cosas, del grado de llenado (cantidad de aire) y de la cantidad de combustible y varía porque el ángulo de transmisión de fuerza al muñón del cigüeñal cambia continuamente. Podemos calcular la presión promedio del pistón a partir de ella. diagrama indicador u obtenga el diagrama pv.
En el siguiente dibujo vemos el pistón siendo empujado hacia abajo por la fuerza de combustión (p). Esta presión de combustión crea la fuerza F, la fuerza del pistón. La fuerza del pistón se transmite al muñón del cigüeñal (r) a través de la biela (S). Esto crea la llamada fuerza tangencial (Ft).
El par se calcula mediante la fórmula Ft xr (la fuerza tangencial multiplicada por el radio del cigüeñal) y se expresa en Nm (Newton metros).
Leyenda:
p = presión sobre el pistón.
F = la fuerza sobre el pistón
N = Fuerza de la guía
S = Fuerza sobre la biela
r = radio de manivela
Pies = Fuerza tangencial
Debido a la variación de la presión de combustión y a la torsión del mecanismo de biela y manivela, la fuerza tangencial tampoco es una cantidad constante. Por tanto trabajamos con una fuerza tangencial media.
Podemos determinar la fuerza tangencial cuando descomponemos la fuerza del pistón (ver la imagen a continuación y la página “disolver la fuerza del pistón").
El par motor depende exclusivamente de la fuerza sobre el pistón, ya que todas las demás variables, como el diámetro del pistón y el radio del cigüeñal, son datos fijos del motor. La fuerza sobre el pistón (Fz) se compensa con la presión de combustión (p) y depende del grado de llenado del motor (en relación de mezcla estequiométrica). Es principalmente la estrangulación en el colector de admisión la que determina el nivel de llenado del motor.
La mayor estrangulación se debe a la posición de la válvula de mariposa. La posición del acelerador tiene la mayor influencia en el par motor: al fin y al cabo, influyemos en el rendimiento del motor cambiando la posición del acelerador. En una configuración de prueba, medimos el par máximo entregado cuando la válvula del acelerador está completamente abierta.
El par no es el mismo en todas partes a diferentes velocidades y con el acelerador a fondo. Debido a las velocidades cambiantes del gas y a los ángulos de apertura de válvula fijos, el par sólo será óptimo a una velocidad determinada.
En las imágenes siguientes vemos los diagramas de potencia y par de dos tipos de motores diésel utilizados en un BMW Serie 3 (E9x). En ambos motores el par se alcanza aproximadamente a 1800 rpm, pero es claramente superior en el 320d que en el 316d. Ambos motores tienen una cilindrada de 2.0 litros. El mayor par es posible, entre otras cosas, gracias a la sobrealimentación, a las válvulas en el colector de admisión y al mapeo de la gestión del motor, que, además del par, determina el consumo y las emisiones de gases de escape.
Potencia del motor:
Además del par motor, en los datos de fábrica también se menciona la potencia del motor. La potencia del motor es una multiplicación del par motor por la velocidad del motor. La potencia es en realidad cuántas veces se puede entregar el par por segundo. La fórmula oficial es:
donde P es la potencia en Nm/s o Watt, M es el par en Nm y ω (omega) es la velocidad angular. También se utiliza la letra T para la pareja en lugar de M.
Dado que la velocidad angular (ω) es 2 * π * n, donde n es el número de revoluciones por segundo, podemos cambiar la fórmula a:
Tomemos como ejemplo un motor FSI atmosférico de cuatro cilindros y 2.0 litros con cuatro válvulas por cilindro de VAG (código de motor: AXW). Por supuesto, podemos leer el par y la potencia en el gráfico, pero en esta sección calculamos la potencia en función del par.
Datos:
- par motor: 200 Nm;
- velocidad: 3500 rev/min = 58,33 rev/seg.
Se busca la potencia entregada a la velocidad dada.
El par y la potencia entregada a 3500 rpm son 200 Nm y 73,3 kW.
Medición de par y potencia:
El par es directamente responsable de la potencia de tracción del coche. El par se multiplica por la relación de transmisión (i) de la caja de cambios y la reducción final, y se divide por el radio cargado (rb) de las ruedas motrices (ver página calcular relaciones de transmisión).
El par motor se mide frenando el motor con el acelerador completamente abierto a diferentes velocidades. Al frenar el motor, la velocidad seleccionada se mantiene constante. La fuerza de frenado del motor, multiplicada por el radio del objeto de medición sobre el que actúa la fuerza, da como resultado el par del motor.
Se puede utilizar un freno de corrientes parásitas para medir la potencia. La medición se realiza directamente en el cigüeñal. En este caso, los electroimanes generan corrientes parásitas en un disco metálico, por lo que la fuerza de frenado se determina midiendo la flexión de un elemento de torsión. Al medir la potencia de un motor con un freno de corrientes parásitas, la velocidad y el par son las cantidades medidas. La potencia se determina mediante un cálculo (ver párrafo anterior).
La potencia de un vehículo también se puede medir directamente en las ruedas. Sin embargo, hay que tener en cuenta pérdidas de hasta el 70%. Estas pérdidas ocurren en la transmisión. La potencia por eje (la potencia medida en las ruedas en el banco de pruebas de potencia) también se denomina caballos de fuerza DIN. La potencia medida en el volante se llama caballos de fuerza SAE. SAE significa Sociedad de ingenieros automotrices. Por tanto, el valor del SAE siempre será superior al del DIN.
Los rodillos metálicos del banco de pruebas están conectados a un mecanismo de frenado, a menudo con un freno de corrientes parásitas. Se mide la fuerza con la que se frenan los rodillos, junto con la velocidad tanto de las ruedas como del cigüeñal, se mide el par entregado y se calcula la potencia. La medición se suele realizar en la marcha más alta o en la segunda más alta y con el pedal del acelerador pisado a fondo. Una pérdida del 15 al 30% no es inusual en los vehículos con tracción en dos ruedas. La computadora del banco de pruebas compensa esta pérdida midiendo cuánta energía necesita el banco de pruebas para conducir el vehículo. Durante esta medición, el vehículo avanza por inercia con el embrague pisado.
Los fabricantes o tuners intentan mantener la curva de par lo más plana posible, para que el par del motor siga siendo el mismo en tantas revoluciones como sea posible. De esta manera, en particular, se pueden ajustar al máximo los motores sobrealimentados (turbo/compresor), que aumentan significativamente el par. También aplicando técnicas de aumento del nivel de llenado, como motores multiválvulas, sincronización variable de válvulas o colector de admisión variable la zona de acoplamiento se puede mantener lo más plana posible.
Si midiéramos el par en diferentes posiciones del acelerador, obtendríamos una progresión como la siguiente imagen. Sin embargo, esta medición rara vez se realiza.
Caballos de fuerza (hp) y kilovatios (kW):
Para expresar la capacidad de trabajo de un vehículo se utilizan las unidades “caballos de fuerza” y “kilovatios”. La potencia depende del par por segundo. La definición de caballos de fuerza proviene de la época en que el transporte todavía se realizaba mediante carros de caballos. Si se levanta una masa de 75 kilogramos a una distancia de 1 metro en 1 segundo, se habrá entregado una potencia de 1 caballo de fuerza. Entonces 1 caballo de fuerza es 75 kg * 1 metro / 1 segundo.
Si analizamos la potencia en unidades de Watt, entonces 1 Watt es una multiplicación de 1 Newton * 1 metro por segundo. Abreviamos esto como [1 Nm/seg].
Los caballos de fuerza (CV) utilizados en los Países Bajos son exactamente los mismos que los del Pferdestärkte (PS) alemán y el Chaval-Vapeur (CH) francés.
1 CV = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 caballos de fuerza
Los caballos de fuerza (hp) ingleses/americanos son mayores.
1 CV = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 caballos de fuerza
Si convertimos los caballos de fuerza a Watts, debemos multiplicar la masa por la aceleración de la gravedad: 1 HP = 75 kg/seg * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Para convertir la potencia de un motor de 150 CV, multiplicamos el número de kg/seg. con el número de caballos de fuerza. Esto da como resultado: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
También podemos convertir la potencia en Watts a caballos de fuerza. Esto lo hacemos de la siguiente manera: 1/0,7355 (W) = 1,36 CV. Un motor con una potencia de 92 kW produce según el cálculo: (1 * 92) / 0,736 = 125 CV.
